Medidas de Eficiência Energética na Ilumina ç ão Integrando Luz Natural

Medidas de Eficiência Energética na Iluminação Integrando Luz Natural

Realizado porFilipe Lopes de Pinho Latourrette Alves

MIEEC - 2008

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Enquadramento e Motivação

• A sociedade atravessa uma crise energética que obriga uma utilização racional de energia

• Relevância da Iluminação num dos principaissectores de consumo de energia eléctrica, o de serviços

• Grande parte destes 50% podem ser preenchidoscom a iluminação natural

• Existem várias tecnologias para a integração da luz natural e a sua eficácia depende de vários aspectos

• É necessário desenvolver uma metodologia de análise


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Consumos Energéticos Sector Serviços

I luminação50%

Outros 16% Motores

34% Motores

I luminação

Outros

www.adene.pt , acedido em março de 2007

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Objectivos

• Identificação e Caracterização das Tecnologias de Integração da Iluminação Natural (TIIN)

• Desenvolvimento de uma metodologia genérica capaz de quantificar o impacto da luz natural no interior de um compartimento, para a integração das TIIN

• Desenvolvimento de uma ferramenta de cálculo matemático para a simulação e estimativa dos benefícios energéticos e económicos da utilização das TIIN

• Aplicação da ferramenta a casos de estudo


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TIIN


Sistemas Automáticos de Controlo Condução de Luz

Regulação Automática do Fluxo Luminoso com Sensor Fotoeléctrico

• As condições exteriores de iluminação natural podem variar, mas o nível de iluminância pretendido no interior permanece constante, visto que a iluminação artificial se modifica simultaneamente em função das alterações exteriores

• Reduções até 75% no consumo de energia

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Sistema Automático ON/OFF com Sensor de Presença

• Sensor avalia a disponibilidade da iluminação natural e procede à activação e desactivação automática do sistema de iluminação

• Reduções até 50% no consumo de energia

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TIIN



Poço ou Prisma de Iluminação

• Medida do encargo arquitectónico

• Pequenos prismas de luz e ventilação

Átrio

• Tipo de envidraçado utilizado influencia a transmissão da luz natural

• Manutenção regular

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TIIN



Tubo Reflector

• Permite transportar a iluminação natural para o interior de uma instalação através de um tubo reflector

• Constituído na parte superior por um espelho parabólico que concentra e redirecciona a luz do sol

• Fácil de instalar e não necessita de manutenção

• Aplicável a pequenos e grandes espaços

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www.solatube.com, acedido em dezembro de 2007

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TIIN



Prateleiras de Luz

• Protege os ocupantes contra o acesso da luz solar directa, redireccionando os raios solares para o tecto

• Permite obter no interior uma maior uniformidade luminosa e pode ser utilizada para ventilação

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• Constituído por um colector de iluminação natural colocado estrategicamente no topo de um edifício que irá armazenar e conduzir através de fibras ópticas a luz solar para o interior

• Interacção com a iluminação artificial, actuando em simultâneo com as lâmpadas fluorescentes

Fibras Ópticas

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Quantificação da Iluminação Natural


Factor de Luz do Dia (FLD)

• Eint é a iluminância interior num ponto de um plano (lux)

• Eext é a iluminância exterior simultânea num plano horizontal (lux)

• As TIIN permitem uma melhor utilização do FLD

• Quanto mais elevado for o FLD maior será a poupança

100(%).

.int extEE

FLD

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5

Poup

ança

ene

rgét

ica

(%)

FLD (%)

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www.fe.up.pt/~arminío, acedido em Novembro de 2007

FLDPo

upan

ça

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Quantificação da Iluminação Natural


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Factor de Luz do Dia Médio (FLDM)

)1( 2

t

céujj

SS

FLDM

área da superfície envidraçada

factor de transmissão luminosa do envidraçado

ângulo de céu visível

área total de todas as superfícies no local

factor de reflexão médio de todas as

superfícies

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Abordagem Metodológica


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Poupança Energética

Energia Consumida SEM o Sistema

Energia Consumida COM o Sistema

Número de horas

anual

Potência total

100 0

Potência (w)

055…

202220

% Fluxo Iluminação Interior

Número de horas

0 184310 46… …90 69

Cálculo Luminotécnico (exemplo)

Regulação automática do fluxo

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Regulação Automática do Fluxo – Cálculo Luminotécnico (exemplo)horário de funcionamento das 9h ás 17h

• Relação entre a latitude e iluminância exterior

• Curvas de probabilidade

• Valor médio anual do número de horas das quais a iluminância exterior é suficiente para garantir um valor desejado de iluminação interior


[2] Comité Español de Iluminación

450…500

90 69

Iluminação devida à luz natural (lux)

500 0 184310 46… …

100 0

Potência (w)

055…

202220


Número de horas

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horário de funcionamento das 9h ás 17h

Considerando • Latitude de 40º e FLD = 4%

• Nível de iluminação interna de 500 lux

luxFLDE

Eext 1250004,0500.int

.


