• Códigos de energia e projeto de iluminação

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Quando eu comecei minha carreira em projetos elétricos há 20 anos, um projeto de iluminação com uma densidade da potência luminosa (LPD) de 3,0 W/pé² ou mais, era comum e um projeto de 2,0 W/pé² era considerado "eficiente". Hoje, densidades de intensidade luminosa tão elevadas nunca seriam aceitas; 11,1 W/m² ou menos é um valor típico para a maioria dos projetos de construção. Isto significa uma redução de 66% no uso da energia, em comparação a sistemas instalados há 20 anos. Poucos setores de projeto podem se gabar de uma melhoria drástica na eficiência, como essa, nesse período.

Ao longo dos últimos 20 anos, as tecnologias de iluminação, fontes de luz e controles melhoraram consideravelmente, e os códigos de energia e normas de edificações verdes também têm impulsionaram essa eficiência. Nós não instalamos mais 2 calhas de 1,2 metros, com 4 lâmpadas fluorescentes simplesmente em um espaço de 2,4 x 3 metros. Projetistas de iluminação, arquitetos e engenheiros trabalham em conjunto para balancear a estética, qualidade de iluminação e energia para uma obter uma melhor solução de iluminação total, que funcione bem e atenda os códigos de energia. Não temos que sacrificar a qualidade dos projetos de iluminação ou reduzir os níveis de iluminação apenas para atender os códigos de energia.

A iluminação como meta para reduzir a energia

Edifícios usam muita energia. E uma grande parte dessa energia é utilizada na iluminação artificial. De acordo com o EIA (sigla em inglês para Departamento de Informações sobre Energia), 21% da energia total é utilizada em edifícios comerciais e 38% de toda a eletricidade usada nos edifícios comerciais é destinada à iluminação artificial (veja a Figura 1).

Figura 1: Mais eletricidade é utilizada para iluminação, do que em qualquer outra utilização final. A iluminação gasta 38% da eletricidade do local; o resfriamento e a ventilação usam cada um 12%. Nesse exemplo, o consumo total de eletricidade é de 3.037 trilhões de Btus. Cortesia da: Energy Informat

Na fonte de iluminação artificial "original" desenvolvida por Thomas Edison há mais de 100 anos, a luz visível incandescente, foi apenas um subproduto. Lâmpadas incandescentes emitem luz com a passagem de uma corrente elétrica através de um filamento de tungstênio, até que ele fica tão quente que brilha. Fontes de luz incandescentes são essencialmente aquecedores resistivos onde 10% da energia de entrada produz luz visível e 90% produz energia térmica. Fontes de iluminação modernas, como lâmpadas fluorescentes e LEDs são muito mais eficientes em energia, mas ainda produzem calor como subproduto, que precisa ser removido do edifício através da adição de mais capacidade de resfriamento ao sistema de climatização do edifício. Para cada 100 W de iluminação que é DEIXADA DE APLICAR em um edifício, cerca de 50 W de energia de resfriamento são economizados (dependendo da região), tornando a iluminação energeticamente eficiente um alvo muito atraente para a redução geral da energia do edifício.

Iluminação e códigos de energia

A iluminação é um componente principal do sistema elétrico de um edifício comercial. Nos Estados Unidos, há uma série de códigos de energia e normas de sustentabilidade que ajudam a impulsionar o desempenho geral da energia dos edifícios, incluindo a eficiência da iluminação.

Cada um desses códigos e normas tem suas próprias metas, áreas de foco e aplicações. Pode ser difícil atender a todos eles diretamente. A tabela 1 resume várias normas de desempenho para edificações e compara seus requisitos de energia para iluminação, tipicamente para hospitais/ambulatórios, escritórios comerciais e edifícios para escolas/universidades.

A Norma ASHRAE 90.1 é considerada geralmente como a normas base aceita pelas indústrias para o desempenho energético das edificações e é incorporada por referência ou integrada de outra forma na maioria dos códigos de energia e normas de edificações verdes. A norma ASHRAE 90.1 trata da energia da iluminação de duas formas:

  1. 1. O consumo da energia de iluminação é abordado, estabelecendo limites para a densidade da potência luminosa (LPD), medida em W/pé², com base no uso específico do ambiente.
  2. 2. Exige o uso de controles de iluminação para desligamento automático da iluminação quando ela não for necessária.

Alguns engenheiros consideram o passo adicional de calcular a LPD para comprovar conformidade com os padrões de energia, como demorado e oneroso. Entretanto, a utilização do Método da Área do Edifício da ASHRAE simplifica o cálculo, aplicando um LPD uniforme para o edifício e calculando a potência total permitida, com a multiplicação da LPD pela área total do edifício. Por exemplo, se um hospital de 500.000 pés quadrados tiver uma LPD permitida de 1,2 W/pé², a potência total de iluminação é de 500.000 pés quadrados x 1,2 W/pé² = 600.000 W. Projetar os sistemas de iluminação de um edifício sem considerar o impacto no desempenho energético geral do edifício é semelhante a um arquiteto projetar um edifício sem levar em conta os sistemas estruturais.

