Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autor
- José Enrique Álvarez Menéndez, Asociación Nacional de la Industria del LED (ANILED)
Resumen
La iluminación LED es una realidad en todos los ámbitos de la iluminación. La irrupción de la tecnología LED ha sido una revolución tecnológica en un mercado inmovilista, en lo que a desarrollo tecnológico se refiere, como es el de la iluminación. A diferencia de las fuentes de iluminación tradicionales, los sistemas LED son intrínsecamente aptos para ser regulados, convirtiendo esto en una de las principales activos para el desarrollo de los sistemas de iluminación inteligente. La utilización a gran escala de la iluminación LED va a contribuir de forma excepcional a la difusión e implantación de soluciones inteligentes de iluminación, lo que supone una gran oportunidad para los conceptos de Edificios Inteligentes. Se prevé que en los próximos 10 años la iluminación LED represente más del 70% del mercado de la iluminación general.
Introducción
La tecnología LED ha constituido una revolución en el mercado de la iluminación, consiguiendo instalaciones de muy alta eficiencia energética y permitiendo nuevas formas de diseño y de integración de la iluminación en los edificios. Si bien la introducción de una nueva tecnología revolucionaria acarrea problemas, el LED se ha constituido ya en una tecnología madura y con un amplio desarrollo en los próximos años.
Dentro del concepto de edificios inteligentes la iluminación juega un papel fundamental.
La innovación tecnológica que supone la iluminación LED supone una gran oportunidad para el desarrollo de sistemas inteligentes de iluminación:
- Reducción del consumo frente a la resto de tecnologías tradicionales.
- Posibilidad de customización total debido a su gestión electrónica: Programación de encendidos/apagados, programación de subidas y bajadas de potencia en función del uso, posibilidad de elección de la temperatura de color.
- Funcionamiento con corriente continua por lo que es idóneo para ser alimentados mediante energías renovables.
- Equipos telegestionables. Posibilidad modificar todos los parámetros del equipo de forma remota.
- Máxima duración frente a las tecnologías existentes.
- Fácil integración en domótica.
- Reducidas dimensiones y baja radiación de calor, por lo que se puede utilizar en cualquier lugar y aplicación.
Fundamentos de la tecnología LED
Un LED, cuyas siglas en ingles provienen de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz), es un dispositivo semiconductor (diodos) que emite luz policromática (diferentes longitudes de onda) cuando se polariza en directa y circula corriente continua.
El diodo LED emite luz en corriente continua (cc) al superarse la tensión umbral que lo polariza en directo. Todos los diodos emiten cierta cantidad de radiación cuando los pares electrón-hueco se recombinan; es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía) emitiendo fotones en el proceso. El color dependerá de la altura de valencia de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia).
Ventajas Tecnológicas del LED
La iluminación LED es la tecnología más innovadora de las que actualmente existen en el mercado. Para entender mejor el avance tecnológico que supone la tecnología LED, frente al resto de tecnologías actuales, vamos a describir a continuación sus principales características y ventajas:
- Eficiencia Energética – La tecnología LED aplicada a la iluminación nos dirige automáticamente al concepto de eficiencia energética, es decir, la disminución significativa de la energía utilizada, manteniendo los niveles de confort y la calidad de la iluminación existente. La reducción de potencia instalada debida a la gran eficiencia lumínica de la tecnología LED, junto con la mejora significativa de parámetros como el factor de utilización, se consiguen reducciones de entre el 40 al 60% de ahorro energético pudiendo llegar incluso, dependiendo de la instalación existente, a fracciones cercanas al 80%.
- Vida útil – Junto con la eficiencia energética, lo más llamativos de los productos de iluminación basados en tecnología LED es su durabilidad. Más de 50.000 horas de funcionamiento frente a las 10.000-18.000 horas de media de las otras tecnologías del mercado son un gran argumento de peso a favor del LED. Íntimamente ligado a la durabilidad, está la depreciación del flujo luminoso emitido. Todos los equipos de iluminación, especialmente los basados en tecnología de descarga, sufren una disminución del flujo luminoso emitido a lo largo de su vida útil, pero mientras los equipos de tecnología LED consiguen mantener a las 50.000 hora de uso flujos en torno al 70-80% del inicial, las tecnologías de iluminación habituales están en torno a las 5.000 horas para alcanzar ya esta depreciación.
