• Normativas sobre energía y diseño de iluminación

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Cuando empecé mi carrera como diseñador de instalaciones eléctricas hace 20 años, era corriente el diseño de iluminación con una densidad de potencia de iluminación (LPD) de 3,0 W / sq ft o superior y un diseño de 2,0 W / sq ft se consideraba "eficiente". Hoy en día, no son aceptables unas densidades de potencia de iluminación tan elevadas; la densidad típica en la mayoría de las aplicaciones de diseño de construcción es de 1,0 W / sq ft. Lo que supone una reducción del consumo de energía del 66 % en comparación con los sistemas instalados hace 20 años. Pocos sectores del diseño pueden presumir de una mejora tan espectacular en la eficiencia en un período similar.

En los últimos 20 años, las tecnologías de iluminación y las fuentes y controles de luz no solo han mejorado considerablemente, sino que las normativas sobre energía y las normas de construcción sostenible también han contribuido a lo que hoy consideramos ser eficiente. Ya no nos limitamos a instalar plafones de 2 x 4 pies con 4 lámparas en una matriz de 8 x 10 pies. Los diseñadores de iluminación, los arquitectos y los ingenieros trabajan juntos para equilibrar la estética, la calidad luminosa y el ahorro energético en aras de una solución de iluminación total que ofrezca buen rendimiento y se ajuste a las normativas de consumo de energía. No tenemos que sacrificar la calidad de los diseños de iluminación o reducir los niveles de iluminación para ajustarnos a las normativas energéticas.

Los objetivos de reducción de consumo energético en iluminación

Los edificios consumen una gran cantidad de energía. Y una buena parte de esa energía se emplea en iluminación artificial. Según la Administración de Información Energética de Estados Unidos, el 21 % de la energía total utilizada en edificios comerciales y el 38 % de toda la electricidad utilizada en edificios comerciales tiene como destino la iluminación artificial (véase la Figura 1).

Figura 1: La electricidad en los edificios comerciales tiene como principal destino la iluminación. La iluminación supone el 38 % del consumo eléctrico en los edificios comerciales; la refrigeración y la ventilación suponen el 12 % cada una. En este ejemplo, el consumo total de electricidad es de 3.037 billones de BTU. Cortesía de: Energy Informat

En la fuente de iluminación artificial "original" desarrollada por Thomas Edison hace más de 100 años, la luz visible de tipo incandescente no era más que un subproducto. Las lámparas incandescentes producen luz haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un filamento metálico de tungsteno hasta que dicho filamento se calienta tanto que termina brillando. Básicamente, las fuentes luminosas incandescentes son calentadores resistivos, en los que el 10 % de la energía inicial se dedica a la producción de luz visible y el 90 % al calor productor de energía. Las modernas fuentes de iluminación como los fluorescentes y los LED son mucho más eficientes desde el punto de vista energético, pero todavía producen calor como un subproducto, calor que hay que eliminar del edificio ampliando la capacidad de refrigeración del sistema de HVAC. Por cada 100 W de iluminación que NO se instalan en un edificio, se ahorra aproximadamente 50 W de energía de refrigeración (dependiendo de la región), por lo que la iluminación de bajo consumo resulta muy atractiva para la reducción del consumo de energía global del edificio.

Iluminación y normativa sobre energía

La iluminación es un componente principal del sistema eléctrico de un edificio comercial. En Estados Unidos, hay una serie de normativas y estándares de sostenibilidad energética que facilitan la mejora del desempeño energético global de un edificio, incluida la eficiencia en la iluminación.

Cada una de estas normas y estándares tiene sus propios objetivos, aspectos claves de actuación y aplicaciones. A veces no es fácil ajustarse a todos ellos. En la Tabla 1 se resumen varios estándares de rendimiento de construcción y se comparan los requisitos relativos a la energía para la iluminación de las típicas edificaciones hospitalarias, comerciales, de oficinas y educación.

La norma ASHRAE 90.1 ha sido ampliamente aceptada en el sector como el estándar de partida para el desempeño energético de los edificios. Suele tener presencia directa o indirecta en la mayoría de las normas energéticas y las normativas de construcción sostenible. La norma ASHRAE 90.1 trata sobre la energía para iluminación de dos maneras:

  1. 1. El consumo de energía para iluminación se aborda estableciendo límites a la densidad de potencia de iluminación (LPD), medida en W / sq ft, atendiendo a la función específica del edificio.
  2. 2. Establece el uso de controles de iluminación para apagar las luces automáticamente cuando no son necesarias.

Algunos ingenieros consideran que el paso adicional de calcular la LPD para demostrar que se están cumpliendo las normas de energía resulta lento y engorroso. Sin embargo, el empleo del método de superficie del edificio (Building Area Method) creado por la ASHRAE, simplifica el cálculo aplicando una única LPD para todo el edificio y calculando la potencia total permitida multiplicando la LPD por la superficie total que ocupa el edificio. Por ejemplo, si se permite que un hospital de 500.000 pies cuadrados tenga una LPD de 1,2 W / sq ft, la estimación total de energía de iluminación es de 500.000 pies cuadrados x 1,2 W / sq ft = 600.000 W. El diseño de los sistemas de iluminación de un edificio sin tener en cuenta los efectos en el desempeño energético general del edificio es comparable al diseño arquitectónico de un edificio sin tener en cuenta los sistemas estructurales.

