EFICIENCIA ENERGÉTICA EN ILUMINACIÓN NATURAL – ELÉCTRICA

EUATM UPM 2012 Ciudad Universitária Madrid

Ponente: Juan Luis Carrascal Aldana Ing. Técnico Industrial / TECLUSOL

¿Cómo es la luz natural?

• Es la fuente de luz con la que hemos evolucionado y todo nuestro organismo está

perfectamente preparado para su convivencia con ella, contiene todos los colores

posibles (IRC = 100), y contiene todas las temperaturas de color (1.900K hasta 6.800K),

además de operar en nuestros biorritmos

• Altamente variable (Situación, Hora Solar & Estación)

• La luz directa solar de forma directa produce altos reflejos y calor radiación infrarroja

• En orientación norte, la luz natural es difusa (mejor luz), pero es demasiado débil

y necesita de grandes ventanales para tener la misma cantidad de luz con las

consiguientes pérdidas de calor

¿Por qué se debe utilizar la luz del día?

Las razones principales son:

Eficiencia Energética

Bienestar Personal

Respuestas Específicas a la gran

pregunta ¿Por Qué? ... Se debe usar la luz natural por:

1. Mejora la productividad del personal.

2. Aumento de ventas en el comercio.

3. Mejora y mayor concentración en los estudios.

4. Reducción del absentismo y factor necesario en el diseño del

puesto de trabajo (mejoras emocionales para el empleado)

5. Reducción de los costes de producción.

6. Reducción de los impactos medioambientales en los edificios

CONCEPTOS BÁSICOS QUE DEBEMOS DE CONOCER

• Índice de Reproducción Cromática (IRC o Ra), que expresa la capacidad de reproducir los

colores fiablemente. El índice 100 es para la luz natural, utilizándose las siguientes categorías,

según la norma UNE1246-I:

– IRC o Ra entre 90 y 100 Los colores son reproducidos de forma excelente

– IRC o Ra entre 80 y 90 Los colores son reproducidos de forma muy buena

– IRC entre 60 y 80 Algunos colores pueden verse distorsionados.

• “La apariencia del color o Temperatura de color”, que viene asociado con la temperatura

física (expresada en Kelvin) que alcanza el filamento de las luces de incandescencia al variar su

temperatura. (cuanto más baja es su temperatura la luz es más cálida, mientras que si se aumenta la temperatura del

filamento, la luz es más fría o azulada), estableciéndose en la actualidad las siguientes categorías:

– Blanco Cálido : Tc > 2800K < 3800K (1727ºC-3.527ºC)

– Blanco Neutro: >3.800 K < Tc < 4.800 K

– Blanco Frío: Tc > 4.800 K

• Flujo Luminoso: Expresa la cantidad total de luz emitida por segundo por una fuente de luz

ponderada respecto a la sensibilidad espectral del ojo humano. La unidad de flujo luminoso es el

LUMEN (lm)

• Nivel de Iluminación o Iluminancia: Se define como la cantidad de flujo luminoso incidente por

unidad de superficie del objeto iluminado. La unidad del Nivel de Iluminación es el LUX (lx) esto

es lm/m2

• El nivel de iluminación es inversamente proporcional a la distancia al cuadrado de la fuente de luz

CONCEPTOS BÁSICOS QUE DEBEMOS

DE CONOCER

• La iluminancia es la magnitud más importante, pues es el objetivo

del cálculo luminotécnico, ya que para cada tarea visual se necesita

una determinada iluminancia.

• Valores de iluminancia representativos son:

– Medio día de verano (campo libre)…….. 100.000 lx

– Luna llena con cielo claro ………………. 0,5 lx

– Mediodía invierno seminublado ………… 15.000 lx

– Media Solar directa ……………………… 45.000 lx

– Luz de sombra …………………………… < 5.000 lx

– Oficina muy bien iluminada …………….. 1.000 lx

– Carretera iluminada nocturna …………. 15 lx

El aparato que mide la fotometría física y no subjetiva del ojo

humano se denomina Luxómetro

Conceptos que debemos tener claros a la hora de

acometer un proyecto de Eficiencia Energética en

iluminación: • Tenemos la obligación de aprovechar la luz natural siempre

que se pueda.

• La luz natural debe de proyectarse pensando en el invierno y

en el verano, debido al aumento de consumo energético que

provoca en los sistemas de calefacción - aire acondicionado.

• Hay que diseñar sistemas de regulación automática luz

natural – luz eléctrica para su encendido – apagado.

