UF0567 - Eficiencia energética en las instalaciones de iluminación interior y alumbrado exterior

Por Silvia Martín Sánchez

La finalidad de esta Unidad Formativa es enseñar a determinar la eficiencia energética de las instalaciones de iluminación interior y alumbrado exterior.

Para ello, en primer lugar se profundizará en las características principales de las instalaciones de iluminación interior y de alumbrado exterior, para posteriormente analizar la eficiencia energética de instalaciones de iluminación interior y exterior.

Tema 1. Instalaciones de iluminación interior
1.1 Conceptos básicos de iluminación. Unidades.
1.2 Partes y elementos constituyentes.
1.3 Análisis funcional.
1.4 Temperatura de color.
1.5 Deslumbramiento.
1.6 Sistemas y métodos de alumbrado.
1.7 Niveles de iluminación.
1.8 Control de instalaciones de alumbrado.
1.9 Telegestión.


Tema 2. Instalaciones de alumbrado exterior
2.1 Parámetros y unidades de iluminación.
2.2 Tipos de alumbrado exterior.
2.3 Calificación energética de las instalaciones.
2.4 Niveles de iluminación.
2.5 Régimen de funcionamiento.
2.6 Partes y elementos constituyentes de alumbrado exterior.
2.7 Proyecto o memoria técnica de diseño.


Tema 3. Eficiencia energética de instalaciones de iluminación interior
3.1 Aparatos de medida.
3.2 Mediciones de iluminación.
3.3 Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación interior.
3.4 Sistemas de aprovechamiento de la luz natural.
3.5 Factor de potencia.
3.6 Simultaneidad.
3.7 Eficiencia de los sistemas de automatización.


Tema 4. Eficiencia energética de instalaciones de iluminación exterior
4.1 Aparatos de medida.
4.2 Mediciones de iluminación.
4.3 Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación exterior.
4.4 Calificación energética de las instalaciones.
4.5 Factor de potencia.
4.6 Simultaneidad.
4.7 Eficiencia de los sistemas de automatización.
4.8 Mantenimiento de la eficiencia energética de las instalaciones.

• Idioma: Español
• Editorial: Editorial Elearning
• Fecha de lanzamiento: 14 ene 2019

Vista previa del libro

1.1. Conceptos básicos de iluminación. Unidades

1.2. Partes y elementos constituyentes

1.2.1. Cuadros eléctricos de mando y control

1.2.2. Líneas de distribución

1.2.3. Disposición puntos de luz

1.2.4. Tipos de luminarias y lámparas

1.2.5. Equipos de encendido

1.2.6. Elementos de protección

1.3. Análisis funcional

1.4. Temperatura de color

1.5. Deslumbramiento

1.6. Sistemas y métodos de alumbrado

1.7. Niveles de iluminación

1.8. Control de instalaciones de alumbrado

1.9. Telegestión

1.1. Conceptos básicos de iluminación. Unidades

La iluminación es fundamental para ejecutar de forma adecuada las actividades sociales, industriales y comerciales que se llevan a cabo en la actualidad.

En muchos sectores, la iluminación representa un porcentaje elevado de consumo dentro del resto de actividades que se dan en un edificio. Estos porcentajes pueden oscilar entre el 10 y el 50% del consumo energético de cualquier edificación, por lo que se considera que es un aspecto importante a tratar. En los edificios residenciales, el consumo de electricidad destinado a la instalación de iluminación puede variar entre el 10 y el 16% del consumo energético total.

En el siguiente gráfico se puede observar el reparto de los consumos de electricidad en una vivienda:

Los edificios comerciales, sin embargo, tienen consumos energéticos mucho más elevados, que pueden oscilar entre 15 y el 70% del consumo eléctrico total. En el siguiente gráfico se puede consultar el consumo de energía en una vivienda, en el que la mayor parte corresponde a satisfacer la demanda de iluminación:

En los edificios de oficinas, los consumos eléctricos destinados a la iluminación suponen un porcentaje sobre el total muy importante, ya que pueden asociarse a ellos consumos de en torno al 20-50% sobre el total. La distribución del consumo eléctrico en una oficina se puede observar en el siguiente gráfico:

En los hospitales, el consumo de electricidad supone un 10% de los costes de operación en España. El porcentaje destinado a la iluminación de las distintas estancias se sitúa en torno al 20-30% de consumo eléctrico total. La distribución de los consumos energéticos en un hospital se puede consultar en el gráfico que aparece a continuación:

Como se ha podido observar en los gráficos, el consumo de energía dedicado a cubrir la demanda de iluminación constituye una parte importante de los gastos energéticos de cualquier edificio. Debido a esto, es importante controlar el consumo eléctrico e intentar reducirlo de manera que, aplicando ciertas estrategias de gestión y distintos aparatos se consiga una reducción importante, que garantice el ahorro económico y minimice la emisión de gases de efecto invernadero y de contaminación lumínica derivada de la producción y consumo de electricidad.