Se puede hacer, pero al final será preciso repetir el diseño. Los diseñadores de iluminación, ingenieros y arquitectos deben trabajar en el diseño teniendo en mente la LPD.

Figura 2: El Hospital Pediátrico Nemours de Orlando (Florida, EE.UU.), recientemente terminado, tiene seis plantas y una superficie de 600.000 pies cuadrados. El hospital ha conseguido una reducción de la potencia de iluminación del 40 % en comparación con lo estipulado por la ASHRAE 90.1 2007, con un ahorro de más de 270 kW en potencia total de iluminación. La iluminación de superficies verticales. ¿Cómo nos afecta?

Los requisitos de ASHRAE 90.1 se basan, al menos en parte, en las recomendaciones de la Sociedad de Ingeniería de la Iluminación (Illuminating Engineering Society, IES) sobre niveles de iluminación y tecnologías de eficiencia energética actuales que han demostrado ser rentables. En esencia, esto significa que los parámetros de diseño de referencia para la iluminación de interiores en la mayoría de los espacios comerciales son las lámparas fluorescentes T8 ó T5 y las lámparas compactas fluorescentes (CFL), aunque el uso de diodos emisores de luz (LED) sigue aumentando. También recomienda el uso generalizado de sensores de ocupación y otros sistemas de control de iluminación en todo el edificio para apagar automáticamente las luces después de la jornada laboral o cuando no se necesita iluminación.

Iluminación de calidad y eficiencia energética

Algunos diseñadores de iluminación e ingenieros tienden a considerar que las normativas energéticas son un obstáculo para el buen diseño de la iluminación. Para ser sinceros, yo creo que lo contrario: Las normativas energéticas ayudan a los diseñadores a aplicar enfoques individualizados y soluciones de diseño adaptadas a cada espacio del edificio, con el fin de satisfacer las necesidades específicas de dicho espacio. Seleccionando las lámparas y accesorios adecuados, integrando la luz natural y aplicando controles de iluminación automáticos, los diseñadores pueden ajustarse sobradamente a los requisitos de la normativa energética. Algunas estrategias para equilibrar la eficiencia energética y la calidad de la iluminación son:

  • El uso de fuentes de luz de bajo consumo. El uso de lámparas fluorescentes lineales y compactas ha sido común durante años y las tecnologías LED han mejorado notablemente en los últimos años. Ofrecen buena salida de luz (lumen) a lo largo de su vida útil nominal (depreciación del lumen), han sido diseñadas para tener una larga vida útil y consumen muy poca energía. Basta comparar una fuente fluorescente compacta que consume 18 W para producir 1200 lúmenes, y tiene una vida útil de 10.000 horas, con una fuente LED que utiliza 11 W para producir los mismos 1200 lúmenes y tiene una vida útil de 100.000 horas. A pesar de que las lámparas LED pueden consumir menos energía, las LED no son la panacea del ahorro de energía como mucha gente piensa, pues no resultan adecuadas para todas las aplicaciones.
  • No conviene usar lámparas incandescentes. La más eficiente de las fuentes incandescentes tan solo tiene un 10 % de eficiencia y su eficacia es muy baja en entre los 10 y 20 lúmenes / W. Las actuales fuentes LED y fluorescentes compactas pueden producir la misma salida de luz y temperatura de color (y casi el mismo color) que la mayoría de las bombillas incandescentes, con mucha mayor eficacia y una vida más larga. Las eficacias típicas de las fuentes fluorescentes van desde 85 a 95 lúmenes / W. La eficacia de las LED puede ser superior a 100 lúmenes / W, y mejoran continuamente.
  • Ponga la luz donde la necesite. Usar más luz donde hace falta y menos donde no hace falta puede sonar como una obviedad, pero muchas veces nos olvidamos de ello. IES publica unas guías estandarizadas sobre los niveles de iluminación adecuados (lúmenes / pie cuadrado) en los distintos espacios típicos de un edificio, basándose en las tareas que se realizan en cada sitio, la reflectancia de la superficie, el contraste y la edad de los ocupantes. Por ejemplo, unos niveles de iluminación bajos son más adecuados en una sala de almacenamiento o un pasillo que en una oficina o un aula. El empleo de menos luz y, por lo tanto, de menos energía en estas áreas permite a los diseñadores utilizar más energía de iluminación en otras áreas y aún así cumplir con los requisitos generales de energía de iluminación del edificio.
  • Diseño de iluminación para áreas de trabajo. Abundando en la idea de "poner la luz donde haga falta", vale la pena considerar lo siguiente: Los espacios de oficinas diáfanos y otros espacios grupales en los que se realicen trabajos de tipo visual pueden beneficiarse de un diseño de iluminación a medida que proporcione menores niveles de iluminación general y mayores niveles de luz de trabajo para los usuarios individuales. Esto elimina la necesidad de iluminar todo un gran espacio abierto de oficinas a 50 lúmenes / pie cuadrado cuando dicho espacio únicamente esté parcialmente ocupado. Además, facilita que los usuarios controlen de forma individual la iluminación de su área de trabajo.
  • Controlar las luces. Es posible ahorrar significativamente en el consumo mediante la aplicación de controles de iluminación adecuados. Los sensores de movimiento o sensores de ocupación pueden usarse en prácticamente todos los espacios para apagar las luces cuando las habitaciones están vacías. Los sensores de ocupación, que exige la ASHRAE 90.1-2010, obligan a que el usuario conecte las luces de forma manual. Las salas multiusos, tales como salas de conferencias, salas de formación, e incluso las oficinas, tienen que estar equipadas con interruptores con atenuación o conmutación de varios niveles para reducir los niveles de iluminación y, por tanto, de energía, cuando no se necesita o desea la iluminación total. La iluminación general de un área se puede atenuar un 10 %, sin que casi nadie repare en ello. Vale la pena hacerlo durante los momentos de máxima demanda (por ejemplo, en las tardes del verano), cuando la tarificación eléctrica suele ser más alta. No solo ahorraremos electricidad, sino también dinero al pagar la factura de la luz. Unos sencillos sensores de iluminación natural que se utilizan para atenuar o apagar la iluminación cuando hay suficiente luz natural, también conocidos como sensores de luz solar, pueden ahorrar cantidades significativas de energía.
  • Utilice superficies de color claro. Los arquitectos y diseñadores de interiores pueden ayudar a mejorar el desempeño energético mediante la simple especificación de superficies de colores claros, reflectantes de luz. Los espacios con suelos y paredes de colores oscuros no solo resultan sombríos, sino que, además, no reflejan ni rebotan tanta luz por la habitación, lo que lleva a reducir los niveles reales de iluminación. En consecuencia, los diseñadores tienen que compensar la oscuridad con un mayor uso de iluminación y consumo de energía. Los espacios con superficies de color claro simplemente requieren menos iluminación para satisfacer los objetivos estéticos y de luminosidad.