• Hay que reducir y proyectar pensando en los costos de

mantenimiento y en la durabilidad de los materiales

• Hay que utilizar materiales reciclables y no contaminantes

• En resumen: Los edificios contienen personas y estas tienen

que ser nuestro objetivo, pensando en su bienestar de una

manera eficiente y ecológica.

Garantías de Eficiencia Energética • Los productos Solatube han sido testeados por los principales laboratorios y organismos

oficiales internacionales de EEUU, Australia y Europa (BBS y CSTB), como producto

adecuado para la construcción, pasando los test más exigentes.

• Solatube ha sido pionero en procesos de homologación de tragaluces tubulares sobre

reflectividad especular y es el único que ha realizado los archivos .ies de iluminación natural

para las principales ciudades del mundo .

• Es el único que ha obtenido el Certificado Energy Star para sus productos. Sus Coeficientes

de Acumulación de Calor Solar (SHGC) = 0,20 y su Factor U = 0,55 w/m2ºK para el caso

del DS750 (Requerimientos de Energy Star < 0,40 y Factor U <0,60), no han sido todavía igualados por

ningún otro producto.

• Es el único fabricante de tragaluces tubulares que ha cumplido 20 años y que invierte, al

menos el 20% de sus ganancias en investigación y de ahí la mejora de sus productos

continuamente en durabilidad, transmisión de luz, elementos contra la condensación,

pruebas contra agua, viento y ruidos.

• Solatube garantiza el máximo rendimiento durante todo el día y todo el año proporcionando

una media de luz diaria anual mayor.

• Teclusol dan cursillos para ser Distribuidores o instaladores autorizados Solatube

Componentes del Solatube:

1.Elementos que se acoplan a la cubierta o el tejado

para acoplar el Solatube y evitar filtraciones: Bases para cubiertas o tejados inclinadas

Bases para cubiertas planas o tejados con orientación sur

2.Dispositivos que capturan la luz: Domos Translucidos; DS330

Domos Sistema Raybender; DS160, DS290, DS750

3.Tubos reflectivos que transportan la luz Tubos rectos; 40cm y 60cm

Acodados; 30º, 45º y 90º

4.Lentes de dispersión para distribuir la luz Difusores redondos o cuadrados

5.Elementos que evitan la condensación En bases y Domos

En difusores

En tubos

1.- Elementos que se acoplan a la cubierta o el tejado para acoplar el

Solatube y evitar filtraciones:

Bases para cubiertas o tejados inclinados Su principal objetivo es captar la luz del Sol todo el año, independientemente de la inclinación del

Tejado o cubierta, normalmente se instala cuando estas son norte, este y oeste:

Base Universal Base Teja Universal Base Teja

Hormigón ITC Base Teja Plana Base Cubierta Uralita

Cubierta o Teja de

Pizarra

Bases para cubiertas planas o tejados sur

Hay que evitar orientaciones solares hacia el norte o rectificarlas mediante torretas

inclinadas o mochetas que venzan la cara norte del tejado.

2.- Dispositivos que capturan la luz

2.- Dispositivos que capturan la luz - DOMOS

Luz Natural es más intensa cuando está mirando

directamente al Sol. La forma mejor de recoger la mayor

cantidad de luz con la misma superficie es la forma de

Domo K=2

• Domo absorve toda la radiación UV

por debajo de 380nm y tiene una gran

dureza y durabilidad sin cambiar los

colores naturales

• Optica Raybender (patente de

Solatube) Reflecta parte de la

radiación infrarroja que incide

verticalmente sobre el mismo cuando

el sol alcanza más de 60º y produce

una refracción de los rayos solares

que tienen =< a 40º

• LITD (patente de Solatube) Se sitúa

en el Norte del Domo y refleja los

rayos del Sol procedentes del Sur

(importante en invierno)

F

Domo DS160 25cm ó

Domo DS290 35cm

Domo DS750 53cm

Domo DS330 53cm

3.-Tubos reflectivos que transportan la luz

• Tres materiales están

disponibles en el mercado

entre los diferentes

fabricantes: Miro 2 aluminio mejorado, fabricado

por Alanoid. Usado en ODL y Velux

Recubrimiento de plata PET film.

Fabricado por Southwall Tecnhnologies

en USA. Usado por Solatube,

Naturalite, Sun-Tek y Tubular

Skylights.

Spectralight Infinity Tubes. Fabricado

por 3M (producto patentado). Usado

por Solatube

Diámetros; 25cm 35cm 53cm

3.-Tubos reflectivos que transportan la luz

3.-Conductos 25cm, 35cm y 53cm

3.-Tubos reflectivos que transportan la luz

3.-Materiales utilizados en tragaluces tubulares

Reflectivity Versus Wavelength For The Three Materials

Available To The Tubular Skylight Market

20

30

40

50

60

70

80

90

100

300 400 500 600 700 800

Wavelength (nm)

Re

fle

cti

vit

y (

%)

Miro 2

Infinity laminated to plain

aluminum

Silver laminated to plain

aluminum

Note: Visible wavelengths range

from 380 - 760 nm.