Existe una serie de parámetros que es necesario estudiar para caracterizar a las lámparas y luminarias que se instalan como fuente de luz. A continuación se presentan algunos conceptos básicos de iluminación, que constituyen los parámetros más importantes en el estudio lumínico.

Flujo luminoso

Se define como la cantidad de luz que emite una fuente luminosa en todas las direcciones por unidad de tiempo. Se simboliza con F y su unidad es el lumen (lm).

Intensidad luminosa

Se refiere al flujo que emite una fuente luminosa en una dirección determinada. Se simboliza con la letra I y su unidad es la candela (cd).

(1) Flujo luminoso en una fuente emisora. (2) Intensidad luminosa en una fuente emisora.

Rendimiento luminoso

Es la relación existente entre el flujo luminoso (F) que emite una fuente de luz y la potencia eléctrica (W) que consume para producirlo. Se simboliza con h.

h = F/W

Su unidad es el lumen/vatio (lm/W).

Definición

La potencia eléctrica consumida es la que se utiliza para producir la luz visible, junto con las pérdidas que se producen por radiaciones invisibles y por calor.

Potencia eléctrica consumida por una fuente luminosa

Iluminancia

Es la relación entre el flujo luminoso (F) que recibe una superficie y la extensión (S) de ésta. Se simboliza con E. Su unidad es el lux (lm/m2).

E = F/S

Representación de la iluminancia

Luminancia

Se refiere a la intensidad luminosa que procede o es reflejada por un objeto en una superficie. Sería lo que comúnmente se conoce como brillo. Se simboliza con la letra L. Su unidad es la candela/m² o nit (cd/m² = nt).

L = I/(S* cos α)

Definición

Cos α se refiere al coseno del ángulo que forma la superficie que recibe la luz con la fuente luminosa.

Representación de la luminancia

Vida media o vida útil

La vida media es el tiempo medio en el que el filamento de una lámpara incandescente se mantiene con todas sus propiedades, sin que se aprecie pérdida de flujo luminoso (este tipo de lámpara ya no se utiliza).

La vida útil de una lámpara (sin filamento) es el tiempo en que ésta proporciona mínimo el 70% del flujo nominal.

En ambos casos, la vida se mide en horas.

Índice de rendimiento del color o índice de reproducción cromática (IRC o RA)

Podemos decir que es el grado de fidelidad en cuanto a transmisión del color que reproduce un tipo de fuente luminosa. Es decir, cómo de real es el color que se percibe de un objeto que está iluminado por una fuente luminosa. Se mide en porcentaje y toma valores entre 0 y 100.

Cuanto mayor sea el valor del índice de rendimiento del color, mayor calidad tendrá la reproducción cromática.

El IRC depende de lo completo que sea el espectro cromático de dicha fuente, pues un espectro completo, como el de la luz natural, reproduce más fielmente los colores que el espectro de una lámpara de descarga, por ejemplo.

Espectro electromagnético completo de la luz natural

Se recomienda que en cualquier local donde haya una permanencia de personas de forma continuada el IRC sea como mínimo del 70%, o del 80% en el caso de que se tengan que iluminar interiores de espacios de trabajo.

Temperatura del color

Es el color que emite una fuente luminosa incandescente (este tipo de lámpara ya no se utiliza). La temperatura de color se mide en Kelvin. Sus valores varían entre los 2500 y los 6700 en las lámparas que se comercializan convencionalmente. Otros ejemplos son la llama de una cerilla y la luz del cielo azul en el norte, que tienen una temperatura de color de 1500 y 20000 Kelvin, respectivamente.

Temperatura de color de un cuerpo negro

Confort visual

Es una característica que muestra la ausencia de perturbaciones que proceden del entorno visual.

1.2. Partes y elementos constituyentes

Las instalaciones de iluminación interior tienen una serie de componentes encaminados a diferentes tareas.

Los elementos básicos de un sistema de iluminación interior son:

1.La fuente de luz (tipo de lámpara).

2.La luminaria (mecanismo de soporte y conexión a la red eléctrica).

3.El sistema de control y regulación de la luminaria.

El Código Técnico de la Edificación (CTE) define a la luminaria como el aparato que distribuye, filtra o transforma la luz emitida por una o varias lámparas y que, además de los accesorios necesarios para fijarlas, protegerlas y conectarlas al circuito eléctrico de alimentación contiene, en su caso, los equipos auxiliares necesarios para su funcionamiento. Las luminarias están definidas y reguladas en la norma UNE EN 60598-1:1998.

