EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
0 – Principais grandezas da luminotecnia
1 - Importância da iluminação na factura energética
Metodologia para a obtenção de uma boa eficiência energética da instalação de
iluminação:
A – Utilização de lâmpadas de elevado rendimento luminoso
B – Poupança de energia com lâmpadas fluorescentes
C – Classes de eficiência energética das lâmpadas
D – Utilização de balastros electrónicos
E – Utilização de armaduras de iluminação adequadas
F – Verificação do índice de eficiência energética da iluminação
G - Escolha de um sistema de gestão da iluminação adequado
H – Aproveitamento da luz natural disponível
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0 – Principais grandezas da luminotecnia
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GL01
Em luminotecnia consideram-se basicamente 4 grandezas:
- fluxo luminoso;
- intensidade luminosa;
- iluminação ou iluminância;
- luminância;
Em relação a esta última grandeza, as fontes luminosas designam-se
por fontes primárias e os corpos iluminados por fontes secundárias.
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GL02
Fluxo luminoso (F ou Φ ) – luz emitida ou
observada num segundo.
Unidade: lm (lumen)
Quantidade de luz: Q = F.t
Unidade: lm.s ou lm.h ou klm.h
OBS.
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GL03
Esfera de Ulbricht
Utilizada para a medida do
fluxo luminoso de uma
lâmpada.
A fonte luminosa a medir é
colocada no seu interior.
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GL04
Ângulo sólido: quociente entre a superfície
abraçada sobre uma esfera com centro no
vértice do ângulo e o quadrado do raio
dessa esfera:
ω=
S
r2
O conjunto de ângulos sólidos numa esfera
representa:
4πr 2
= 4π
2
r
A unidade de ângulo sólido é o esterradiano (sr).
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GL05
Intensidade luminosa (I) : fluxo luminoso
compreendido na unidade de ângulo sólido
no qual é emitido, pressupondo-se que a fonte
luminosa é pontual
φ
I=
ω
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Unidade: candela (cd)
Sexagésima parte da intensidade luminosa
de 1 cm2 do corpo negro.
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GL06
O corpo negro é realizado por um vaso fechado
contendo platina fundida e com uma abertura
de 1 cm2.
A intensidade emitida vale então 60 cd.
A fusão da platina consegue-se por meio de
correntes de indução de alta frequência.
A observação do orifício faz-se durante a
solidificação para se evitar o inconveniente
da desigual distribuição de temperatura que
acompanha a fusão.
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GL07
Iluminação ou iluminância: fluxo luminoso recebido por unidade de
área iluminada.
E=
φr
S
Unidade (no sistema internacional): lux (lx).
Um lux é a iluminância produzida por um fluxo de 1 lm, distribuído de
modo uniforme sobre uma superfície de 1 m2.
Unidade inglesa: footcandle (fc).
1 fc = 1lm / ft 2 = 10.764lux
Por exemplo, um campo de futebol cuja iluminância horizontal média seja
de 300 lux, sobre uma área de 105 m por 65 m, ou seja 6825 m2, recebe
um fluxo luminoso de 300 x 6825 = 2 047 500 lm.
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O fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas que iluminam o campo deve ser
superior a esse valor, para ter em atenção o fluxo perdido no interior do
projector e o fluxo que incide no exterior da área de jogo.
A iluminância é uma unidade base da luminotecnia, à qual fazem referência
todas as recomendações e tabelas relativas ao nível de iluminação
recomendado, que deve ser assegurado nas diversas aplicações.
A iluminância natural varia desde 0 até cerca de 100 000 lux, num dia com sol
limpo.
A iluminação artificial necessária varia de 5 a 30 lux, para a iluminação
pública, até a centenas ou milhares de lux para iluminação interior, em função
das tarefas visuais que é necessário realizar.
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GL08
A medida do nível de iluminância realiza-se
por meio de um aparelho especial chamado
luxímetro, o qual consiste numa célula fotoeléctrica,
sobre a qual se faz incidir o fluxo luminoso, que
gera uma fraca corrente eléctrica, a qual aumenta
em função do fluxo incidente.
Essa corrente mede-se com um miliamperímetro, de
forma analógica ou digital, calibrado directamente
em lux.
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GL09
Luminância: quociente entre a intensidade I emitida por uma fonte
luminosa ou por uma superfície reflectora e a sua área aparente.
I
L=
Sa
A área aparente é a área projectada num plano
perpendicular à direcção de observação.
Unidade: cd/m2
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Se considerarmos uma armadura de iluminação constituída por uma esfera
opalina, com a considerada na figura (ver figura), com um diâmetro de 30
cm, emitindo em todas as direcções uma intensidade luminosa de 100 cd, a
sua luminância em qualquer direcção é dada por:
I
100
L=
=
= 1415 cd / m 2
S a π × 0,32
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Verifica-se que, neste caso, a luminância permanece constante qualquer que
seja a direcção considerada.
A luminância é uma grandeza fundamental para a visão, dado que é a
luminância dos objectos que nos dá a sensação visual.
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Do mesmo modo, a luminância Lγ de uma armadura de iluminação, com uma
área luminosa horizontal de 4500 cm2, numa dada direcção (ver figura), que
faça um ângulo γ com a vertical e que emite nessa direcção uma intensidade
de 2000 cd, pode ser calculada da seguinte forma:
Iγ
Iγ
2000
Lγ =
=
=
= 6285,4 cd / m 2
Sγ S × cos γ 0,45 × cos 45º
em que:
Iγ = intensidade emitida na direcção considerada;
Sγ = área aparente da armadura vista da direcção considerada
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GL10
A medida da luminância realiza-se por meio de
um aparelho especial chamado luminâncimetro.
Baseia-se em dois sistemas ópticos: um de
direcção e outro de medição.
Em relação à direcção, o aparelho orienta-se de
forma a que a imagem coincida com o ponto a
medir. Uma vez orientado, a luz que lhe chega
é convertida em corrente eléctrica medida de
forma analógica ou digital, sendo os valores
dados em cd/m2.
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Indicam-se de seguida alguns valores de luminância de vários tipos de fontes
luminosas:
Superfície do sol
1 650 x 106 cd /m2
O céu na direcção sul
16 000 cd /m2
O céu na direcção norte
8 000 cd / m2
Uma folha branca bem iluminada artificialm.
100 cd / m2
Uma estrada bem iluminada artificialmente
2 cd / m2
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1 - Importância da iluminação na factura energética
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A partir de um estudo efectuado pela EDF em 1999 verificou-se que o custo de
electricidade destinado à iluminação representa entre 10 a 50% do consumo
total. Esse estudo indica os seguintes valores:
Sector considerado
Peso médio na factura global de electricidade
Residencial
11%
Industria
15%
Colectividades locais
50%
Comércio
23%
Escritórios
30%
Saúde
50%
Ensino, desporto
39%
Este estudo mostra o impacto do consumo em iluminação na factura global de
electricidade e a importância do projecto de iluminação e dos sistemas de
comando e de gestão, que permitem reduzir este impacto na factura de
energia.
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Edifício de Escritórios
8%
3%
24%
11%
54%
Iluminação
Ventilação
Climatização
Informática
Outros
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Supermercado
6%
7%
32%
28%
9%
18%
Iluminação
Ventilação
Climatização
Refigeração
Cozinhas
Outros
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A – Utilização de lâmpadas de elevado rendimento luminoso
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Do ponto de vista luminotécnico podemos considerar as seguintes características das
lâmpadas:
-rendimento luminoso: indica o quociente entre o fluxo luminoso emitido pela
lâmpada e a potência eléctrica absorvida. Exprime-se em lm/W (lumen/Watt);
O rendimento luminoso varia entre 8 lm/W no caso de algumas lâmpadas de
incandescência e os cerca de 200 lm/W nas lâmpadas de vapor de sódio de
baixa pressão.
-temperatura de cor: indica a cor aparente da luz emitida. Vem quantificada em
[K] (graus Kelvin); ao aumentar a temperatura de cor, a cor da luz emitida
passa de uma tonalidade quente a uma tonalidade mais fria (do avermelhado
para o azulado);
A tabela seguinte indica a classificação da tonalidade de cor da luz emitida por
uma lâmpada:
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-restituição de cores: indica a capacidade de uma fonte luminosa restituir
fielmente as cores de um objecto ou de uma superfície iluminada.
É expressa por um índice chamado “índice de restituição de cores” (IRC). Este
índice vem expresso por um número compreendido entre 0 e 100.
A tabela seguinte indica a classificação do índice de restituição de cores em
vários grupos:
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-luminância: exprime a luminância ou brilho da fonte luminosa em função das
suas dimensões:
L = I/A
em que I exprime a intensidade luminosa na direcção dos olhos do observador
e A a área visível da fonte luminosa (vista do ponto de observação).
Uma fonte luminosa com uma pequena superfície emissora de luz deverá ter
uma maior luminância do que uma fonte luminosa que tenha uma maior
superfície emissora.
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Se estiverem presentes fontes luminosas de elevada luminância no
campo
visual, aumenta o risco de cansaço visual e encandeamento.
-duração de vida média: dada pelo fabricante, indica o número de horas após
as quais 50% de um lote significativo de lâmpadas acesas deixa de emitir fluxo
luminoso.
A duração de vida média varia entre as 1 000 horas, nas lâmpadas de
incandescência, até às cerca de 60 000 horas, no caso das lâmpadas de
indução.
Se considerarmos os LED, de luz branca, na classificação dos tipos de
lâmpadas, os quais têm sido cada vez mais aperfeiçoados no sentido de
substituição das lâmpadas de incandescência, podemos atingir uma duração de
vida média entre as 60 000 e as 100 000 horas.
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LÂMPADAS DE INCANDESCÊNCIA
De utilização cada vez menos frequente.
-rendimento baixo: 10 lm/W;
-muito boa restituição de cores;
-reduzida duração de vida média: 1000 horas;
-temperatura de cor: 2700 ºK;
-com ligação directa à rede;
-preço baixo;
-com ampola de vidro de várias formas, e cores;
-principais tipos:
-de vidro soprado;
-de vidro prensado;
-reflectoras;
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No ano de 2007 uma empresa internacional (GE) procurou desenvolver lâmpadas
incandescentes mais eficientes, tendo na altura anunciado o desenvolvimento da HEI
(high efficiency incandescent), uma lâmpada que poderia atingir um rendimento de 30
lm/W (o dobro das lâmpadas incandescentes actuais).
