• Códigos de energía y diseño de iluminación

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Cuando comencé mi carrera de diseño eléctrico hace 20 años, un diseño de iluminación con una densidad de energía de iluminación (LPD) de 3,0 W/pie cuadrado o mayor era común y un diseño de 2,0 W/pie cuadrado se consideraba "eficiente". Hoy en día, las densidades de energía de iluminación tan altas nunca se aceptarían; 1,0 W/pie cuadrado y menos es típico en la mayoría de las aplicaciones de diseño de edificios. Esa es una reducción del 66% en el uso de energía en comparación con los sistemas instalados hace 20 años. Algunos otros sectores de diseño pueden afirmar dicha mejora dramática en eficiencia en ese tiempo.

Durante los últimos 20 años, no sólo ha habido mejoras considerables en tecnologías de iluminación, fuentes de lámparas y controles, sino que los códigos y las normas de construcción ecológicas también han impulsado lo que consideramos eficiente. Ya no simplemente instalamos estructuras de 4 lámparas de 2 x 4 pies, en un espacio de rejilla de 8 x 10 pies. Los diseñadores de iluminación, arquitectos e ingenieros trabajan juntos para balancear la estética, la calidad de la iluminación y la energía para una mejor solución total de iluminación que se desempeña bien y cumple con los códigos de energía. No tenemos que sacrificar la calidad o reducir los niveles de iluminación sólo para cumplir con los códigos de energía.

La iluminación como un objetivo de reducción de energía.

Los edificios usan gran cantidad de energía. Y mucha de esa energía se usa para iluminación artificial. De acuerdo con la Administración de Información de Energía de E.U.A., el 21% de la energía total usada en los edificios comerciales y el 38% de toda la electricidad usada en edificios comerciales se usa para iluminación artificial (ver la Figura 1).

Figura 1: Se usa más electricidad en sitio para iluminación que para cualquier otro uso final. La iluminación usa un 38% de electricidad del sitio; el enfriamiento y la ventilación usan cada una el 12%. En este ejemplo, el consumo total de electricidad de sitio es de 3.037 billones de Btu. Cortesía: Energy Informat

En la fuente de iluminación artificial "original" que desarrolló Thomas Edison hace más de 100 años, la luz visible incandescente era solamente un producto derivado. Las lámparas incandescentes producen luz pasando una corriente eléctrica a través de un filamento de metal de tungsteno hasta que se calienta tanto que brilla. Las fuentes incandescentes son esencialmente calentadores con resistencia con un 10% de la energía de entrada que produce luz visible y el 90% de calor que produce energía. Las fuentes de luz modernas tales como fluorescentes y los LEDs son mucho más eficientes para energía, pero todavía producen calor como producto derivado, el cual se debe rtirar del edificio agregando más capacidad de enfriamiento al sistema de HVAC del edificio. Por cada 100 W de iluminación que NO se pone en un edificio, aproximadamente se ahorran 50 W de energía de enfriamiento (dependiendo de la región), haciendo a la iluminación con energía eficiente un objetivo muy atractivo para la reducción general de energía del edificio.

Iluminación y códigos de energía

La iluminación es un componente primario de un sistema eléctrico de un edificio comercial. En Estados Unidos, hay varios códigos de energía y normas de sustentabilidad que ayudan a impulsar el desempeño de la energía general de un edificio incluyendo la eficiencia de la iluminación.

Cada uno de estos códigos y normas tiene sus propias metas, áreas de enfoque y aplicaciones. Puede ser difícil mantenerlas todas en orden. La Tabla 1 resume diversas normas de desempeño de construcción y compara sus requisitos de energía de iluminación para edificios típicos de hospital/ atención en hospitalización, oficinas comerciales y edificios de escuelas/universidades.

La Norma 90,1 de ASHRAE en general se considera la norma base aceptada en la industria para desempeño de energía de construcción y se incorpora por referencia o se integra de otra manera en la mayorái de los códigos de energía y las normas de construcción ecológica. La Norma 90,1 de ASHRAE aborda la energía de iluminación en dos formas:

  1. 1. El consumo de energía de la iluminación se aborda estableciendo límites en la densidad de energía de iluminaicón (LPD), medida en W/pie cuadrado, con base en el uso específico del espacio.
  2. 2. Establece el uso de controles de iluminación para apagar la iluminación en forma automática cuando no se necesita.

Algunos ingenieros consideran el paso adicional de calcular el LPD para probar el cumplimiento con las normas de energía para que tome tiempo y sea una carga. Sin embargo, el uso del Método del Área de Construcción de ASHRAE hace el cálculo sencillo aplicando un LPD uniforme para el edificio y calculando la cantidad general de watts permitida al multiplicar el LPD por el área general del edificio. Por ejemplo, si un hospital de 500.000 pies cuadrados tiene permitido un LPD de 1,2 W/pie cuadrado, el presupuesto total de energía de iluminación es de 500.000 pies cuadrados x 1,2 W/pie cuadrado= 600.000 W. El diseño de sistemas de iluminación de un edificio sin considerar el impacto en el desempeño de energía general del edificio es similar al hecho de que un arquitecto diseñe un edificio sin tomar en cuenta los sistemas estructurales.