Material Vis. Ref. Color

Miro 2 91% Blue

Silver 95% Yellow

Infinity 99% Neutral

LUZ NATURAL DÍFUSA

• La intensidad de la luz del Sol produce fuertes deslumbramientos y calor

• Necesita de un medio que evite ambos efectos

• El difusor evita ambos efectos

4.- Lentes de dispersión para distribuir la luz

4.- Lentes de dispersión para distribuir la luz

• Tres tipos distintos de lentes están disponibles:

Optiview. Fabricada por 3M y utilizada solo

por Solatube

Prismática Incorporadas en plásticos y cristales

Frosted en cristal

Tipos de Difusores- Serie

Brighten Up

JustFrost El escaparate que nos muestra

que la luz natural es limpia AuroraGlo Cuando se necesita diseño es el más adecuado

OptiView Deslumbrante y visionario QuadraFrost Complementa o contrasta con estilo las

líneas simetricas de cualquier habitación

TierDrop Igual que el JustFrost con Efecto Cascada.

VividShade Pantalla - Tambor Moderna y chic

Difusores DS330 y DS750

SolaMaster DS330-53cm sin Difusor

Optiview TechoAbierto

Prismático Techo Abierto

Prismático Techo Registrable Efecto con Difusor Prismático

Optiview Techo Registrable

5.Elementos que evitan la condensación

• En bases

Aislantes Térmicos

• En Domos

Elementos antigoteo y anillo anticondensación

• En Tubos

Manta autoadhesiva

• En Difusor

Tapa aislante traslucida

5.Elementos que evitan la condensación

Agujeros de salida del agua en el anillo del Domo

Aislante que evita la unión de la base metálica con el tubo

Tapa translucida con aislante térmico y acústico

Manta autoadhesiva para los tubos

ACCESORIOS PARA EL SOLATUBE

• Regulador de luz

• Kit de Luz

• Anillo de LEDs (ver aparte)

• Kit de ventilación

• Torretas

• Kit de seguridad

• Domo antihuracanes

• Banda de protección

Anillo antifuego

AHORRO ENERGÉTICO EN ILUMINACIÓN Proyecto Tipo

Ahorro consumo energía

eléctrica y refrigeración

• 1ud. SolaMaster 53cm

recoge de media anual

diurna en Madrid alrededor

de 9,500 lúmenes, llegando

hasta 18.700 lumenes de

luz durante el mediodía del

verano

• Sustituyendo a 6 uds.de

tubos fluorescentes mod.

FO32T8 o 1 Lámpara de

400W.

• Capacidad de iluminar un

área de 30m2 a 6m de

altura y 20m2 a 3m de

altura

% del Costo Anual del consumo de energía para el cliente final, en:

Retail (Mercados, hiper, tiendas,..) (Datos en California)

Calefación

3%

Refrigeración

18%

agua cailente

4%

equipos de oficina

1%

Ventilación

19%

Luz eléctrica

55%

Worten Mérida

Hipermercado Iluminado con Sistema Solatube de

Iluminación Natural DS 330

% del Costo Anual del consumo de energía para el cliente final,

Edificios de enseñanza (Datos en California)

Fuente: Energy Design Resources 1998

Calefacción 6%

Refrigeración

24%

Equipos Oficinas

3%

Ventilación

17%

Luz eléctrica 49%

Agua caliente

1%

TOMAS DE DATOS PARA PROYECTAR UN

ALMACÉN O UN CENTRO COMERCIAL

• Determinar mínima y máxima altura entre el suelo y la cubierta

• Calcular la altura entre el difusor y la cubierta (ver posibles obtáculos de vigas y otros elementos)

• Anotar el tipo de iluminación y su consumo (incluídos los balastros)

• Saber cuantas reposiciones de bombillas se hacen anualmente y el costo de este mantenimiento (si es por la propia empresa o es ajeno)

• Saber el nº de horas en que permanecen encendidas y turnos diarios

• Anotar la estética interior del recinto y el color de su interior (techo, paredes y suelo)

• Anotar cualquier obtáculo para la luz (muebles, mámparas, estanterias,..etc.

• Anotar ventanas y entradas de luz previstas o existentes (tamaño, orientación, etc.).