No entanto o seu programa de desenvolvimento foi cancelado para realizar
investimentos focados no desenvolvimento de lâmpadas baseadas em leds, ficando
assim de lado o desenvolvimento das convencionais.
Com a proibição das lâmpadas incandescentes a União Europeia espera reduzir as
emissões de dióxido de carbono em 32 milhões de toneladas por ano, ou seja um
décimo das emissões anuais de gases com efeito de estufa no mundo.
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VIDRO SOPRADO
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VIDRO PRENSADO (PAR)
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LÂMPADAS DE HALOGÉNEO
Baseiam-se no ciclo de halogéneo regenerativo.
Menor tamanho que as incandescentes para a mesma potência;
Gás de enchimento: fluor, bromo, iodo;
-rendimento: cerca de 25 lm/W;
-muito boa restituição de cores;
-duração de vida média: 2000 a 4000 horas;
-temperatura de cor: 3000 ºK;
-ligação directa à rede ou alimentação por tensão reduzida;
-sem duplo invólucro → necessitam de cuidados no manuseamento;
-ciclo de funcionamento a alta temperatura (cerca de 2000 ºC) → emissão de valores
mais elevados de UV e radiação azul que as lâmpadas normais;
-principais tipos:
-normais;
-de duplo invólucro;
-de tensão reduzida;
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-com reflector
interno (normais e dicroicas);
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LÂMPADAS DE LUZ MISTA
Combinação de lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão e incandescente.
-rendimento: 26 lm/W;
-restituição de cores média;
-duração de vida média: 2000 horas;
-com ligação directa à rede;
-com ampola de vidro de várias formas, e cores;
-usadas em iluminação de estabelecimentos comerciais (principalmente de
montras);
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LÂMPADAS DE VAPOR DE MERCÚRIO DE ALTA PRESSÃO
Emitem luz de aparência branca-azulada.
-rendimento: 36 a 60 lm/W;
-índice de restituição de cores: 40 a 57;
-duração de vida média: 10 000 a 12 000 horas;
-tempo de arranque e de re-arranque: 4 e 6 minutos;
-necessitam de aparelhagem auxiliar: balastro e condensador;
-usadas em iluminação pública e em iluminação industrial;
-têm vindo a ser substituídas por lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão, de
maior rendimento luminoso;
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LÂMPADAS DE VAPOR DE SÓDIO DE ALTA PRESSÃO
Emitem luz de aparência amarelo-alaranjada.
-rendimento: até 120 lm/W;
-índice de restituição de cores: 25 a 60; vapor de sódio de luz branca: IRC = 80;
-temperatura de cor: 1900 a 2500 ºK;
-duração de vida média: 12 000 horas;
-tempo de arranque e de re-arranque: 5 minutos e 1 minuto;
-necessitam de aparelhagem auxiliar: balastro, ignitor e condensador;
-a iluminação com estas lâmpadas causa uma impressão mais agradável do que
com as de vapor de mercúrio de alta pressão;
-preço mais elevado do que as de mercúrio mas com maior rendimento luminoso;
-usadas em iluminação pública e em iluminação industrial;
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LÂMPADAS DE VAPOR DE MERCÚRIO DE IODETOS
Emitem radiação nas três cores primárias: vermelho, verde e azul → bom IRC.
-rendimento: até 80 lm/W;
-índice de restituição de cores: 85 a 95;
-temperatura de cor: 3000 a 7000 ºK;
-duração de vida média: 3 000 a 9 000 horas;
-tempo de arranque e de re-arranque: 4 minutos e 10 minutos;
-necessitam de aparelhagem auxiliar: balastro, ignitor e condensador;
-usadas quando a restituição de cores tem uma importância primordial, em
interiores e em exteriores;
-de emissores atómicos (iodetos de sódio, indio e tálio) → espectro de riscas;
-de emissores moleculares (mistura de cloreto e iodeto de estanho) → espectro
contínuo;
-preço elevado;
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LÂMPADAS FLUORESCENTES
A lâmpada fluorescente é uma lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão.
A descarga emite radiação ultravioleta que é transformada em radiação visível na
camada fluorescente que reveste o interior do tubo de descarga.
-rendimento: até 100 lm/W;
-índice de restituição de cores: 85 a 95;
-temperatura de cor: 2700 a 5000 ºK;
-duração de vida média: 7 500 a 10 000 horas; a duração de vida diminui com a
maior frequência de acendimentos;
-com balastro electrónico a duração de vida média aumenta em 50%;
-tempo de arranque e de re-arranque: balastro magnético → instantâneo com
cintilação; balastro electrónico → instantâneo;
-necessitam de aparelhagem auxiliar: balastro magnético → balastro e
condensador; balastro electrónico → não necessita de condensador (cos ϕ = 0,95);
-são as lâmpadas mais utilizadas em iluminação interior, com uma larga gama de
temperatura de cor;
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Primeiras lâmpadas fluorescentes → tubo de descarga com 38 mm de diâmetro (tipo T12);
Utilizavam um pó fluorescente comum.
Lâmpadas fluorescentes actuais → tubo de descarga com 26 mm de diâmetro (tipo T8);
São tri-fosfóricas e têm apenas 3 mg de mercúrio.
Lâmpadas fluorescentes de última geração → tubo de descarga com 16 mm de diâmetro (tipo T5);
Um novo pó tri-fosforo garante um melhor rendimento e uma melhor restituição de cores.
Proporcionam o seu fluxo nominal a uma temperatura ambiente de 35ºC enquanto as T8 o fazem a
25ºC.
Funcionam apenas balastros electrónicos.
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As lâmpadas fluorescentes são a forma clássica para uma iluminação
económica. O seu alto rendimento e longa duração de vida garantem a sua
aplicação nas mais diversas áreas residenciais, comerciais e industriais.
As primeiras lâmpadas fluorescentes desenvolvidas apresentavam um diâmetro
do tubo de 38 mm (designadas por T10 / T12) e utilizavam no seu
revestimento interno um pó fluorescente comum.
A grande evolução das lâmpadas fluorescentes ao longo dos anos tem a haver
com a redução do seu diâmetro e a melhoria da qualidade da luz.
Apareceram posteriormente as lâmpadas TL-D, com um diâmetro do tubo de 26
mm (T26), trifosfóricas, e que são actualmente usadas em quase todos os
campos de aplicação, com um fluxo luminoso quase constante ao longo da vida
útil e com uma mortalidade muito reduzida. Além disso estas lâmpadas têm
apenas 3 mg de mercúrio, ou seja um valor muito inferior às lâmpadas
fluorescentes iniciais.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Actualmente existem também lâmpadas fluorescentes do tipo T5, com uma
considerável redução do diâmetro do tubo, que passa a ser de 16 mm em vez
dos 26 mm.
Os benefícios associados a estas características são uma redução extraordinária
do tamanho das armaduras, um melhor controlo do feixe luminoso e um
aumento do rendimento luminoso. Um novo pó trifósforo garante um melhor
rendimento e uma melhor restituição de cores.
Além disso as lâmpadas T5 proporcionam o seu fluxo nominal a uma
temperatura ambiente de 35ºC enquanto que as T8 o fazem a 25ºC.
As lâmpadas T5 utilizam sempre balastros electrónicos, beneficiando das
vantagens próprias deste sistema.
Estas lâmpadas têm o recorde de rendimento nas lâmpadas fluorescentes,
ultrapassando a mítica barreira dos 100 lm/W.
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Existem lâmpadas T5 de alto rendimento (tipo HE – high eficiency) e de
elevado fluxo (tipo HO – high output).
A figura seguinte mostra uma lâmpada fluorescente T8 e uma lâmpada
fluorescente T5.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
As lâmpadas fluorescentes T5 representam 20% de economia em relação ao
sistema T8 e 40% em relação às lâmpadas T10/T12.
Além disso, apresentam apenas 8% de depreciação do fluxo luminoso no final
de sua vida útil.
São, portanto, as lâmpadas ideais para aplicações com pé-direito elevado ou
com iluminação indirecta.
Com a sua leveza e elegância estas lâmpadas permitem a criação de sistemas
de iluminação eficientes e altamente decorativos.
Um gráfico da página seguinte mostra claramente que a lâmpada T5 dá o seu
fluxo máximo a uma temperatura de 35ºC enquanto que a lâmpada T8 o atinge
a 25ºC.
Outro gráfico da página seguinte mostra a variação da duração de vida das
lâmpadas T5 e das lâmpadas T8, em função do número de horas de
funcionamento por acendimento.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ECO-TUBOS
Um eco-tubo permite modernizar uma
armadura com lâmpada fluorescente T8,
rapidamente, mediante a substituição da
lâmpada T8 por um eco-tubo constituído
por uma base com um balastro
electrónico do tipo A2 e com uma
lâmpada fluorescente do tipo T5.
O eco-tubo encaixa nos suporte de uma
lâmpada T8, bastando retirar o
arrancador para desactivar o balastro
convencional. Na página seguinte
indicam-se numa tabela as principais
características dos eco-tubos.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
LÂMPADAS FLUORESCENTES COMPACTAS
A lâmpada fluorescente compacta é considerada uma lâmpada de baixo consumo e de
baixa emissão térmica.
O seu principio de funcionamento é idêntico ao das fluorescentes normais, mas tem um
ou mais tubos de descarga em forma de U, para tornar a lâmpada mais compacta.
-rendimento: de 40 a 60 lm/W; o seu rendimento luminoso é relativamente
limitado devido ao tamanho do tubo de descarga;
-índice de restituição de cores: 85 a 95;
-temperatura de cor: 2700 a 5400 ºK;
-duração de vida média: 7 500 a 10 000 horas; a duração de vida diminui com a
maior frequência de acendimentos;
-existem com casquilho E27 ou E14 para substituição directa das lâmpadas de
incandescência e com reflector interno para substituição das lâmpadas de
halogéneo com reflector interno;
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Existem lâmpadas fluorescentes compactas com arrancador incorporado e com
casquilho Edison para ligação directa à rede e substituição das lâmpadas
incandescentes.
Outro tipo necessita de balastro externo, convencional ou electrónico.
Um outro tipo tem um casquilho de 4 contactos, para utilização com balastro
electrónico, permitindo uma regulação contínua do fluxo luminoso, também utilizável
em armaduras de iluminação de emergência.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
LÂMPADAS DE VAPOR DE SÓDIO DE BAIXA PRESSÃO
São as lâmpadas de maior rendimento luminoso, atingindo os 200 lm/W.