Pero incluso recurriendo a las ultimísimas tecnologías de iluminación y a la aplicación de diseños de tipo sinérgico, ¿cuál es el punto más bajo al que podemos llegar? ¿Cuál es el límite inferior de la LPD? ¿0,5 W / sq ft? ¿0,2 W / sq ft? ¿0,1 W / sq ft? Las LPD ultrabajas tienen un rendimiento decreciente; los diseñadores por el momento siguen necesitando cierta cantidad de electricidad para producir luz artificial. Hasta que no aparezca una muy innovadora fuente de luz o una nueva tecnología revolucionaria, es poco probable que las regulaciones energéticas vayan a requerir unas LPD mucho más bajas que las actuales. En todo caso, el buen diseño sinérgico está llevando a unas LPD increíblemente bajas.

Figura 3: En "The Stack", un conjunto residencial situado cerca de la Universidad de Texas A&M, en College Station, Texas, se ha llegado a obtener una LPD de 0,53 W / pie cuadrado, lo que supone una reducción del 50 % con respecto a la normativa de consumo energético aplicable en la zona, ASHRAE 90.1-2010. Este increíble li

Además del desempeño energético, muchas normas de construcción sostenible, incluyendo la LEED, también abordan la reducción de la contaminación lumínica, el uso excesivo de la iluminación y los controles de iluminación en el edificio. La reducción de la contaminación lumínica no solo reduce el resplandor, sino que también se basa en el principio de mantener la iluminación proyectada hacia abajo (y no hacia el cielo), y de confinar la luz al terreno del edificio (sin extenderla al terreno del vecino), lo que naturalmente redunda en una reducción del consumo y los costes.

Muchas normativas locales también incluyen requisitos sobre la uniformidad de la iluminación en edificios, con un máximo, mínimo o promedio de lúmenes / pie cuadrado a los que hay que ajustarse, normas sobre iluminación en horario diurno y otros requisitos de control de iluminación. Son estrategias que los diseñadores e ingenieros ya deberían estar implementando. Una vez más, las normativas de consumo energético no son una carga para el buen diseño de iluminación; por el contrario, contribuyen a evitar el mal diseño de iluminación.

Los diseños de iluminación energéticamente eficientes no tienen por qué reducir la calidad de la iluminación. Las normativas de consumo energético aseguran que el desempeño energético, la densidad de potencia, la iluminación natural y los controles de iluminación se tengan en cuenta junto con los niveles de luz, la representación de colores y la estética. Es posible disfrutar de eficiencia energética a la vez que de iluminación de calidad. Solo tenemos que cambiar nuestra concepción del diseño de iluminación.

Mark A. Gelfo es el Director de Sostenibilidad en TLC Engineering for Architecture. Gelfo es licenciado en Ingeniería Arquitectónica por la Universidad de Penn State y acumula ya 20 años de experiencia en diseño de iluminación, ingeniería eléctrica, sostenibilidad y ejecución de proyectos.

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