[2] Comité Español de Iluminación

• Para garantir um nível de 500 lux no interior, necessitamos pelo menos de uma iluminância externa aproximadamente de 12500 lux

• Para uma latitude de 40º a percentagem associada é de aproximadamente 80%

Regulação Automática do Fluxo – Cálculo Luminotécnico (exemplo)

450…500

90 69


500 0 184310 46… …

100 0

Potência (w)

055…

202220


Número de horas

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• Número total de horas 2304h/ano

• Repetido para os diferentes patamares de fluxo

184380,02304 ntofuncionamedehoras


Regulação Automática do Fluxo – Cálculo Luminotécnico (exemplo)

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Casos de Estudo


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Local de estudo

Sala de laboratório do edifício J da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

• Latitude 41º

• Iluminância média recomendada 500 lux

• Horário de trabalho das 9h às 17h

• 6 dias/semana 2304 horas/ano

• 16 Armaduras Lâmpadas de T8 /58W

• Potência lâmpada + balastro 72W

• Energia consumida num ano 2654 kW/h

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Casos de Estudo


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Estimativa do FLDM

Características da sala

(%)3)1( 2

t

céujj

SS

FLDM

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Casos de Estudo


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Sensor Fotoeléctrico com Regulação – Cálculo Luminotécnico

horário de funcionamento das 9h ás 17h

Poupança Energética anual ≈ 78% = (1-588/2654)

16670

100008333666750003333

Iluminação exterior necessária (lux)

16667150001333311667

783,36864

956,161059,84

115292

10092,1646,08

97,6753,08

79,6366,09

46,0892,1669,12

7583


>=500450400

100500

350300250200150

Horas em que a luz diurna é insuficiente

945 0 0 1359,36 0

Fluxo % da lâmpadaPotência % da

lâmpada

Horas de funcionamento a essa potência (h)

Energia consumida (kWh)

Potência total das lâmpadas (W)

0

138,2446,0869,12

138460

760599461415346

90100

1020304050

207607080

36,1068300

288380,16483,84

576691,2

2533425060

53,0861,3166,8926,5447,78

184,32161,28

Total : 588,17

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Casos de Estudo


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Sensor Fotoeléctrico com Regulação – Estudo Económico

Investimento Total: 795 €

Retorno Económico ≈ 3 anos

Poupança Anual ≈ 251 €

Preço (€/kWh) : 0,1216

Potência consumida num ano (kWh): 2654,2Custo (€) : 323

Nova Potência consumida num ano (kWh): 588,17Custo (€) : 72

Daylight SENSOR 1291

InvestimentoCusto total (€)

825,619,619,6

Descrição material Custo unitário (€)Quantidade

ModularDIM DM

Balastro dimerizável T8 (58W)ModularDIM BASIC

19,6

51,619,61

1

16

129

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Casos de Estudo


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Controlo Automático ON/OFF Sensor de Presença

100 1152Total :

0 0 0 100 944,64 1088,21088


Iluminação exterior necessária (lux)

Horas em que a luz diurna é insuficiente

Fluxo % da lâmpadaPotência % da

lâmpadaPotência total das

lâmpadas (W)Horas de

funcionamento a essa potência (h)

Energia consumida (kWh)

>=500 16666,7 01359,36000944,64

Poupança Energética anual ≈ 59% = (1-1088/2654)

Poupança Económica Anual de = 323-132 = 191 €

Preço (€/kWh) : 0,1216

Potência consumida num ano (kWh): 2654Custo (€) : 323

Nova Potência consumida num ano (kWh): 1088Custo (€) : 132

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Casos de Estudo


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Condutores de Luz e Regulação Automática

6,6123

4

0,3

0,91800,5

Caracteristicas Largura Sala (m) :

Comprimento Sala (m) :Altura Sala (m) :

Raio (m) :

Número

τj :αcéu :

ρ :

(%)9,0)1( 2

t

céujj

SS

FLDM

(%)439,0 FLDMtotalEnergia consumida (kWh) 61,64

Poupança Energética anual (%) 88

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Conclusões


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• Foi desenvolvida uma metodologia de análise genérica para a integração das TIIN

• Foi desenvolvida uma ferramenta capaz de estimar e quantificar o impacto do aproveitamento da luz natural assim como a poupança energética e económica proveniente

• A ferramenta permite isolar o efeito daylighting nos consumos de energia eléctrica revelando-se simples e eficaz

• Os sistemas automáticos de controlo apresentados e os condutores de luz natural apresentam-se como opções com enorme potencial de poupança energética

-50%-75%

-90%

On-Off RegulaçãoRegulação e

Condução de Luz

Até Até Até

Poupança energética

Questões/Informações

• Página Web www.fe.up.pt/~ee02094

• Email: [email protected]


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