-índice de restituição de cores: praticamente nula;
-temperatura de cor: 1700 ºK;
-duração de vida média: 12 000 horas;
-tempo de arranque e de re-arranque: 10 minutos e instantâneo;
-necessitam de aparelhagem auxiliar: balastro, ignitor (alguns tipos) e
condensador;
-a luz emitida é monocromática amarela;
-devido ao seu carácter monocromático garantem uma elevada acuidade visual;
-usadas principalmente em iluminação pública e em iluminação de vigilância;
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
LÂMPADAS DE INDUÇÃO
São lâmpadas que não têm eléctrodos mas sim um núcleo de ferrite, que cria um
campo magnético induzindo uma corrente eléctrica no gás, provocando a sua ionização
e a emissão de radiação luminosa visível.
Funcionam a alta frequência, o que permite obter uma luz confortável e sem
oscilações.
-rendimento luminoso: de 60 a 80 lm/W;
-índice de restituição de cores = 80;
-temperatura de cor: 2700 ºK a 4000 ºK;
-duração de vida média: 60 000 horas;
-tempo de arranque e de re-arranque: rápido e sem cintilação;
-necessitam de aparelhagem auxiliar: gerador de alta frequência externo;
-usadas principalmente em iluminação de túneis, iluminação de naves
industriais muito altas com manutenção difícil (difícil acesso às armaduras de
iluminação);
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70
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Philips QL
55, 85 and 165 Watt; 100 000 h
IRC = 80; várias temperaturas de cor
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71
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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72
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
LEDS (LIGHT-EMITTING DIODES)
Um LED é um diodo semiconductor, que emite luz por electro-luminescência.
É normalmente uma fonte de luz com uma pequena área, à qual se adiciona
normalmente uma lente para incrementar a luz emitida.
A cor da luz emitida depende da composição do material semicondutor utilizado, e pode
ser infravermelha, visivel ou ultravioleta.
Uma combinação de LEDS vermelhos, verdes e azuis pode produzir a impressão de luz
branca, embora actualmente os LEDS brancos raramente utilizem este principio.
Se o material emissor de um LED for um composto orgânico, é conhecido como um
OLED (Organic Light Emitting Diode).
O melhor rendimento luminoso obtido com um OLED, até agora, é de cerca de 10% do
máximo teórico de 683 para a luz branca, ou seja cerca de 68 lm/W.
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73
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Em relação às fontes de luz mais usuais os LEDS têm muitas vantagens:
-os LEDs têm maior rendimento do que as lâmpadas de incandescência;
-podem emitir luz de uma determinada cor, sem o uso de filtros;
-um LED pode ser desenhado de modo a focar a luz emitida, sem o uso de
reflectores externos;
-quando são usados com regulação de fluxo não modificam a tonalidade da
cor da luz emitida, com a variação da corrente que os atravessa;
-são bastante robustos em comparação com os restantes tipos de lâmpadas;
-têm uma duração de vida útil bastante elevada: 35 000 a 50 000 horas,
embora a duração de vida total seja superior;
-os LEDS atingem o seu fluxo nominal muito rapidamente (menos de 100 ns);
-os LEDS podem ter dimensões muito reduzidas;
-os LEDS não contêm mercúrio ao contrário de todos os tipos de lâmpadas
de vapor de mercúrio;
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74
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
LEDS – LIGHT EMITTING DIODES
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75
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
AMPOLAS COM LED LÍQUIDO
O chamado led liquido, muito recente (ano de 2009), possui
numerosas vantagens em comparação com as lâmpadas
tradicionais mas também em relação aos outros tipos de leds.
Estes leds são imersos num liquido dissipador de calor, solução
esta que tem a vantagem de aumentar o seu rendimento
luminoso resolvendo simultaneamente o delicado problema da
dissipação térmica. A temperatura da ampola anda à volta dos
20ºC em utilização intensiva, contrariamente às temperaturas
bem mais elevadas dos leds mais potentes tradicionais (pondo
em perigo o utilizador, principalmente as crianças).
Actualmente existem com a potência de 4W apenas, com um
fluxo luminoso de 200 lm, prevendo-se no próximo ano
aparecerem com potências de 8W, 12 W e 16 W.
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76
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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77
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
É utilizada uma alimentação em CA, à frequência de 50Hz ou de 60 Hz, o que além de
aumentar a duração de vida do led permite a sua utilização com alimentação à tensão
nominal da rede.
Estes leds têm uma duração de vida de 30 000 horas (10 anos para uma base de 8
horas por dia).
Graças ao processo de dissipação térmica através de um líquido o aumento importante
de calor ao nível das junções é absorvido e eliminado. Este processo de gestão do calor
por líquido, com alhetas de dissipação térmica é inovador.
Permite resolver os problemas da dissipação e das perdas de luminosidade que se
encontram com uma utilização prolongada dos leds.
Permite resolver os problemas da dissipação e das perdas de luminosidade que se
encontram com uma utilização prolongada dos leds.
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78
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
O quadro seguinte permite efectuar uma comparação com outros tipos de lâmpadas
tradicionais.
O quadro seguinte indica as vantagens dos leds líquidos em relação aos leds
convencionais.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A gama actualmente é constituída por 3 modelos:
- tipo globo, tipo tubular et tipo cogumelo;
- com os casquilhos standard E14, E27, B22;
- Potencia consumida: 4W;
- Temperatura de cor: 6000°K (branco frio).
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80
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
FIBRAS ÓPTICAS
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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82
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Lâmpada SLS (Sulphur lighting system)
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
As lâmpadas incandescentes começaram no início do mês de Setembro a ser retirados
do mercado.
Ne Europa estas lâmpadas estão a ser substituídas por outras que oferecem maior
eficiência energética com o objectivo de poupar energia e o ambiente.
Uma directiva comunitária em vigor proíbe a venda de lâmpadas de 100 W em todos os
países da União Europeia. Quem importar o produto a partir de agora incorre numa
multa que pode ultrapassar os 5000 euros. Esta interdição será progressivamente
alargada a lâmpadas de potência inferior até à abolição total prevista para 2012. Os
stocks existentes podem ser esgotados mas os fabricantes ficam proibidos de
encomendar mais material.
No quadro seguinte indicam-se os patamares previstos para o fim da utilização das
lâmpadas incandescentes.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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89
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Uma das vantagens dos leds consiste em não conterem mercúrio, o qual não se degrada
no meio ambiente e é extremamente prejudicial para a saúde humana.
No gráfico seguinte mostra-se o esforço que tem sido feito ao longo dos anos no sentido
de reduzir o mais possível o conteúdo de mercúrio das lâmpadas fluorescentes. Em
quase 30 anos o conteúdo de mercúrio foi reduzido cerca de 90%, pensando os
fabricantes conseguir reduzi-lo em mais 40% até 2012.
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90
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
MANUSEAMENTO DE LÂMPADAS NOVAS E GASTAS
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
C – Classes de eficiência energética das lâmpadas
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98
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Em virtude da directiva 98/11/CE1 as lâmpadas destinadas a um uso
doméstico devem ser munidas de uma etiqueta ‘energia’ (energy label).
Esta estqueta classifica as lâmpadas de uso doméstico em sete categorias de
eficácia energética. Esta classificação vai de A para “muito eficaz” a G para
“pouco eficaz”.
As lâmpadas fluorescentes e as lâmpadas fluorescentes compactas pertencem
normalmente às categorias A e B.
As lâmpadas de halogéneo pertencem normalmente à categoria D. As
lâmpadas de incandescência pertencem normalmente às categorias E e F.
O cálculo relativo à categoria de eficiência energética faz-se de acordo com a
Directiva acima mencionada, a partir dos valores do fluxo luminoso e da
potência medidas.
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99
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
O consumo de uma lâmpada depende da sua potência e do seu tipo. Nestas
etiquetas indica-se:
- a categoria de eficiência energética (de A a G);
- o fluxo luminoso da lâmpada em lumen (emissão luminosa);
- a potência eléctrica absorvida pela lâmpada em W ;
- a duração de vida média em horas;
Nesta Directiva são apenas incluidas as lâmpadas que produzem luz visível
(de 400 a 800 nm).
São excluidas as lâmpadas que produzam um fluxo luminoso superior a 6500
lumen, as lâmpadas cuja potência absorvida é inferior a 4 W e as lâmpadas
reflectoras.
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100
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A etiqueta utilizada deve ser idêntica à indicada nas figuras seguintes:
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101
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A classe de eficiência energética de uma lâmpada deve ser determinada da
forma indicada a seguir.
As lâmpadas são classificadas na classe A se:
- se forem do tipo fluorescente sem balastro integrado:
W ≤ 0,15 φ + 0,0097 × φ
- para outras lâmpadas:
W ≤ 0,24 φ + 0,0103 × φ
em que:
φ é o fluxo luminoso da lâmpada;
W é a potência absorvida pela lâmpada em W;
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102
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Se uma lâmpada não for classificada na classe A, deve ser calculada uma
potência de referência WR da forma seguinte:
WR ≤ 0,88 φ + 0,049 × φ
WR = 0,2 × φ
para φ > 34 lumen
para φ ≤ 34 lumen
em que φ é o fluxo luminoso da lâmpada.
Calcula-se então o índice de eficiência energética EI pela expressão:
EI =
W
WR
em que W é o potência absorvida pela lâmpada em W.
A categoria ou classe de eficiência energética é então determinada de acordo
com a tabela seguinte:
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103
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
DEEC - Arminio Teixeira
104
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
B – Poupança de energia com lâmpadas
fluorescentes
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105
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
As lâmpadas fluorescentes devem ser desligadas quando se está fora do local de trabalho
por mais de 15-20 minutos.
Há muitos factores que levam a que muitas pessoas mantenham a iluminação ligada para
poupar energia.
O primeiro factor é a crença de que se consome mais energia para efectuar o arranque
da iluminação fluorescente do que para a manter ligada.
O segundo factor consiste na crença de que ao ligar uma lâmpada fluorescente se
provoca um grande desgaste dos eléctrodos. Como todos os mitos sobre energia, há um
pouco de verdade nestas crenças.
