11 November, 2019

Control de iluminación inteligente y eficiencia energética

Mediante el diseño de sistemas de iluminación, diseñadores e ingenieros de iluminación inteligente pueden lograr importantes rendimientos energéticos en una variedad de tipos de edificios.

Según el último informe de Research and Markets  «Building Automation & Controls Market by Product Segment, Application Vertical , and Geography – Trends & Global Forecasts 2014-2020» (Mercados de Automatización y Control de Edificación por segmentos de productos, aplicación vertical y geografía. Tendencias y previsiones globales 2014-2020), se espera que el mercado total de automatización y controles alcance los 5.548 mil millones de dólares para 2020 con una tasa media de crecimiento anual del 9,04% de 2014 a 2020. El mercado en 2013 estaba valorado en 2.778 mil millones de dólares. Dentro de este mercado la automatización y control de la iluminacion ocupa un papel muy importante que además va creciendo debido a la capacidad que ofrecen dichos sistemas para integrar en ellos los controles de otras funciones del edificio.

La iluminación es típicamente una de las mayores cargas de energía en cualquier edificio, e históricamente ha sido la más difícil de controlar. Le gente enciende las luces pero se olvida de apagarlas. Pero la tecnología se ha vuelto más eficaz en la lucha contra esto.

Automatiza, Art Tecn, Control de iluminación inteligente y eficiencia energéticaint0Historia de los sistemas de control de iluminación

La primera revisión del interruptor simple de encendido y apagado de pared llegó en forma de una rueda o barra deslizante de pared para la atenuación de incandescencia, que ya permitía ahorrar al poder seleccionarse niveles intermedios de iluminación. Entonces, en medio de la crisis energética de la década de 1970, los primeros sensores de ocupación llegaron al mercado. Ya no eran solo los seres humanos el único factor determinante de si las luces estaban encendidas o no, las máquinas empezaron a decidir. Se empezaron a conectar detectores de presencia independientes y temporizadores a los dispositivos de iluminación que apagaban las luces cuando no se detectaba ocupación por un cierto periodo de tiempo, o cuando el tiempo del reloj programador lo marcaba. Esta innovación supuso una enorme mejora respecto al interruptor manual, llevando aparejadas enormes reducciones en las cargas por iluminación.

Luego llegaron los controles de iluminacion basados en redes, que controlaban zonas de iluminación creando franjas horarias sobre los controles independientes e interruptores manuales, apagando todas las luces en el edificio en un momento determinado, anulando los interruptores y los controles independientes.

La última versión, el sistema de control avanzado de iluminación, aprovecha el poder de la digitalización y la granularidad. Cuando se implementan correctamente, estos sistemas son fáciles de usar y fáciles de mantener, proporcionan la capacidad para gestionar eficazmente todas las luces de un edificio desde una única  ubicación centralizada, y agilizan el mantenimiento físico y el funcionamiento. El control de la iluminación basado en software también permite el intercambio de datos no sólo entre los componentes del sistema de control de iluminación, sino también con los sistemas mecánicos, de seguridad contra incendios y de seguridad. Esta integración de sistemas inteligentes permite la gestión eficaz de todos los consumidores de energía del edificio para conseguir una verdadera reducción del uso energía y ahorro de costes.

Foto Diagrama de circuito para programación basada en EMS en un gran edificio. Fuente: Directrices de Iluminacion Avanzada, New Buildings Institute
Foto Diagrama de circuito para programación basada en EMS en un gran edificio. Fuente: Directrices de Iluminacion Avanzada, New Buildings Institute

 

Cierta resistencia por parte de los responsables técnicos

A pesar de los beneficios, muchos ingenieros no entienden realmente los sistemas de control de iluminación avanzados. Esto puede deberse a la naturaleza global del sistema que puede parecer compleja y abrumadora, y los ingenieros a menudo simplemente no se han tomado el tiempo para aprender acerca de él. El término «sistema de control avanzado de iluminación » puede sonar complicado, pero lo que realmente significa es que se esta realizando una estratificación de los interfaces de comunicación sobre un hardware común que los ingenieros han utilizado tradicionalmente y que con el que ya están bastante familiarizados -balastos, lámparas, sensores de ocupación, y otros dispositivos de control -o bien puede que se esté utilizando un tipo particular de este equipo. A menudo, los diseñadores no se dan cuenta de que familiarizarse con los sistemas de control de iluminación avanzados les puede ahorrar tiempo y energía en el largo plazo. El hardware es más o menos el mismo de siempre; el verdadero cambio y el progreso reside en los sistemas de software.