Usted lo puede hacer, pero terminará rediseñando al final. Los diseñadores de iluminación, ingenieros y arquitectos deben diseñar teniendo LPD en mente.

Figura 2: El recién terminado Hospital Nemorus Children de 600.000 pies cuadrados y seis pisos en Orlando, Fla. alcanzó una reducción de energía de iluminación del 40% en comparación con ASHRAE 90,1 2007, ahorrando más de 270 kW en energía total de iluminación. Iluminación de superficies verticales y nosotros

Los requisitos de ASHRAE 90,1 se basan, al menos en parte, en las recomendaciones del nivel de iluminación de la Illuminating Engineering Society (IES) y en tecnologías actuales de energía eficiente que han probado ser rentables. Esencialmente, esto significa que los parámetros base de diseño para iluminación interior para la mayoría de los espacios comerciales son lámparas fluorescentes T8 o T5 y lámparas fluorescentes (CFL), aunque el uso de fuentes de diodos de emisión de luz (LEDs) sigue incrementando. También significa el uso extenso de sensores de ocupación y otros sistemas de control de iluminación en todo el edificio para apagar automáticamente las luces después de horas o cuando no se necesita la iluminación.

Iluminación de calidad y eficiencia de energía

Algunos diseñadores de iluminación e ingenieros pueden ver los códigos de energía como impedimento o un obstáculo para un buen diseño de iluminación. Pienso que lo opuesto es verdad: Los códigos de energía ayudan a los diseñadores a aplicar enfoques individualizados y soluciones de diseño a cada espacio del edificio para cubrir las necesidades específicas del espacio. Al seleccionar lámparas y aparatos adecuados, integrar luz de día, y aplicar controles de iluminación automática, los diseñadores pueden cumplir fácilmente y exceder los requisitos de códigos de energía. Algunas estrategias para balancear la eficiencia de energía y la calidad de iluminación pueden incluir:

  • Usar fuentes de luz con energía eficiente. Las lámparas fluorescentes lineales y compactas han sido el estándar por años, y las tecnologías LED han mejorado significativamente durante los últimos años. Ellas ofrecen buena salida de luz (lumen) a lo largo de su vida útil nominal (depreciación de lumen), están hechas para una larga vida y usan muy poca energía. Comparar una fuente fluorescente compacta que use 18 W para producir 1200 lumenes y con una vida de 10.000 horas para una fuente de LEDs que usa 11 W para producir los mismos 1200 lumenes y tiene una vida de 100.000 horas. Anque los LEDs pueden usar menos energía, los LEDs no son la "bala de plata" para los ahorros de energía que mucha gente cree que son; no son adecuados para todas las aplicaciones.
  • No usar incandescentes. Incluso las fuentes incandescentes más eficientes sólo son 10% eficientes y tienen una eficacia muy baja en el rango de 10 a 20 lumenes/W. Hoy en día, las fuentes fluorescentes y de LED compactas pueden producir la misma salida de luz y temperatura, y casi el mismo color, al igual que la mayoría de las incandescentes con una eficacia mucho mayor y una vida más larga. Las eficacias de fuentes fluorescentes tópicas van de 85 a 95 lumenes/W; las eficacias con LEDs pueden ser de 100+ lumenes/W y están mejorando continuamente.
  • Poner la luz donde la necesita. El uso de más luz cuando la necesita y menos cuando no la necesita puede sonar como un enfoque muy obvio y sencillo, pero con frecuencia se ignora. IES publica las normas en niveles de iluminación adecuados (candelas-pie) en diversos espacios de construcción típicos, con base en las tareas realizadas, reflectancia de la superficie, contraste y edad de los ocupantes. Por ejemplo, los niveles inferiores de iluminación se pueden usar en una sala de almacenamiento o un corredor más que en una oficina o salón de clases. Usar menos luz- y por lo tanto menos energía- en estas áreas permite que los diseñadores usen más energía de iluminación en otras áreas y todavía cumple con los requisitos generales de energía de iluminación del edificio.
  • Diseño de iluminación de ambiente de tareas. El continuar con el concepto de "poner la luz donde se necesita", Considerar lo siguiente. Una oficina abierta y otros espacios de ocupación de grupos donde las "tareas" visuales se realizan puede aprovechar un diseño de ambiente de tareas: proporciona niveles inferiores de iluminación general y luces de tareas de nivel superior para usuarios individuales. Esto elimina la necesidad de iluminar un área de oficina abierta y grande completa a 50 candelas-pies cuando sólo está ocupado parcialmente. Además, da a los ocupantes un control individual de la iluminación de su área.
  • Controlar las luces. Se pueden lograr ahorros significativos de energía aplicando controles de iluminación adecuados. Sensores de lugar vacío- referidos comúnmente como sensores de movimiento o sensores de ocupación- se pueden usar en casi todos los espacios para apagar las luces cuando las habitaciones están vacías. Los sensores de espacio vacío requieren "encendido manual" en lugar de "encendido automático" y se requieren según ASHRAE 90,1-2010. Las salas multiusos tales como salas de conferencias, salas de capacitación e incuso las oficinas deben tener interruptores multinivel o de oscurecimiento paulatino para reducir los niveles de iluminación- y por lo tanto de energía- cuando no se necesita o se desea la iluminación completa. Usted puede oscurecer la iluminación general del área en 10% y la mayoría de la gente no va a notar la diferencia. Hacer esto durante tiempos de demanda pico (es decir, en las tardes durante el verano) cuando las tarifas eléctricas son altas (si tiene tarifas por tiempo de uso). Esto no sólo ahorra electricidad, sino también dinero en el recibo de la luz. Y los sencillos sensores de luz de día usados para oscurecer o apagar la iluminación cuando hay luz de día adecuada disponible- también conocida como toma de luz de día- puede ahorrar cantidades significativas de energía.
  • Usar superficies con colores claros. Los arquitectos y los diseñadores de interiores pueden ayudara mejorar el desempeño de energía simplemente especificando superficies de colores claros y reflejantes. Los espacios con paredes y pisos de color oscuro no sólo se "sienten" oscuras, sino que tampoco reflejan ni rebotan tanta luz alrededor de la habitación, disminuyendo los niveles reales de iluminación en los espacios. Entonces, los diseñadores tienen que superar esta oscuridad usando más iluminación y más energía. Los espacios con superficies de color claro simplemente requieren menos iluminación para cumplir con las metas de candela-pie y las metas estéticas.