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106
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
De facto, quando se liga uma lâmpada fluorescente, há um breve impulso de corrente
quando o balastro provoca uma sobretensão para permitir o arranque da lâmpada.
Esta corrente pode ser várias vezes superior à corrente normal de funcionamento da
lâmpada. No entanto, o pico de corrente não dura normalmente mais do que 1/10 de
segundo, e consome o equivalente a 5 segundos de funcionamento normal.
Portanto, se comutarmos (ligar/desligar) as lâmpadas fluorescentes com intervalos
inferiores a 5 segundos, será gasta mais energia do que no seu funcionamento normal.
As lâmpadas fluorescente, tal como todas os restantes tipos de lâmpadas, têm uma
duração de vida média determinada.
As lâmpadas fluorescentes têm uma duração de vida média baseada na quantidade de
horas em que são deixadas ligadas por cada acendimento. Este período de tempo é ,
para as lâmpadas fluorescentes, de cerca de 3 horas.
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107
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
De cada vez que uma lâmpada fluorescente é ligada, é desgastada uma pequena
quantidade do revestimento dos eléctrodos.
Eventualmente, quando é gasta uma determinada quantidade do revestimento as
lâmpadas falham no arranque.
A maior parte das lâmpadas fluorescentes, de potências normais, têm uma duração de
vida de 20 000 horas, quando são deixadas ligadas por cerca de 3 horas de cada vez que
são acesas. Isto significa que a lâmpada tem cerca de 6 667 arranques disponíveis (20
000/3 = 6 667).
Maiores períodos de acendimento prolongam a duração de vida.
Se deixarmos as lâmpadas fluorescentes acesas por períodos inferiores a 3 horas,
estamos a utilizar o número de potenciais arranques mais rapidamente. Se este período
for inferior estamos a utiliza-los mais lentamente.
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108
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
No entanto, estamos a pagar o custo da energia pelo tempo de funcionamento.
As lâmpadas mais eficientes são as que podem ser desligadas quando não são
necessárias.
Na tabela seguinte mostra-se o efeito da duração de cada acendimento na duração de
vida das lâmpadas.
3 horas
6 horas
12 horas
24 horas
20 000
24 000
28 000
34 000
Mas acendimentos longos gastam mais energia
Manter uma lâmpada ligada quando não é necessária resulta em despender dinheiro
sem qualquer finalidade.
Actualmente o aumento crescente das tarifas de energia eléctrica implicam um cuidado
crescente no consumo energético dos edifícios.
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109
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Se considerarmos o custo de energia durante uma ano para uma armadura com 3
lâmpadas fluorescente com balastro electrónico, para vários períodos de acendimento
teremos:
Período de acendimento por dia
Horas anuais
Custo anual
3 horas
1095
5.15€
6 horas
2190
10.29€
12 horas
4380
20.59€
24 horas
8760
41.17€
Existe um ponto para o qual o custo da energia que se poupa ao desligar a iluminação
fluorescente excede o custo de reduzir a duração de vida das lâmpadas através de
arranques mais frequentes.
Se considerarmos um custo da energia de 0.05€ por kWh, chegamos a um valor de 15 a
20 minutos para esse ponto. Quanto maior for o custo da energia mais reduzido será
esse período. Se o custo da energia baixar esse período será mais longo.
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110
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
D – Utilização de balastros electrónicos
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111
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF01
As funções dos balastros de lâmpadas fluorescentes são as seguintes:
- pré-aquecer os eléctrodos para provocar a emissão de electrões;
- produzir a tensão de arranque para iniciar a descarga;
- limitar a corrente de funcionamento a um valor correcto;
Há vários tipos de balastros magnéticos disponíveis: os mais usuais são
apropriados para o funcionamento com arrancadores; menos vulgares são os
destinados ao funcionamento com lâmpadas de arranque rápido, com eléctrodos
pré-aquecidos e com circuito semi-ressonante.
Em relação às perdas os balastros magnéticos podem ser classificados em 3
Classes: B (baixas perdas), C (standard), e D (altas perdas).
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112
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF02
A tabela seguinte indica a potência máxima absorvida pelo conjunto
lâmpada +balastro para cada uma das classes de
balastros:
Tipo de lâmpada
Potência da lâmpada
B1
B2
C
D
18 W
<= 24 W
<=26 W
<=28 W
>28 W
Fluorescente lineares
36 W
<= 41 W
<=43 W
<=45 W
>45 W
(casquilho G13)
58 W
<=64 W
<=67 W
<=70 W
>70 W
13 W
<=17 W
<=19 W
<=21 W
>21 W
Fluorescentes compactas
18 W
<=24 W
<=26 W
<=28 W
>28 W
(casquilho 2G11)
26 W
<=32 W
<=34 W
<=36 W
>36 W
18 W
<=24 W
<=26 W
<=28 W
>28 W
Fluorescentes compactas
24 W
<=32 W
<=30 W
<=34 W
>34 W
(casquilho G24)
36 W
<=41 W
<=43 W
<=45 W
>45 W
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113
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF03
Como consequência directa do protocolo de Kyoto, uma directiva da União
Europeia veio estabelecer as disposições aplicáveis à eficiência energética
dos balastros das fontes de iluminação fluorescentes.
Os balastros da classe D, de maior consumo energético, deixaram de poder ser
utilizados a partir de 20 de Maio de 2002 (Dec. Lei 327/2001).
A partir de Novembro de 2005 passará a ser proibida a venda dos balastros da
classe C (magnéticos standard).
A partir de Dezembro de 2005 está prevista a possibilidade dos balastros das
classes B1 (muito baixas perdas) e B2 (perdas reduzidas) serem igualmente
proibidos.
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114
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF04
Os balastros electrónicos estão disponíveis desde o início da década de 80.
Melhorias nas performances destes balastros e o custo cada vez maior da
energia resultaram num aumento da utilização dos mesmos a partir do
início da década de 90.
Os balastros electrónicos melhoram o rendimento das lâmpadas
convertendo a frequência standard de 50 Hz em alta frequência , geralmente
em 25 kHz a 40 kHz. O funcionamento das lâmpadas a estes elevadas
frequências produz a mesma quantidade de luz, com um consumo de 12 a
25 % mais baixo.
A utilização de balastros electrónicos tem portanto uma série de vantagens:
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115
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF05
- aumento do rendimento luminoso: as lâmpadas podem produzir
cerca de mais 10% de luz para a mesma potência absorvida;
alternativamente a potência absorvida pode ser reduzida, para
a mesma saída de luz;
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116
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF06
- eliminação do flicker: numa lâmpada funcionando a 50 Hz a luz extingue-se
duas vezes por ciclo na passagem da corrente por zero.
Isto produz o flicker, o qual provoca cansaço visual. Produz também o efeito
estroboscópico, com efeitos potencialmente perigosos no caso de existirem
máquinas rotativas. Com o funcionamento da lâmpada a alta frequência a
emissão de luz é contínua, eliminando-se portanto o flicker.
- eliminação do ruído audível: como os balastros electrónicos funcionam
acima da gama audível de frequências, o problema do ruído é eliminado.
O familiar ruído dos balastros convencionais é provocado pelas vibrações
mecânicas das chapas laminadas do seu núcleo, e possivelmente também
pela bobine, vibrações estas que se propagam à armadura e à superfície na
qual está fixada, ampliando ainda mais o ruído.
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117
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF07
-menor potência absorvida: um balastro electrónico consome menos
potência e portanto dissipa menos calor do que um balastro magnético
convencional. Esta redução de potência é possível porque: a alta frequência,
a lâmpada pode funcionar a uma potência mais baixa, com a mesma emissão
de fluxo; as perdas num balastro electrónico são muito menores do que as
perdas num balastro magnético. Podem conseguir-se reduções de custo da
energia de 20 a 25%.
-aumento da duração de vida da lâmpada: um balastro electrónico efectua
um pré-aquecimento dos eléctrodos antes de aplicar um impulso controlado
de tensão, diminuindo o desgaste do material emissor de electrões dos
eléctrodos. Isto aumenta a duração de vida da lâmpada.
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118
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
IFL08
-controlo versátil do fluxo luminoso: existem balastros electrónicos que
permitem a regulação do fluxo luminoso. Isto permite uma poupança
considerável de energia nas situações em que a iluminação está ligada a
um sistema de controlo automático, detectando níveis de iluminação e
ajustando o fluxo da lâmpada, de forma a manter um nível constante.
A iluminação pode também ser programada para uma diminuição do fluxo
luminoso quando determinadas áreas não estão a ser usadas.
Os balastros electrónicos podem incorporar feddback para detectar as
condições de funcionamento das lâmpadas, de forma a que as lâmpadas
sejam desligadas no caso de anomalias de funcionamento. O seu
funcionamento pode ser em AC , quer em DC, no caso da iluminação de
emergência.
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119
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
IFL09
-diminuição de peso e de tamanho: devido à elevada frequência de
funcionamento, os componentes magnéticos num balastro electrónico são
compactos e leves (núcleos de ferrite), em vez dos enrolamentos e núcleo
de aço laminado dos balastros magnéticos.
Um balastro electrónico tem o seguinte diagrama de blocos indicado na figura
seguinte, na qual cada bloco tem as seguintes funções:
A – bloco de filtragem: filtra interferências de rádio-frequência;
B – rectificador: converte AC para DC;
C – pré-conversor: reduz os harmónicos e estabiliza a tensão para o
oscilador de alta frequência;
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120
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
D – oscilador de alta frequência: converte DC para AC (alta
frequência) e alimenta a lâmpada com tensão AC;
E – carga: a lâmpada;
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121
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
F – circuito de controlo:
- controla o processo de arranque;
- comuta o balastro para standby se necessário;
- controla o oscilador de HF;
G – interface de controlo: isola o circuito de controlo de tensão
reduzida da tensão normal do balastro;
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122
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF10
Os balastros electrónicos podem ser classificados nas seguintes classes:
A1: balastros electrónicos com regulação;
A2: balastros electrónicos com baixas perdas;
A3: balastros electrónicos standard;
Os balastros electrónicos que permitem a regulação do fluxo luminoso da
lâmpada possuem uma entrada específica para o sinal de regulação, a qual
pode ser de dois tipos:
- regulação analógica 1-10 V;
- regulação digital;
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123
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF11
Sistema de regulação analógico 1-10 V
Neste sistema é aplicada uma tensão DC variável entre 1 V e 10 V, sendo o
fluxo luminoso da lâmpada proporcional à tensão de regulação. Existem
controladores específicos para este tipo de regulação, sendo os mais comuns
os do tipo potenciómetro.