EJEMPLO: Almacén de 30m x 12m x 8m(h)

Ahorro en Iluminación Eléctrica

• Ej: Recinto de Almacén Comercial con 20 proyectores de 400w tipo cazoleta, con un horario

comercial desde las 9 de la mañana hasta las 7,30 de la tarde, los sábados desde las 9,00 hasta las

14,30h y los domingos se cierra, no cierra en vacaciones, ni festivos entresemana.

• Para el cálculo del ahorro eléctrico primeramente hay que ver el nº de horas que permanecen

encendidas las luminarias anualmente en un recinto: Diariamente de L a V son 10,5 y los S son 5,5

58 HORAS SEMANALES X 52 SEMANAS/AÑO = 3.016 h/año

• A continuación hay que calcular el consumo eléctrico en alumbrado en dicho recinto, que es:

nº de luminarias x consumo unidad de luminaria (lámpara + balastos electromagnéticos) x nº de

horas anuales:

Ej: 20 uds x (400w + 40w)/h x 3.016h/año=26.540.800w/año= 26.541 Kw/año

• Se pretenden cambiar por 20 unidades de Solatubes DS330-O considerando su apagado durante al

menos 8 horas diarias de media anual (aprox. 2.400 h/año), esto es unas 11 horas en verano y 6 en invierno, el

ahorro eléctrico por la incorporación de los Solatubes es:

– 26.541 Kw/año x 2.400h/3016h= 21. 120 kw/año (4), que implica un 80% de ahorro

• Considerando que el precio de la energía eléctrica industrial al precio competitivo de 0,135€/kw

Implica un Ahorro anual de 21.120 kw/año x 0,135€/kw= 2.851€/año (5)

(5) Esta cifra refleja el ahorro bruto anual del año 2012, que debido a las subidas de la luz de los últimos años, no

reflejará la cifra que pagará el cliente dentro de 5 años, que puede ser perfectamente hasta un 25% de más.

Tampoco refleja los menores gastos por cambio de bombillas

EJEMPLO: Almacén de 30m x 12m x 8m(h)

Ahorro en Iluminación Eléctrica

• Valor de la Inversión:

Suministro e instalación de 20 uds. SolaMaster Mod. DS 330-O preparadas

hasta 1 m de longitud. Incluye: Domo DS-330, tubo A acodado, tubo D de 61cm,

base para cubierta tipo sandwich, anillo embellecedor con difusor prismático , que

producen una media de luz anual de 230 lux medidos a 90cm del suelo

Precio/Unitario = 650€

TOTAL SUMINISTRO e INSTALACIÓN= 20Uds. x 650€/ud. =13.000 €

• AMORTIZACIÓN DEL SSIN

La amortización es el valor de la inversión realizada en la adquisición del

producto, dividido por el nº de años hasta su pago final:

Valor de la inversión = 13.000 €

Valor de ahorro/año(5)= 2.851€/año

Nº de años para amortización = 4,56 años * Esto es sin considerar los gastos de menor mantenimiento, mejor productividad de los

empleados, aumento de ventas y menor daño a la atmósfera por la eliminación de la

generación de gases nocivos por la producción eléctrica

Caso de Studio -

Fans

11,2%

Electric

DHW

1,3%

Aparatos

eléctricos

39,4%

Exterior

Lighting

3,3% Luz

eléctrica

30,3%

Electric

Cooling

13,9%

Calefacció

n eléctrica

0,7%

Baseline Office/Warehouse

Total Cost: $69521,000/yr

Normalized Cost: $0.001/sf/yr

Aparatos

eléctricos

38,3%

Exterior Luz

eléctrica

3,2%

Calefacción

Electric a

0,7%Refrigeració

n

11,9%

Electric

DHW

1,2%Fans

10,9%

Ahorro

22,6%

Luz elétrica

11,2%

Office/Warehouse with Skylights

Total Cost: $53785,000/yr

Normalized Cost: $0.001/sf/yr

Edificio Mixto (Oficinas – Almacén) Recolectar luz natural para ahorrar energía, reducir los costes operativos y crear una atmósfera

más agradable y humana para los empleados.

Otra posibilidad para producir menor gasto son los LEDs y Teclusol ha

desarrollado un anillo de LEDs para meter dentro de los tragaluces tubulares.

En el caso del tubo de 53cm tiene 40 Leds CREE XD que entregan un Flujo

de 7.200 lúmenes con solamente un consumo de 100W

ANILLOS DE LEDs

ANILLOS DE LEDs

ANILLOS DE LED

AE BARAJAS T2-T3

AE BARAJAS PLAZA MILENIUM T2-T3

ANTES DE… DURANTE LA INSTALACIÓN

PISCINA INTERIOR

Después de……

¿Cuestiones y Preguntas ?