Actualizaciones en los códigos y normas

Los códigos de energía de estados Unidos, tales como la norma ASHRAE Standard 90.1International Energy Conservation Code (IECC), y California Title 24 están volviéndose más estrictos, y los controles avanzados de iluminación simplemente hacen que sea mucho más fácil de cumplir con ellos. Con cada nueva versión, los códigos de energía tienden hacia el objetivo final del consumo de energía neta cero. Cada uno de los códigos se actualiza cada 3 años, y los mayores cambios son que los umbrales para la activación de su cumplimiento se revisan para abarcar más proyectos.

Como ejemplo, echemos un vistazo a ASHRAE 90.1-2007 frente ASHRAE 90,1-2010:

  • Umbral para el cumplimiento:

o 2007: Cualquier proyecto nuevo o de retrofit cuya  alteración de la carga de iluminación conectada sea del 50% o superior

o 2010: Cualquier proyecto nuevo o de retrofit cuya  alteración de la carga de iluminación conectada sea del 10% o superior

  • Apagado automático de la iluminación

o 2007: Necesario en edificios superiores a 5.000 metros pies cuadrados

o 2010: Necesario en todos los espacios

  • Reducción del nivel de luz

o 2007: No es un requisito

o 2010: La iluminación debe ser cableada para permitir una reducción de potencia de 30% a 70%, además de poder apagar la iluminación mediante bien  regulación o conmutación

  • Las zonas de luz diurna

o 2007: No es un requisito

o 2010: el control de iluminación natural debe ser automático basado en la aportación de luz natural, y debe ser instalado en espacios con ventanas y claraboyas

  • Iluminación exterior

o 2007: La iluminación debe estar apagada durante el día

o 2010: La iluminación debe estar apagada durante el día, y la iluminación debe estar apagada o en un nivel reducido por la noche

  • Control de carga de enchufes

o 2007: No es un requisito

o 2010: 50% de los recipientes en oficinas privadas, oficinas abiertas, y aulas de informática debe cerrarse automáticamente.

En vez de mirar al control de iluminación a nivel de construcción, muchos ingenieros todavía tratan de abordar cada requisito del código de energía de forma individual, instalando varios tipos de sistemas (por ejemplo, control de relés, sistemas de regulación arquitectural, caja de de atenuación de pared) en un solo edificio sin ningún control central. Si bien este enfoque puede satisfacer los requisitos básicos del código funcional y de energía del proyecto, tratar de encajar un conjunto de sistemas parciales juntos es realmente la manera más difícil de hacer las cosas.

Los requisitos del código de la Energía, el aumento de los costos de energía, la importancia de la recogida y análisis de datos históricos y al minuto, la investigación sobre la eficacia de los controles, las tecnologías emergentes como los LEDs fáciles de controlar, y la demanda de edificios «verdes» han llevado a los fabricantes a desarrollar sistemas que los ingenieros pueden implementar para cumplir con estos requisitos. La idea ahora es hacer que los controles de iluminación sean tan transparentes como los controles HVAC para ofrecer comodidad al usuario, pero sólo usar lo que sea absolutamente necesario. Con la incorporación del requisito de control de carga de enchufes, los sistemas de control de iluminación están avanzando rápidamente en el ámbito de la gestión de la energía.

Control de Costes de Energía para edificios comerciales con nuevos sistemas avanzados integrados de automatización de iluminacion y HVAC de GE Lighting
Control de Costes de Energía para edificios comerciales con nuevos sistemas avanzados integrados de automatización de iluminacion y HVAC de GE Lighting

Implementación del Sistema

Existen básicamente dos tipos de métodos de implementación de sistemas de control avanzados de iluminación. El primero es el uso de equipos digitales de interfaz de iluminación direccionable (DALI). La dirección necesaria para el control de la programación del sistema está integrada en los dispositivos de de control y balastos. El segundo es el uso de módulos de entrada / salida direccionables que son «estratificados» sobre los dispositivos de control y balastos estándar. Los sistemas basados en DALI parecen ser de naturaleza protegida, porque está limitado a equipos específicos. Algunos fabricantes de sistemas basados en DALI requieren que sean sus dispositivos los que se implementen para asegurar su correcto funcionamiento. Por otro lado, los sistemas de estratificación  permiten cualquier combinación de dispositivos.

Pero lo que realmente diferencia a estos sistemas es la interfaz del software. Varios fabricantes ahora utilizan una interfaz gráfica de usuario (GUI) que permite al usuario apuntar y hacer clic realizar cambios de programación en el sistema. El software también proporciona un poder de gestión de energía sin precedentes, permitiendo una gestión centralizada (con acceso remoto); facilidad de integración y de compartir datos con otros sistemas del edificio, como los sistemas de automatización de edificios (BAS), sistemas de seguridad o sistemas de alarma contra incendios; y alertas de mantenimiento automáticamente generadas, informes de puesta en marcha de dispositivos y sistema, e informes de utilización de dispositivos. Armado con todos estos datos y potencia de cálculo, los operadores de edificios están facultados como nunca antes para optimizar el consumo de energía en sus instalaciones.

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