O dispositivo a regular cria uma tensão contínua nos terminais de controlo,
sendo ligado a esses terminais um potenciómetro.
A variação de resistência do potenciómetro serve para ajustar o fluxo
luminoso
emitido pela lâmpada: 10 volt (máximo brilho; linha de controlo aberta); 1
volt
(brilho mínimo; linha de controlo curto-circuitada).
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124
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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125
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF13
Sistema de regulação digital
A regulação é efectuada por um sinal digital produzido pelo sistema de controlo.
A tecnologia digital abre novas opções desde a transmissão isenta de erros
até ao endereçamento individual de componentes.
Para a transmissão isenta de erros usa-se o código Manchester: como o bus de
dados tem 2 condutores (2 linhas de transmissão), para cada bit enviado numa
linha é também enviado o seu inverso na outra linha, sendo estes bits
comparados no destino.
Como o sistema está constantemente a comparar os sinais das duas linhas (bus)
quando detecta inconsistência a informação é ignorada e é enviado novo bit.
Desta forma o sistema digital garante uma maior fiabilidade.
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126
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF14
Protecção contra perturbações no sinal de transmissão durante a operação
de regulação
Há actualmente 2 standards no mercado que diferem ligeiramente no que
diz
respeito ao protocolo de transmissão digital:
- DSI: digital serial interface;
- DALI: digital adressable lighting interface;
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127
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
DEEC - Arminio Teixeira
128
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF15
Simples botões de pressão podem ser usados para comandar, regular e mesmo
programar instalações. Com o conceito de sistema aberto e flexível não há
limites:
- controlo por infravermelhos;
- controlo por sensores de luz constante;
- controlo por detectores de presença;
- utilização com sistemas de gestão integrada (DALI, EIB, LONWORKS);
Quando se der a utilização conjunta de balastros electrónicos, sensores de luz e
detectores de presença podem ser atingidas reduções de 70% no consumo de
energia.
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129
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Na figura seguinte
indicam-se as poupanças
de energia que se podem
obter com a utilização de
balastros electrónicos
simples ou associados a
outros dispositivos de
poupança de energia.
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130
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
AII16
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131
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF17
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132
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF18
Interface bastante compacta incorporando um sensor do tipo luz constante,
um detector de presença e um receptor de infravermelhos:
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133
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF19
Podemos enumerar as seguintes vantagens do sistema DALI:
- cablagem simples das linhas de comando (sem polaridade);
- controlo individual de cada dispositivo ou circuito (endereçamento);
- possibilidade de controlo simultâneo de todos os dispositivos;
- protecção de interferências, por se tratar de um sinal digital;
- controlo do estado dos equipamentos (falha de lâmpada, etc.);
- procura automática de todos os dispositivos;
- regulação por curva logarítmica;
- sistema inteligente ( cada dispositivo guarda endereço individual, circuito, etc.)
- custo mais baixo e mais funcionalidade quando comparado com sistemas
analógicos 1-10 Volt;
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134
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
ILF20
Os balastros electrónicos oferecem um conjunto de vantagens em relação aos
balastros convencionais, de entre os quais se podem citar os seguintes:
- poupança de energia entre 20% e 30%;
- ausencia de cintilação durante o funcionamento, devido à alta frequência;
- desliga automaticamente as lâmpadas em caso de anomalia;
- religação automatica das lâmpadas após correcção da anomalia;
- baixo campo magnético;
- alto factor de potência (>0,95);
- baixa temperatura de funcionamento;
- fluxo constante independente da tensão de alimentação;
- vida útil da lâmpada aumenta cerca de 50%;
- funcionamento em CC;
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135
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
E – Utilização de armaduras de
iluminação adequadas
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136
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
TIPOS BÁSICOS DE ARMADURAS
As armaduras podem ser divididas em três grupos conforme o tipo de
lâmpada utilizada:
- armaduras para lâmpadas fluorescentes;
- armaduras para lâmpadas de descarga de alta pressão;
- armaduras para lâmpadas de halogéneo;
- armaduras para lâmpadas fluorescentes compactas;
No que diz respeito à tipo de aplicação, podemos considerar:
-as armaduras funcionais;
-as armaduras decorativas;
As armaduras funcionais são armaduras convenientemente estudadas sob o
ponto de vista luminotécnico, de forma a obter a distribuição luminosa
adequada
ao Teixeira
fim em vista, com o melhor rendimento possível.
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137
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Os fabricantes deste tipo de armaduras fornecem, em regra, os respectivos
dados fotométricos de forma a possibilitar o cálculo luminotécnico de uma
instalação.
As armaduras decorativas são armaduras com um estudo mais cuidadoso do
ponto de vista estético, mas sem grandes preocupações de optimização no que
diz respeito à distribuição fotométrica e ao rendimento luminoso.
Normalmente não estão disponíveis os respectivos dados fotométricos.
No que diz respeito ao tipo de montagem podemos classificar as armaduras nos
seguintes tipos:
-para montagem saliente;
-para montagem encastrada;
-para montagem em calha electrificada;
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138
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
No que diz respeito à luminância podemos classificar as armaduras nos
seguintes tipos:
Baixa luminância
As curvas limite de luminância da armadura estão à esquerda da curva
limite da classe de qualidade B, correspondente a 1000 lux.
Para os ângulos compreendidos entre os 75º e os 85º, as luminâncias
são inferiores a 300 cd/m2.
Os ângulos de cut-off , nos 2 planos considerados, são inferiores a
65º.
Muito baixa luminância, categoria 2
As curvas limite de luminância da armadura estão à esquerda da curva
limite da classe de qualidade A, correspondente a 1000 lux.
Para os ângulos compreendidos entre os 75º e os 85º, as luminâncias
são inferiores a 200 cd/m2.
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139
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Os ângulos de cut-off , nos 2 planos considerados, são inferiores a 60º.
Muito baixa luminância, categoria 1
As curvas limite de luminância da armadura estão à esquerda da curva
limite da classe de qualidade A, correspondente a 2000 lux.
Para os ângulos compreendidos entre os 55º e os 85º, as luminâncias
são inferiores a 200 cd/m2.
Os ângulos de cut-off , nos 2 planos considerados, são inferiores a 55º.
ARMADURAS PARA LÂMPADAS FLUORESCENTES
Tipos básicos de armaduras
As armaduras com uma ou mais lâmpadas fluorescentes são as mais utilizadas
em aplicações comerciais, isto é, em escritórios, armazéns, estabelecimentos
comerciais, etc.
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140
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
BZ02
Constituem também o tipo preferido em muitas aplicações industriais, quando
a altura de montagem for inferior a cerca de seis metros.
A gama de armaduras deste tipo é extensa. Na sua forma mais simples uma
armadura com lâmpada fluorescente consiste numa régua de montagem, onde
está alojado o balastro, com a lâmpada à vista.
No extremo da gama estão as armaduras com várias lâmpadas, ventiladas,
com reflectores (espelhos ou outros) e com grelha ou difusor prismático.
O que distingue os diferentes tipos de armaduras é o tipo de controle de luz
utilizado, o número de lâmpadas e o método de montagem (montagem no
tecto ou montagem encastrada).
O controle de luz consiste em dirigir a luz nas direcções necessárias, reduzindo
a intensidade luminosa em direcções nas quais possa produzir encandeamento.
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141
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
4Z03
A única armadura utilizada sem qualquer tipo de controle de
luz é a régua de montagem com lâmpadas fluorescentes.
Régua montagem
No entanto, a maioria das armaduras incorporam reflectores
(pintados ou espelhados), grelha, lâminas, chapas prismáticas
ou difusores opalinos.
Reflector industrial
Difusor opalino
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Difusor prismático
142
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Nas armaduras do tipo reflector industrial, o encobrimento transversal das
fontes é dado, neste caso, pelos paineis laterais da armadura ou por
reflectores, os quais são muitas vezes utilizados com este tipo de armadura.
A luminância de uma armadura com difusor opalino é praticamente uniforme
em todas as direcções. Tais armaduras não produzem portanto o controlo
direccional da luz necessário para eficientes instalações de elevado nível de
iluminância. Estas armaduras de iluminação não devem ser utilizadas para
níveis de iluminância superiores a 250 lux.
Um difusor prismático dá à luz um carácter direccional, reduzindo ao mesmo
tempo a luminância da armadura em direcções nas quais poderia haver
encandeamento.
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143
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Em alguns casos o próprio reflector é desenhado para providenciar um certo
ângulo de cut-off, mas nos casos em que há necessidade de um efectivo
encobrimento das fontes são necessárias grelhas.
A grelha, ocultando as lâmpadas do olhar, serve também para reduzir a
luminância da armadura em direcções nas quais poderia haver
encandeamento.
A utilização de lâminas dá apenas um encobrimento longitudinal.
Armad. com grelha
Armad. com lâminas
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Armad. óptica parab.+lâminas
144
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Armaduras utilizadas em áreas especiais
As armaduras para utilização em locais poeirentos ou húmidos são de dois
tipos. Num dele a lâmpada ou lâmpadas estão expostas, mas as ligações entre
as lâmpadas e os suportes são estanques.
Régua de montagem com um IP 65
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145
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
No outro tipo a lâmpada, ou lâmpadas, são protegidas por um difusor em
material plástico, tornando a armadura estanque. Em cada caso, o tipo de
vedação determina o grau de resistência das armaduras à penetração de água
e pó.
Armadura fechada estanque com um IP 67
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146
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Há dois tipos de armaduras utilizadas em áreas com risco de incêndio ou de
explosão. Num dos casos, a armadura é construída para resistir à pressão
causada por uma explosão interna, prevenindo qualquer risco de incêndio ou de
explosão como consequência da presença de gases inflamáveis ou explosivos
envolvendo a armadura. Isto significa que a armadura deve ser de construção
robusta: o corpo da armadura deve ser de aço e o vidro do tipo duro.
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147
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
No outro tipo de armaduras utiliza-se o principio da vedação entre o corpo da
armadura e o difusor, eliminando-se praticamente a possibilidade da entrada de
gases explosivos para o seu interior.
Se, não obstante esta precaução, penetrarem substâncias explosivas no seu
interior, dispositivos especiais de segurança no circuito evitam a possibilidade de
explosão.