Los elementos que componen las luminarias son los siguientes:

–Carcasa: es el elemento que funciona como soporte y alberga al resto de elementos.

–Equipo eléctrico: depende del tipo de lámpara que se use, podemos de hablar de unos u otros equipos.

∙Las lámparas halógenas de alto voltaje no requieren de equipo; sin embargo las de bajo voltaje necesitan un transformador. Siguiendo la aplicación del Reglamento de la Comisión Europea, a partir del 1/09/2018 queda prohibida la fabricación de las bombillas halógenas, siendo estas sustituidas por las bombillas LED.

∙Las lámparas fluorescentes y de descarga necesitan reactancias (balastos), condensadores e ignitores, o sistemas electrónicos de encendido y apagado.

–Reflectores: son superficies que se encuentran en el interior de la luminaria, cuyo fin es modelar la forma y la dirección del flujo luminoso.

–Difusores: es el elemento que recubre la luminaria en la dirección de la radiación de la luz.

–Filtros: se usan, junto con los difusores, para aumentar o disminuir ciertas características de la radiación lumínica.

Las luminarias deben asegurar la total protección del usuario frente al contacto eléctrico.

Para diseñar correctamente un sistema de iluminación hay que tener en cuenta una serie de factores, que proporcionen unas condiciones óptimas de confort visual y evite los trastornos visuales derivados de una mala iluminación. Estos factores son:

–El tipo de lámpara utilizada.

–El sistema de alumbrado que se vaya a instalar en el recinto.

–La distribución de la luminancia y la iluminancia.

–La eficiencia en la iluminación.

–Las características del espectro de la luz.

–El tipo de espacio a iluminar.

1.2.1. Cuadros eléctricos de mando y control

Es el elemento inicial de la instalación eléctrica en el interior de la vivienda. De ahí parten los circuitos que forman la instalación de forma independiente (iluminación, tomas de corriente generales, toma de cocina y horno…).

Contiene todos los dispositivos necesarios para la seguridad y protección de la instalación interior. Debe situarse lo más cerca posible de la entrada de la derivación individual.

Definición

La derivación individual es aquella parte de la instalación eléctrica que procede de la línea general de alimentación, situada en las vías urbanas, y aporta el suministro eléctrico a la instalación del usuario.

El cuadro eléctrico de una vivienda debe situarse entre los 1,4 y los 2 metros de altura. En los locales su altura mínima debe ser 1 metro. Este sistema debe contener como mínimo los siguientes elementos:

Definición

Una sobrecarga se puede producir por un consumo excesivo de electricidad, haciendo que la intensidad de la corriente que circula sea superior a la intensidad de corriente máxima que soporta el circuito.

Los cortocircuitos pueden deberse a aumentos de intensidades provocadas por el contacto directo accidental de fase y neutro, causado por el deterioro del aislante, por la existencia de humedades…

Cuadro eléctrico de mando y control de una vivienda

1.2.2. Líneas de distribución

En las viviendas existe una serie de circuitos independientes, que controlan distintos sistemas.

Cada uno de ellos está protegido por un interruptor automático de corte omnipolar, ubicado en el cuadro de mando y control, que puede accionarse de forma manual, y cuenta con dispositivos de protección contra cortocircuitos y sobrecargas (entre otros, los Pequeños Interruptores Automáticos, que se recogen en el apartado anterior 1.2.1. Cuadros eléctricos de mando y control).

Definición

Un interruptor automático de corte omnipolar es aquél que interrumpe la corriente de manera automática de todos los conductores que se encuentren activos (las fases y el neutro).

Definición

El neutro es el cable que cierra el circuito, posibilitando que la corriente vuelva desde los puntos de luz y tomas de corriente. Evita que la corriente eléctrica no pase por el cuerpo de la persona que manipula el aparato, derivándola a tierra. En la instalación eléctrica, el cable que corresponde al neutro es el azul.

La fase es el cable a través del que pasa la corriente eléctrica desde el cuadro eléctrico a los puntos de luz y tomas de corriente en la instalación. No está derivada a tierra, por lo que puede producir calambres a la persona que entre en contacto con él (ya que la corriente pasa a través de ella). En la instalación eléctrica, el cable que corresponde a la fase puede ser negro, marrón o gris.

El número de circuitos y las características de éstos viene recogida en la Guía Técnica de Aplicación al Reglamento Electrónico de Baja Tensión (REBT): Instalaciones interiores en viviendas. Números de circuitos y características (Guía-BT-25), publicada por el Ministerio de Industria, Energía y Turismo. Según esto, en las viviendas existen dos tipos de líneas de distribución. Por una parte están los circuitos de electrificación básica y por otra los circuitos de electrificación elevada.