Você até pode fazer isto, mas vai acabar tendo que reprojetar ao final. Projetistas de iluminação, engenheiros e arquitetos devem projetar com a LPD em mente.

Figura 2: O hospital de seis andares Nemours Children, recém-concluído, de 600.000 pés quadrados, em Orlando, Flórida, obteve uma redução de 40% na potência de iluminação, em comparação com a Norma ASHRAE 90.1 2007, economizando mais de 270 kW na potência total da iluminação. [truncated segment] A iluminação de superfícies verticais e o uso

Os requisitos da norma ASHRAE 90.1 estão baseados, pelo menos em parte, nas recomendações dos níveis de iluminação da IES (Illuminating Engineering Society) e em tecnologias de eficiência energética atuais, comprovadamente econômicas Essencialmente, isto significa que os parâmetros de projeto básicos para a iluminação interior da maioria dos ambientes comerciais são lâmpadas fluorescentes T5 ou T8 e lâmpadas fluorescentes compactas (CFL), embora o uso lâmpadas LED (diodos emissores de luz) continue a aumentar. Indica também o uso generalizado de sensores de presença e outros sistemas de controle de iluminação em todo o edifício, para desligar automaticamente as lâmpadas, depois do horário de expediente ou quando a iluminação não é necessária.

Iluminação de qualidade e eficiência da energia

Alguns projetistas e engenheiros de iluminação acham que os códigos de energia só atrapalham ou incomodam, na execução de um bom projeto de iluminação. Eu acredito que é o oposto: Códigos de energia ajudam projetistas a aplicar abordagens e soluções de projeto individualizadas, a cada ambiente da edificação, para atender às necessidades específicas desse ambiente. Ao selecionar lâmpadas e luminárias adequadas, integrando iluminação natural, e aplicando controles automáticos de iluminação, os projetistas podem atender facilmente e ultrapassar as exigências do código de energia. Algumas estratégias para equilibrar a eficiência da energia contra a qualidade da iluminação podem incluir:

  • Usar fontes de luz eficientes em termos de energia.  Lâmpadas fluorescentes lineares e compactas foram o padrão durante anos, e as tecnologias LED melhorara significativamente nesses últimos anos. Elas oferecem boa saída luminosa (lúmens) durante toda a sua vida útil indicada (depreciação luminosa), são classificadas como tendo vida longa, e usam pouquíssima energia. Compare uma fonte fluorescente compacta que utiliza 18 W para produzir 1200 lumens, com uma vida útil de 10.000 horas e uma fonte de LED que utiliza 11 W para produzir os mesmos 1200 lumens e tem uma vida útil estimada de 100.000 horas. Mesmo que os LED possam usar menos energia, eles não são a "solução mágica" para a economia de energia que muitas pessoas acreditam que sejam; eles não são adequados para todas as aplicações.
  • Não use lâmpadas incandescentes.  Mesmo as mais eficientes lâmpadas incandescentes são apenas 10% eficientes e têm uma eficácia muito baixa, na faixa de 10 a 20 lumens/W. Lâmpadas fluorescentes compactas e lâmpadas LEDs atualmente podem produzir a mesma saída de luz e temperatura de cor e quase a mesma capacidade de reprodução de cores, como a maioria das lâmpadas incandescentes, entretanto com maior eficácia e vida mais longa. A eficácias de lâmpadas fluorescentes típicas varia de 85 a 95 lumens/W; A eficácia das lâmpadas LED pode ser de mais de 100 lumens/W e essas lâmpadas estão melhorando continuamente.
  • Coloque a luz onde ela é necessária.  Usando mais luz onde você precisa e menos onde não precisa, pode soar como uma coisa simples e óbvia, mas muitas vezes é esquecida. A IES publica normas sobre níveis de iluminação apropriados (candelas-pé) em vários ambientes de edifícios típicos, com base nas tarefas a serem realizadas, refletância da superfície, contraste e idade dos ocupantes. Por exemplo, níveis de iluminação mais baixos podem ser utilizados em uma sala de armazenamento ou um corredor, do que em um escritório ou de sala de aula. Usar menos luz e, portanto, menos energia nessas áreas permite que os projetistas usem mais energia de iluminação em outras áreas e ainda atendam aos requisitos gerais de energia de iluminação do edifício.
  • Projeto de iluminação conforme o ambiente de trabalho.  Continuando com o conceito de "colocar a luz onde ela é necessária," considere o seguinte: Escritórios abertos e outros espaços de ocupação por grupo de pessoas onde são realizadas "tarefas" visuais, podem se beneficiar de um projeto voltado para a atividade: Fornecer níveis de iluminação geral mais baixos e iluminação mais elevada para usuários individuais. Isso elimina a necessidade de iluminar toda a área de um grande escritório aberto com 50 candelas-pé quando a área é ocupada parcialmente. Além disso, este projeto dá aos ocupantes controle individual da iluminação em sua área
  • Controle as luzes . Uma economia significativa de energia pode ser obtida com controles adequados da iluminação. Sensores de ausência - comumente chamados de sensores de movimento ou sensores de presença - podem ser usados em praticamente todos os lugares para desligar luzes quando os ambientes estão vagos. Sensores de ausência requerem um sinal "Ligar manual" em vez de "Ligar automático" e são obrigatórios pela ASHRAE 90.1-2010. Salas de múltiplos usos, como salas de conferência, salas de treinamento, e até mesmo escritórios devem ser equipados com dimmers de escurecimento ou vários interruptores para reduzir os níveis da iluminação - e, portanto, da energia - quando a iluminação total não é necessária ou desejada. Você pode reduzir a iluminação geral de uma área em 10% e a maioria das pessoas não vai notar nenhuma diferença. Faça isso durante os horários de pico de demanda (isto é, na parte da tarde durante o verão), quando as tarifas elétricas são mais elevadas (se você tiver tarifas diferenciadas para diferentes horários do dia). Isso não economiza apenas eletricidade, mas também dinheiro na conta de energia. E sensores de iluminação natural simples usados para reduzir ou desligar a iluminação artificial quando há luz natural adequada disponível, também conhecidos como captação da luz natural, economizam quantidades significativas de energia.
  • Use superfícies com cores claras. Arquitetos e projetistas de interiores podem ajudar a melhorar o desempenho da energia simplesmente especificando superfícies reflexivas com cores claras. Ambientes com paredes e pisos escuros não apenas dão a "sensação" de escuros, mas também não refletem ou o máximo de luz ao redor do ambiente, diminuindo os níveis de iluminação reais nos ambientes. Os projetistas precisam então superar essa "escuridão" usando mais iluminação e mais energia. Espaços com superfícies com cores claras simplesmente precisam de menos iluminação para atender o nível de candelas-pé e os objetivos estéticos.