As lâmpadas fluorescentes utilizadas, nestes casos, são lâmpadas TLX. Neste
tipo de lâmpadas os terminais são longos e de grande diâmetro, construídos de
forma a assegurar o máximo de contacto com os suportes.
Isto destina-se a evitar a ocorrência de arcos eléctricos durante o arranque. Não
utilizam arrancador, o que reduz também a possibilidade da formação de arco
nos contactos do arrancador.
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148
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A directiva ATEX (directiva 94/9/EC) é a nova lei Europeia para os
equipamentos a instalar em ambientes com risco de explosão, e foi transcrita
para a legislação portuguesa pelos Decretos-Lei 112/96 e 262/2003.
As armaduras de iluminação para locais com riscos de explosão devem
satisfazer a esta directiva.
Alguns exemplos de locais deste tipo são os seguintes: industria química e
petroquímica, industria farmaceutica, distribuição de carburantes, industria
alimentar (armazenamento de cereais, farinha e açucar), laboração da
madeira, centrais térmicas a gás, etc.
Mostram-se de seguida dois exemplos de marcação deste tipo de armaduras.
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149
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Indicamos a seguir, a titulo de exemplo, as perdas obtidas com diferentes tipos
de armaduras de iluminação, encontrados frequentemente em instalações de
iluminação com mais de 15 anos.
C – balastros pouco eficientes
Os balastros tradicionais ou electromagnéticos têm um consumo equivalente a
20% do consumo da lâmpada fluorescente. Este consumo é de 14% para os
balastros electromagnéticos de baixas perdas.
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150
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Quanto aos balastros electrónicos, eles têm perdas fracas, da ordem de 10%
da potência da lâmpada, e mesmo com algumas lâmpadas fluorescentes
conseguem diminuir a potência das mesmas melhorando a sua eficácia
energética.
Finalmente, os balastros com regulação de fluxo, do tipo A1, integrados num
sistema com regulação de fluxo, podem contribuir para reduzir ainda mais as
perdas, dependendo da percentagem de regulação do fluxo luminoso.
Na tabela da página seguinte indicam-se as perdas obtidas com os diferentes
tipos de balastros.
Podemos verificar na tabela, por exemplo, que uma lâmpada de 58 W
equipada com um balastro electrónico consome apenas 55 W, o que significa
que, para o mesmo fluxo luminoso, uma lâmpada de 58 W consome na
realidade 50 W, sendo as perdas do balastro de 5 W.
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151
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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152
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A tabela seguinte indica a potência máxima absorvida pelo conjunto
lâmpada +balastro para cada uma das classes de balastros:
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153
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Os balastros electrónicos estão disponíveis desde o início da década de 80.
Melhorias nas performances destes balastros e o custo cada vez maior da
energia resultaram num aumento da utilização dos mesmos a partir do
início da década de 90.
Os balastros electrónicos melhoram o rendimento das lâmpadas
convertendo a frequência standard de 50 Hz em alta frequência , geralmente
em 25 kHz a 40 kHz. O funcionamento das lâmpadas a estes elevadas
frequências produz a mesma quantidade de luz, com um consumo de 12 a
25 % mais baixo.
A utilização de balastros electrónicos tem portanto uma série de vantagens:
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154
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
- permitem uma poupança de energia entre 20% e 30%;
- ausencia de cintilação durante o funcionamento, devido à alta frequência;
- desligam automaticamente as lâmpadas em caso de anomalia;
- efectuam a religação automatica das lâmpadas após correcção da anomalia;
- têm um baixo campo magnético;
- têm um alto factor de potência (>0,95);
- têm uma baixa temperatura de funcionamento;
- permitem um fluxo constante da lâmpada, independente da tensão de
alimentação;
- a vida útil da lâmpada aumenta cerca de 50%;
- permitem um funcionamento em CC;
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155
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Os balastros electrónicos podem ser classificados nas seguintes classes:
A1: balastros electrónicos com regulação;
A2: balastros electrónicos com baixas perdas;
A3: balastros electrónicos standard;
Na tabela seguinte indica-se o consumo absorvida pelo conjunto balastro
electrónico + lâmpada dos tipos A1, A2 e A3:
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156
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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157
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Armaduras para lâmpadas de descarga de alta pressão
Em instalações industriais, para alturas de montagem superiores a 6 metros,
devem ser utilizadas armaduras com lâmpada de descarga de alta pressão.
Estas armaduras são normalmente constituídas por duas partes, para uma fácil
manutenção.
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158
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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159
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Uma parte, à qual está ligado o reflector, contém o suporte da lâmpada.
A parte superior contém o balastro, o eventual ignitor, o condensador para
compensação do factor de potência e as ligações eléctricas.
As duas partes são facilmente separáveis, quando da manutenção da
armadura.
Existem reflectores facetados, com desenho estudado por computador, que
oferecem simultâneamente um elevado rendimento e uma baixa luminância.
Por outro lado o seu revestimento por vidro de silica pura sobre chapa de
alumínio (ALGLAS) permite obter uma elevadissima resistência à corrosão.
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160
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Armaduras para lâmpadas de halogéneo
A grande maioria das armaduras para lâmpadas de halogéneo são desenhadas
para uso doméstico, ou para instalações comerciais ou de serviços.
Os projectores, orientáveis ou não, são muito utilizados em iluminação interior
em geral, para se obter um efeito direccional da luz.
São geralmente armaduras do tipo “downlight”, salientes ou encastráveis, fixos
ou orientáveis.
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161
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Armaduras para lâmpadas fluorescentes compactas
A grande maioria das armaduras para lâmpadas fluorescentes compactas
são geralmente armaduras do tipo “downlight”, salientes ou encastráveis.
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162
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Os downlights providos de óptica fabricam-se a partir de um disco de alumínio
de alta pureza, o qual é repuxado para se obter o formato desejado, ou então
são construídos em plásticos técnicos injectados. Os acabamentos podem ser
anodizados electroliticamente e posteriormente polidos, ou metalizados sob
vácuo.
Em qualquer dos casos, a nível fotométrico os reflectores incorporam a técnica
“darklight”, que relaciona o ângulo de cut-off da lâmpada e do reflector, para
cada lâmpada e diâmetro do reflector.
Esta técnica proporciona um elevado conforto visual, ao atenuar-se o efeito
produzido pelo encandeamento directo nas instalações, aproveitando-se ao
máximo o rendimento da armadura. Conseguimos desta forma ver o resultado
da iluminação sem ver o elemento que a produz.
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163
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
O ângulo de cut-off é o ângulo formado entre a horizontal do tecto e uma recta
imaginaria que, sendo tangente à lâmpada, passe pelo extremo do reflector. Se
o nosso campo visual estiver situado dentro deste ângulo não podemos ver a
lâmpada directamente.
Devemos portanto escolher o “downlight” adequado para cada tipo de local.
Normalmente fabricam-se “downlights” com três ângulos de cut-off: 30º, 40º e
50º.
Ângulo de cut-off de 30º
Com estes downlights obtém-se uma boa uniformidade para locais baixos e
uma limitação reduzida do encandeamento directo.
Ângulo de cut-off de 40º
Com estes downlights obtém-se uma boa uniformidade para locais de altura
media
e -uma
limitação do encandeamento directo.
DEEC
Arminioboa
Teixeira
164
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Ângulo de cut-off de 50º
Com estes downlights obtém-se uma boa uniformidade para locais altos, e
uma excelente limitação do encandeamento directo.
A utilização de downlights providos de grelha em forma de lâminas antiencandeantes minimiza da mesma forma os efeitos do encandeamento
directo.
O grande aumento do conforto visual resultante torna-as inprescindiveis nos
locais de trabalho que requerem um uso intensivo de terminais de vídeo, com
o objectivo de atenuar ao máximo os reflexos sobre os mesmos.
Existem vários tipos de downlights:
Downlights standard, providos de óptica incorporada
Utilizam-se para a iluminação de planos horizontais, com uma determinada
distribuição da intensidade luminosa.
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165
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Downlights destinados à iluminação de planos verticais (wallwashers)
São utilizados para a iluminação combinada de superfícies horizontais e
verticais. Estas armaduras, de reflector assimétrico, utilizam parte do reflector
para proporcionar uma iluminação vertical.
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166
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
F – Verificação do índice de eficiência energética
da instalação de iluminação
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167
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Para avaliar a eficiência energética de uma instalação de iluminação deve
calcular-se em primeiro lugar a sua potência expressa em W/m2/100 lux.
Actualmente uma instalação de iluminação com boa eficiência energética, para
um nível de iluminância médio de 500 lux, tem uma potência instalada,
incluindo a potência dos balastros, de 10 a 13 W/m2.
No entanto, não é raro encontrar instalações antigas com potências superiores
a 25 W/m2, para um nível de iluminância idêntico.
Actualmente, os valores recomendados são, resumidamente, os seguintes:
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168
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
À falta de legislação nacional
neste sentido, são dados na
tabela a seguir indicada outros
valores indicativos máximos
recomendados em França, para
um cálculo global e para um
Cálculo global
Tipo de local
Comércio e escritórios
Ensino
Salas de espectáculos
Industria
Instalações sanitárias
Hotelaria
Restauração
Outros locais
Estabelecimentos desportivos
Armazéns
Transporte
Pot. (W/m 2)
16
15
12
12
10
cálculo detalhado, em função do
tipo de local.
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Cálculo detalhado
Tipo de local
Pot. (W/m 2)
Armazenamento e arquivos
6
Halls e corredores
12
2
Outros locais com área >30 m
15
2
Outros locais com área <=30 m
18
Locais
que
requerem
uma
iluminância média de exploração de
mais de 600 lux ou local no qual a
iluminação geral não é suficiente
para assegurar o conforto visual
- local com menos de 30 m2
4 W/m2, por 100 lux
- local com mais de 30 m2
3 W/m2, por 100 lux
169
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Indicador numérico da energia gasta em iluminação
A norma europeia EN15193 (Energy Requirements for Lighting) especifica um
indicador numérico da energia gasta em iluminação
(LENI – lighting energy
numeric indicator) dado por:
LENI = W/A [kWh / (m2xano)]
em que:
W – energia total gasta em iluminação [kWh/ano]
A – área útil total do edifício [m2]
Nessa norma os diferentes tipos de instalações são divididos em 3 classes
dependentes das classe de critérios usadas no desenho da iluminação.