Pero incluso con tecnologías de iluminación de vanguardia y la implementación de enfoques de diseño sinérgico, ¿qué tan bajo debe ser? ¿Cuál es el límite inferior de LPD? ¿0.5 W/pie cuadrado? ¿0.2 W/pie cuadrado? ¿0.1 W/pie cuadrado? Hay retornos decrecientes para LPDs ultrabajos; los diseñadores todavía necesitan usar más energía para producir luz artificial. Hasta que veamos una nueva fuente de luz con cambio de paradigma o la nueva tecnología desarrollada, no es probable que los códigos de energía requieran LPDs mucho menores de lo que requieren actualmente. Además, parece increíble que los LPDs bajos se están alcanzando a través de un diseño bueno y sinérgico.

Figura 3: Los nuevos departamentos estilo dormitorio llamados "The Stack", ubicados cerca de Texas A&M University en College Station, Texas, alcanzó un PLD de 0,53 W/pie cuadrado, que es uan reducción del 50% sobre el código de energía local aplicable, ASHRAE 90,1-2010. Este increíble

Además de desempeño de energía, muchos códigos y normas de construcción ecológica, incluyendo LEED, también abordan la reducción de contaminación ligera, invasión de luz y controles de iluminación del sitio. La reducción de contaminación ligera no sólo reduce el brillo, sino también el concepto de mantener la iluminación de sitio directamente hacia abajo (y no hacia el cielo), y mantener la luz encendida en la propiedad del edificio (y no dirigirla hacia la propiedad de su vecino) reduce en forma inherente el uso y el costo de la energía.

Muchos códigos locales también incluyen requisitos para uniformidad de iluminación del sitio, con proporciones máx:mín o promedio:mín que se deben cumplir, y requisitos del atardecer al amanecer u otros requisitos de control de iluminación. Estas son estrategias que los diseñadores e ingenieros ya deben estar implementando. Una vez más, los códigos de energía no son una carga para el diseño de una buena iluminación; ayudan a evitar un mal diseño de iluminación.

Los diseños de iluminación eficientes en energía no tienen que dar como resultado una calidad de iluminación reducida. Los códigos de energía aseguran que el desempeño de energía, la densidad de energía de iluminación, la luz de día y los controles de iluminación sean consideraciones de diseño llevadas a discusión junto con los niveles de luz, provisión de color y la estética. Podemos tener tanto eficiencia de energía como iluminación de calidad. Sólo tenemos que cambiar la forma en que se considera el diseño de iluminación.

Mark A. Gelfo, director, es director de sustentabilidad en TLC Engineering for Architecture. Graduado del programa de Ingeniería Arquitectónica de Penn State University, Gelfo tiene 20 años de experiencia en diseño de iluminación, ingeniería eléctrica, sustentabilidad y puesta en marcha.

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