Mas mesmo com tecnologias novas e inovadoras de iluminação e abordagens de implementação de projeto sinergéticos, até onde poderemos baixar a iluminação? Qual é o limite inferior da LPD? 0,5 W/pe2? 0,2 W/pé2? 0,1 W/pé2? Há retornos decrescentes para LPDs ultrabaixos; os projetistas ainda precisarão usar alguma energia para produzir luz artificial. Até que vejamos uma nova fonte de luz que mude os paradigmas ou uma nova tecnologia desenvolvida, os códigos de energia provavelmente não vão requerer LPDs mais baixos do que exigem atualmente. Ainda assim, LPDs bem baixos, aparentemente incríveis, estão sendo obtidos por meio de um bom projeto com sinergia.

Figura 3: Novos apartamentos no estilo dormitório chamados de "A Pilha", localizados perto da Texas A&M University, no College Station, Texas, conseguiu uma LPD de 0,53 W/pé², que representa uma redução de 50% em relação ao código de energia local aplicável, ASHRAE 90.1- 2010. This incredible li...

Além do desempenho da energia, muitos códigos e normas de construção verde, incluindo o LEED, também tratam da redução da poluição de luz, invasão de luz e controles de iluminação de locais. A redução da poluição luminosa não reduz apenas o brilho, mas também o conceito de manter a iluminação de um local dirigida para baixo (e não para o alto), e manter a iluminação sobre o edifício da propriedade (e não espalhar a luz sobre a propriedade vizinha) reduz intrinsicamente uso e os custos da energia.

Muitos códigos locais também incluem requisitos para uniformidade da iluminação local, com valores máximos: mínimos ou médios: valores de candela-pé mínimos que devem ser atendidos, e outros requisitos de controle de iluminação entre o crepúsculo e o alvorecer. Essas estratégias os projetistas e engenheiros já devem estar implementando. Enfatizando, os códigos de energia não são um fardo para um bom projeto de iluminação; eles ajudam a prevenir um projeto de iluminação deficiente.

Projetos de iluminação eficientes não precisam resultar em iluminação de baixa qualidade. Os códigos de energia garantem que o desempenho da energia, a densidade da potência luminosa, iluminação natural, e os controles da iluminação sejam considerados nas análises do projeto assim como os níveis de iluminação, reprodução de cor e estética. Podemos ter os dois resultados: eficiência energética e iluminação de qualidade. Temos apenas que mudar a forma como fazemos nossos projetos de iluminação.

Mark A. Gelfo, é diretor de sustentabilidade da TLC Engineering for Architecture. Pós-graduado do programa de Engenharia Arquitetônica da Penn State, Gelfo tem 20 anos de experiência em projetos de iluminação, engenharia elétrica, sustentabilidade e comissionamento.

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