O quadro seguinte indica os seguintes valores para uma instalação do tipo
escritórios:
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170
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
- classe do critério de desenho da iluminação;
- potência da iluminação em W/m2;
- horas diurnas de funcionamento da iluminação durante o ano;
- horas nocturnas de funcionamento da iluminação durante o ano;
- valores limite de LENI em kWh/ (m2/ano) para situações
de comando manual da iluminação e comando automático;
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171
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
√ - de acordo com o
especificado nas tabelas da
norma EN 12464-1
√ - de acordo com o
especificado na norma EN
12464-1
Nota - a atenção especial aos cuidados coma saúde podem requerer
valores muito superiores de iluminância e portanto maiores valores em W/m2
DEEC - Arminio Teixeira
172
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
G - Escolha de um sistema de gestão da iluminação
adequado
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173
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A zonagem da instalação de iluminação acompanhada de comandos manuais
tem apenas vantagens se for obtida a colaboração dos utilizadores. Em caso
contrário, devemos recorrer a dispositivos de comando automático.
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174
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Gestão horária
Para efectuar uma gestão horária podemos utilizar dois tipos de aparelhos:
automáticos de escada e interruptores horários.
O uso de automáticos de escada, que assegura a extinção automática da
iluminação, é utilizado há muito tempo nas zonas de circulação (corredores,
escadas, etc.) onde a presença contínua de utilizadores é menos frequente.
A iluminação, comandada por botões de pressão, apaga-se após um tempo
regulável, determinado pelo tempo máximo que os utilizadores demoram a
percorrer a zona.
DEEC - Arminio Teixeira
175
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
No que diz respeito aos interruptores horários, podemos usar o simples
interruptor multi-posições até ao interruptor horário com display de cristais
líquidos. Os comandos transmitidos aos circuitos de iluminação podem
também ser provenientes de sistemas de gestão centralizada.
Quando se encara a utilização de um interruptor horário num circuito de
iluminação devem ter-se em atenção os seguintes factores:
-é preferível com frequência comandar apenas a extinção da
iluminação, deixando aos ocupantes a liberdade do acendimento;
-é importante incluir comandos locais para se poder restabelecer a
iluminação se for necessário;
-a possibilidade referida no ponto anterior não deve impedir um
retorno ao modo automático, por exemplo após um tempo definido;
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176
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
-a extinção automática não pode colocar os ocupantes na obscuridade
completa. Deve ser mantida uma iluminação mínima para lhes
permitir encontrar o percurso para o botão de acendimento; Por
exemplo, o comando de extinção pode ser realizado em dois
patamares: uma extinção de metade das armaduras para alertar para
a extinção completa após um período de tempo determinado;
-os horários de extinção podem também incluir o período do almoço
se existir uma paragem significativa das actividades;
Interruptor horário programável
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Automático de escada
177
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Detecção de presença
Os detectores de presença são correntemente designados de detectores
volumétricos. Dividem-se em três categorias:
-os detectores volumétricos de infravermelhos passivos (PIR) que
reagem ao movimento da energia infravermelha (ou ao calor)
desenvolvida pelo corpo humano. Detectam o movimento de corpos de
volume importante;
-os detectores volumétricos de ultra-sons que reagem à variação das
ondas sonoras reflectidas no interior de um local e causadas pelo
movimento de um corpo que pode ser de pequena dimensão;
-os detectores bi-volumétricos que aliam as tecnologias de ultra-sons e
de infravermelhos passivos;
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178
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Em iluminação, o detector de presença liga as armaduras de iluminação
quando entra um ocupante no local e apaga-as algum tempo após a saída.
É necessária uma temporização à extinção para não reduzir a duração de vida
das lâmpadas devido
a ciclos de
acendimento e
extinção demasiado
frequentes. Por exemplo, uma ausência de 1 ou 2 minutos não pode implicar a
extinção das lâmpadas.
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179
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Detectores volumétricos de infravermelhos passivos
Os detectores de infravermelhos passivos (PIR – passive infrared) são os mais
vulgarmente utilizados. Detectam o movimento do corpo humano pela medida
da radiação infravermelha (calor) emitida pelo corpo. Chamam-se passivos
porque não emitem radiação, contrariamente aos detectores de infravermelhos
activos do tipo “barreira”. Medem a radiação infravermelha emitida pelas
superfícies quentes.
Fornecem uma indicação de mudança de ocupação do local: ausência ou
presença.
Os detectores de infravermelhos têm um certo número de faces sensíveis.
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180
ILUMINAÇÃO
INTERIORDAS
- O INSTALAÇÕES
PROJECTO LUMINOTÉCNICO
EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
DE ILUMINAÇÃO
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181
ILUMINAÇÃO
INTERIORDAS
- O INSTALAÇÕES
PROJECTO LUMINOTÉCNICO
EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
DE ILUMINAÇÃO
Zonas de detecção de um detector de presença
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182
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
O seu raio de acção está assim cortado numa série de segmentos. É a
passagem de um corpo (e portanto calor) do raio de visão de uma faceta para
a outra que permite detectar o movimento.
A sensibilidade de um detector depende portanto do número de segmentos
sensíveis. Por exemplo, um detector cujo raio de acção é cortado por poucos
segmentos pode não detectar uma pessoa que se dirige na sua direcção.
Em alguns modelos aperfeiçoados esta sensibilidade é regulável. A regulação
será diferente conforme o tipo de local: num escritório por exemplo, os
movimentos são por vezes mínimos (trabalho em computador, por exemplo) e
efectua-se uma regulação para alta sensibilidade, enquanto num local sujeito a
correntes de ar regular-se-á para uma sensibilidade mais fraca.
Um detector colocado numa parede é caracterizado por:
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183
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
-um ângulo de detecção horizontal (120º por exemplo);
-um alcance lateral;
-um alcance frontal;
Um detector colocado no tecto é caracterizado por:
-um raio de acção de 360º;
-um diâmetro de detecção máxima para uma altura máxima;
-um alcance frontal;
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184
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Quando se diminui a altura de montagem, a zona de cobertura diminui mas a
sensibilidade aumenta.
Por outro lado, para valores superiores à altura máxima a sensibilidade não é
suficiente.
Além disso, é necessário ter em atenção que o detector não funciona através
de paredes, mesmo que sejam de vidro.
Se forem instalados vários detectores num mesmo local, pode ser interessante
considerar um deles com um mecanismo “master” e outro ou mais do tipo
“slave”. Um detector do tipo “master” é mais caro, mas os do tipo “slave” são
muito mais económicos, o que torna o conjunto economicamente interessante.
Os detectores usados em iluminação não possuem temporização à ligação mas
possuem temporização após o último movimento, que pode atingir nos
modelos mais aperfeiçoados os 30 minutos.
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185
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Além disso, integram geralmente um detector de luminosidade: em geral, o
detector incorpora um interruptor crepuscular cujo limiar de luminosidade pode
ser regulado(por exemplo, de 5 a 1000 lux).
Para iluminação existem dois tipos de mecanismos:
-um mecanismo com um triac que permite comandar lâmpadas de
incandescência e de halogéneo de 230 Volt;
-um mecanismo com relé que permite comandar igualmente as
lâmpadas fluorescentes;
Existem dois tipos de detectores:
-detectores com poder de corte (que podem cortar a alimentação de
lâmpadas);
-detectores que permitem efectuar regulação (actuam sob o comando
1-10 Volt de balastros reguláveis);
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186
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Detectores com poder de corte
Este tipo de detectores pode ainda dividir-se nas seguintes categorias:
-detectores destinados a substituir interruptores
São utilizados em zonas de circulação, sanitários, pequenos escritórios,
etc. Aproveita-se a cablagem existente do interruptor para comandar a
iluminação.
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187
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Alguns modelos possuem, além da detecção automática, um botão de
comando manual. O comando pode, neste caso, efectuar-se automaticamente
ou manualmente, podendo ser encravado o comando manual.
Detectores montados na parede
Existem detectores que permitem apenas uma detecção horizontal e outros
que permitem uma detecção horizontal e vertical (vigilância em zona baixa) e
que são utilizados para a detecção de presença em escadas por exemplo (ver
figura).
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188
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Para locais com pouco movimento, por exemplo corredores, existem
actualmente balastros electrónicos, que associados a detectores de movimento,
permitem efectuar com eficiência grandes poupanças de energia neste tipo de
locais.
Em vez de se desligar completamente a iluminação, na ausência de pessoas, é
efectuada uma regulação de fluxo luminoso para cerca de 10%.
Desde o momento em que alguém entre no local, o fluxo luminoso é
novamente regulado para 100%.
A temporização para a diminuição de fluxo luminoso pode ser regulada pelo
detector de movimento.
A velocidade de diminuição do fluxo luminoso é uma função do balastro
electrónico.
Esta função é designada por “corridor function” e requer sempre a associação
de balastros electrónicos com regulação de fluxo a detectores de movimento.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Detectores montados no tecto
Em armazéns de grande volume ou em locais de trabalho com divisórias a
meia altura ou biombos, um detector de infravermelhos de 90º pode não
funcionar correctamente. Neste caso, é recomendado utilizar detectores
panorâmicos cujo ângulo de abertura é de 360º.
São também utilizados em locais de grandes dimensões de forma a cobrir o
conjunto do local.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Detectores integrados na armadura
Este tipi de detector comanda directamente e individualmente a armadura na
qual está montado. Na norma recente EN 12464-1 a iluminação individual tem
relevância pelo facto de zona de trabalho ser precisa e poder ser móvel. Por
este facto, o detector na armadura permite melhorar a gestão de presença
individualmente.
Detectores que permitem regulação de fluxo
Estes detectores de presença actuam sobre o comando 1-10 Volt do balastro
com regulação de fluxo.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Encontram-se dois tipos de balastros deste tipo:
-analógico: ligado ao balastro electrónico analógico com regulação de
fluxo (tipo A1) actuam sobre o balastro fazendo variar a tensão de
comando de 1 a 10 Volt;
-digital: ligado a um balastro do tipo DALI ou a uma rede desse tipo,
este tipo de detector pode actuar sobre um ou mais grupos de
armaduras;
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Multidetectores
Actualmente, os detectores combinam várias funções de forma a comandar,
regular e gerir um ou vários grupos de armaduras:
-a detecção de presença;
-a regulação em função do nível de iluminação natural;
-a recepção IR de um sinal de comando à distância (telecomando);
Instalação dos detectores
O espaço coberto por um detector determina a localização dos restantes. Os
detectores devem ser colocados de maneira a cobrir todo o espaço a detectar.