Los circuitos de electrificación básica deben tener la potencia suficiente para que funcionen los aparatos eléctricos de uso más común. Esta potencia debe ser entre 5750 y 7360 W. entre los circuitos de electrificación básica se encuentran los destinados a:

–Los puntos de iluminación.

–Las tomas de corriente de uso general y frigorífico.

–La cocina y el horno.

–La lavadora, el lavavajillas y el termo eléctrico.

–Las tomas de corriente del cuarto de baño y las bases auxiliares de la cocina.

Los circuitos de electrificación elevada se instalan en viviendas cuya superficie supera los 160 m² o donde se prevea la instalación de aparatos electrodomésticos que no pertenezcan a los circuitos considerados de electrificación básica.

Algunos de ellos se instalan de manera auxiliar a los de electrificación básica y otro se deben a la existencia de otros aparatos. Estos circuitos son:

–Circuitos adicionales a los puntos de iluminación, cuando superan los 30 puntos.

–Circuitos adicionales a las tomas de corriente generales, cuando superan las 20 tomas.

–Circuitos destinados a la instalación de calefacción eléctrica.

–Circuitos destinados a la instalación de aire acondicionado.

–Circuitos destinados a la instalación de una secadora independiente.

–Circuitos destinados a la alimentación del sistema de automatización, gestión técnica de la energía y seguridad.

–Circuitos adicionales del tipo de cocina-horno, lavadora-lavavajillas-termo eléctrico o tomas de corriente del baño y bases auxiliares de la cocina, cuando superen las 6 tomas de corriente.

Veamos un ejemplo que aclarará cualquier duda al respecto de este tema:

Quiero llevar a cabo en una vivienda la instalación de 22 puntos de luz, 23 tomas de corriente, 1 frigorífico, 1 microondas, 1 lavadora, 1 lavavajillas, 1 secadora, 1 televisión, 1 cocina eléctrica y 2 aires acondicionado.

Vamos a ver los circuitos que tendríamos que instalar:

Líneas de distribución de una vivienda

En una vivienda se pueden dar hasta doce líneas de distribución, que se corresponden con los diferentes circuitos independientes que suelen aparecer de forma habitual. Estos circuitos están protegidos por Pequeños Interruptores Automáticos situados en el cuadro de mando. Las líneas de distribución se nombran con la letra C seguida de un número, que asigna una función distinta.

Las líneas más habituales son 5, de electrificación básica, y se corresponden con las siguientes:

–C1: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta los puntos de iluminación.

–C2: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta las tomas de corriente de uso general, además del frigorífico.

–C3: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta la cocina y el horno.

–C4: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta la lavadora, el lavavajillas y el termo eléctrico.

–C5: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta las tomas de corriente de los cuartos de baño y las bases auxiliares de la cocina.

Existen otras líneas, de electrificación elevada, que se pueden instalar de forma adicional a las primeras, como son:

–C6:Se corresponde con un circuito adicional del tipo C1, que se instala cuando se superan los 30 puntos de luz.

–C7: Se corresponde con un circuito adicional del tipo C2, que se instala cuando se superan las 20 tomas de corriente de uso general o la superficie útil de la vivienda es superior a los 160 m2.

–C8: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta la instalación de calefacción eléctrica.

–C9: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta la instalación de aire acondicionado.

–C10: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta, si la hubiera, una secadora independiente.

–C11: Corresponde con el circuito de distribución interna que alimenta el sistema de automatización, de gestión de la energía y de seguridad.

–C12: Corresponde con un circuito adicional de los tipos C3 o C4, o del tipo C5 cuando se superan las 6 tomas de corriente.

(Podrás ampliar información relativa al número de circuitos y sus características en la Guía-BT-25. Instalaciones interiores en viviendas. Número de circuitos y características, en www.tuveras.com)

1.2.3. Disposición de puntos de luz

Con la finalidad de que las estancias esté adecuadamente iluminadas hay que colocar un mínimo de puntos de luz, en función del tránsito que se produzca y de las necesidades lumínicas requeridas.

En lugares de paso, como pueden ser lugares de acceso o vestíbulos, en una vivienda, se recomienda instalar como mínimo un punto de luz, independientemente de la superficie de la que disponga, ya que en estos espacios, normalmente, no existen necesidades lumínicas elevadas, en cuanto que no se realizan tareas que la requieran. También se tiene que colocar un interruptor de 10 A, para controlar el encendido y apagado de la luminaria.

En estancias donde la permanencia es mayor, como salas de estar, salones o dormitorios, es