Exemplo
Pretende-se colocar detectores de presença para comandar a iluminação de
um átrio, representado na figura seguinte.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Características do detector:
-ângulo de detecção: 180º;
-alcance lateral: 2x6 m;
-alcance frontal: 12 m;
Com estas características serão instalados 3 detectores para cobrir toda a
área.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A escolha da localização do detector tem uma grande importância para o seu
bom funcionamento. Não deve ser influenciado por uma fonte luminosa
permanente ou ainda por um movimento fora da zona que se pretende
controlar.
Pode-se pretender realizar uma zonagem num dado local. Em certos casos, a
zonagem pode ser realizada unicamente escolhendo bem a localização dos
detectores; noutros casos será necessário colocar peças de encobrimento no
detector de forma a que apenas possa ver a zona desejada.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Esquemas de ligação
Situação 1: existe apenas um detector
Conforme o tipo de mecanismo a ligação realiza-se com 2 ou 3 condutores:
-um mecanismo com triac (para lâmpadas de incandescência ou de
halogéneo 230 Volt) deve ser ligado à fase, saindo um condutor para
as lâmpadas;
-um
mecanismo
com
relé
(para
lâmpadas
incandescentes,
de
halogéneo e fluorescentes) deve ser ligado à fase e ao neutro, saindo
um condutor para as lâmpadas (ligação com 3 condutores);
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Situação 2: existem vários detectores
Se houver vários pontos de detecção no mesmo local, os detectores são ligados
em paralelo, ou instala-se um detector com mecanismo “master” e um ou
vários detectores com mecanismo “slave”.
As figuras seguintes exemplificam as montagens a 2 e a 3 condutores, de
detectores ligados em paralelo.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Estimativa da poupança energética obtida
Para efectuar uma estimativa da poupança de energia obtida, em relação à
utilização de balastros convencionais, com a escolha de um dado modo de
gestão da iluminação são dados alguns valores indicados por fabricantes de
sistemas de gestão de iluminação:
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
H – Aproveitamento da luz natural disponível
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Gestão em função da quantidade de luz natural
Com muita frequência, nas zonas próximas das janelas, a iluminação artificial
não é necessária para assegurar o conforto visual.
Assim, podemos ter em atenção a luz natural adoptando uma das soluções a
seguir mencionadas:
-quer com comutação on/off, quer por regulação contínua do fluxo
luminoso;
-quer em função da iluminação exterior, quer em função da
iluminação interior;
-quer individualmente em cada armadura, quer por grupos de
armaduras;
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Comutação on/off manual para possibilidade de ajustar a iluminação artificial à
quantidade de luz natural disponível
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
De forma a visualizar as possibilidades de regulação em função da iluminação
natural, vamos comparar os seguintes sistemas e mostrar as suas vantagens e
inconvenientes:
-comando on/off em função da iluminação exterior;
-regulação contínua do fluxo luminoso em função da iluminação
interior:
-quer individualmente em cada armadura, quer por grupos de
armaduras, com:
-medida da luminância na janela;
-medida da luminância num ponto do local;
-medida da luminância ao nível de cada armadura;
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Comando on/off em função da iluminação exterior
Nos locais caracterizados por uma iluminação natural muito importante é
suficiente utilizar um comando on/off em função da iluminação exterior.
A iluminação artificial apenas será utilizada no início e no fim do dia e durante
a noite.
Para afinar a regulação é possível prever uma regulação passo a passo, quer
desligando progressivamente filas de armaduras a partir das janelas, quer
jogando com o número de lâmpadas ligadas em armaduras com mais do que
uma lâmpada.
Um comando on/off deve ser acompanhado de uma temporização para evitar
que uma variação brusca da luminosidade exterior (pela passagem de uma
núvem, por exemplo)modifique a iluminação artificial.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
De facto, as variações bruscas da iluminação artificial são frequntemente mal
aceites pelos ocupantes, o que não se passa para as variações igualmente
correntes da iluminação natural.
Vantagens
-custo moderado, dado o número limitado de sensores, tratando-se
todos os locais da mesma fachada da mesma forma.
Inconvenientes
-não é fácil de regular porque depende da configuração do local a
gerir (tipos e tamanhos das janelas) e deve ser regulado de forma
diferente conforme o afastamento das armaduras em relação à
fachada;
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
-é um sistema de comando sem retroacção, ou seja o equipamento
regulador não sabe o que se passa no local;
-é difícil de implementar se a fachada for sombreada por edifícios
vizinhos;
-é um sistema pouco ergonómico dado que pode provocar variações
bruscas da iluminação interior;
Regulação contínua do fluxo luminoso em função da iluminação interior
De forma inversa, nos locais com um fraco nível de iluminação natural a
iluminação artificial desempenha um papel importante.
Uma regulação fina, contínua, do fluxo luminoso (“dimming”) pode neste caso
traduzir-se por grandes economias de energia.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Neste caso, é o nível de iluminância interior que serve de grandeza
representativa para a regulação.
A regulação do fluxo luminoso obriga a utilizar balastros electrónicas com
regulação de fluxo (do tipo A1).
O limiar mínimo abaixo do qual se pode descer depende do tipo de balastro
utilizado. Alguns balastros electrónicos permitem uma redução do fluxo
luminoso de uma forma contínua até aos 0%.
No entanto, a potência do conjunto formada pela lâmpada e pelo balastro
permanece sempre superior a 5% da potência total porque o consumo do
balastro é independente da potência da lâmpada.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Para evitar este consumo residual quando a lâmpada tem a redução de fluxo
luminoso no máximo, é importante que o sistema desligue automaticamente a
alimentação dos balastros.
Para ser totalmente eficaz, uma simples regulação de fluxo deve ser
completada com algumas funções complementares. Quando o ocupante deixa
o local enquanto há luz natural, pode facilmente esquecer-se de desligar a
iluminação e assim as lâmpadas ligar-se-ão durante a noite.
Para evitar esta situação é necessário que:
-o acendimento esteja ligado a um detector de presença ou a um
interruptor horário;
-só a extinção seja comandada pelo regulador, permanecendo o
acendimento manual (on/off).
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Medida da luminância na janela
Um sensor mede continuamente a luminância da janela (proporcional à
quantidade de luz natural). No sensor é estabelecida uma correspondência
entre o nível medido e a regulação do balastro para manter-se o nível de
iluminância pretendido.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Nos locais com pouca profundidade, as necessidades de iluminação artificial
podem ser diferentes em função do afastamento da fachada. Pode-se então,
com este tipo de material, regular cada fila de armaduras segundo uma lei de
correspondencia diferente.
Note-se que na parte mais interior é por vezes necessária alguma iluminação
artificial, quaisquer que sejam as condições atmosféricas. Nestes casos a
regulação de fluxo não se justifica para as filas de armaduras mais afastadas
das janelas.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Medida da luminância num ponto do local
Um sensor mede a luminância num ponto do local e adapta a potência das
armaduras de acordo com o valor medido.
Este sistema tem como desvantagem modificar o nível de iluminância em
função da modificação da cor da zona observada pelo sensor (papel colorido
ou preto sobre o plano de trabalho por exemplo).
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
No entanto, esta influência local será mínima se a superfívie vista pelo sensor
for grande (raio de vários metros).
Por outro lado, existem sistemas que permitem uma regulação diferente por
linha de armaduras em função do afastamento das janelas.
Neste caso, o sensor deve ser colocado ao nível da fila de armaduras mais
próxima das janelas. O dispositivo regula a potência desta fila e acrescenta
uma constante para a regulação das restantes filas.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
A regulação é menos fina do que no primeiro sistema, representado por rectas
a ponteado no gráfico seguinte: ilumina-se sempre um pouco mais do que
necessário as zonas mais afastadas das janelas em relação às necessidades
reais.
Com efeito, para um fluxo luminoso máximo de 100% da fila mais próxima da
janela (sem iluminação natural) as outras filas devem também fornecer 100%
do seu fluxo luminoso.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Quando a iluminação natural aumenta, a proporção necessária de fluxo
luminoso diminui tanto mais quanto mais próximas estiverem as filas de
armaduras das janelas.
A potência aumentada da armadura em relação à necessidade real é dada pela
diferença de ordenadas entre a recta a cheio e a recta a ponteado (ver
gráfico).
Se colocarmos o sensor entre as filas de armaduras, apenas é possível uma
regulação idêntica de cada fila.
Medida da luminância ao nível de cada armadura
Este modo de regulação consiste em equipar cada armadura com um sensor
de luz constante que mede a iluminação sob a armadura e actua directamente
no balastro da mesma para manter a iluminância recomendada.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Contrariamente aos sistemas de regulação central, este sistema é muito
simples
e
económico.
Não
requer
nenhuma
cablagem
especial,
nem
equipamento de regulação central (o equipamento de cada armadura é
independente). Aplica-se portanto facilmente às renovações e além disso a
regulação de cada armadura efectua-se em função das condições particulares
de cada posto de trabalho ou zona do local.
O inconveniente deste sistema é o seu modo de regulação puramente
proporcional.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Para funcionar, o sistema deve manter um afastamento em relação ao valor
regulado. É portanto necessário aumentar o valor regulado (por exemplo, 650
lux) para obter a iluminância desejada (por exemplo, 500 lux) na ausencia de
luz natural.
Assim, resulta sempre uma sobre-iluminação em relação às necessidades
quando aparece a iluminação natural. A regulação nunca é óptima.
Além disso, uma diminuição máxima do fluxo da lâmpada não implica a sua
extinção automática, não eliminando portanto o consumo residual do balastro.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Disposição das armaduras de iluminação
As armaduras de iluminação, nos locais de trabalho, devem ser dispostas de
acordo com o indicado na figura seguinte.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Na figura anterior, no primeiro caso as armaduras estão dispostas de forma
adequada (paralelamente às janelas), mas as secretárias não estão colocadas
de forma adequada pelo facto de poderem aparecer reflexos nos monitores de
video.
No segundo caso, quer a disposição das armaduras de iluminação, quer a
disposição do mobiliário, são as mais adequadas.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS INSTALAÇÕES DE ILUMINAÇÃO
Aproveitamento da
luz natural com
tubos de luz
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Tubo de luz Sunlux
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