- Calidad de iluminación y confort visual – Los criterios técnicos de iluminación han estado siempre basados en el concepto de cantidad de luz, pero desde hace tiempo, este criterio se ha ampliado introduciendo un factor importante como es el de la calidad de luz. La calidad de luz puede ser baremada, con parámetros que en la actualidad ya vienen reflejados en las normativas y legislaciones vigentes, así como han formado parte del análisis del consumidor o usuario de la iluminación. El IRC (Índice de Reproducción Cromática) que podríamos definir como la capacidad que una fuente luminosa tiene para reproducir fielmente los colores es un factor a tener en cuenta, pues a mayor IRC la capacidad de visión del ser humano aumenta, como en confort para nuestros ojos. Este índice, en las iluminaciones habituales tanto de interior como exterior, está en valores comprendidos entre 20-50, cuando la tecnología LED alcanza valores superiores a 80, siendo el máximo 100.
- Es característicos de la iluminación con tecnología LED asociarla al color blanco que emite, frente a colores cálidos, naranjas y amarillos, habituales hasta entonces en iluminación. Estos colores que emiten las fuentes de luz vienen definidos por su temperatura de color. Los que aporta a este aspecto el LED no es el color blanco de la fuente de luz, ya que es sólo una de las posibilidades de los productos, si no la flexibilidad den la elección de la temperatura de color. Mientras que las tecnologías convencionales tienen una temperatura de color definida, la tecnología LED ofrece productos que puedan variar su temperatura de color en función de la necesidad del consumidor, convirtiéndose así en un producto con un abanico de posibilidades muy amplio.
- Gestión Electrónica – Otra de las principales innovaciones de los equipos de iluminación con tecnología LED, radica en su naturaleza, la electrónica. Tradicionalmente los equipos de iluminación son inminentemente eléctricos, pero los equipos LED necesitan de una gestión electrónica a través de un equipo auxiliar denominado “driver”. La componente electrónica del equipo de iluminación permite una gestión de los parámetros de la fuente de luz, que hasta ahora no era posible consiguiendo entre otras posibilidades, absorber picos de sobretensiones de la red eléctrica, modificaciones de la potencia, programación personalizada, monitorización de los parámetros de funcionamiento, etc. Esta naturaleza electrónica permite la programación punto a punto, pudiéndose modificar la potencia para adecuarse a las necesidades de iluminación en cada momento y es posible gestionarlo sin actuar directamente en el equipo, sino a través de telegestión, con un software que posibilita el manejo del equipo.
Sistemas de iluminación inteligentes
La tecnología LED es la primera tecnología en iluminación que nos da la oportunidad de integrar los controles como una función del sistema con alto grado de sofisticación. A diferencia de las fuentes de iluminación tradicionales, los sistemas LED son intrínsecamente aptos para ser regulados, convirtiendo esto en una de las principales activos para el desarrollo de los sistemas de iluminación inteligente y por extensión de los edificios inteligentes.
Hasta la fecha los sistemas de regulación y control en iluminación están encaminados básicamente a la posibilidad de encenderse y apagarse según las necesidades y a la regulación del nivel de iluminación para al aprovechamiento de luz natural (temporizadores, detectores de presencia, sensores de luminosidad ambiente para el aprovechamiento de luz natural, etc.). Estos sistemas, que a menudo son calificados como “inteligentes”, estarían más cercano a la definición de “automáticos”. La tecnología LED nos permite hacer cosas que hasta la fecha eran imposibles o de muy difícil implantación. El control de los ajustes de color, la monitorización del mantenimiento del flujo luminoso, la enorme flexibilidad de los LED (con sus casi infinitas posibilidades de regulación), así como la integración de las luminarias en la arquitectura, nos permite elevar el nivel de inteligencia de los actuales sistemas de regulación y control a verdaderos sistemas de iluminación inteligentes. A continuación se describen varios aspectos de los sistemas de iluminación inteligentes que van a ser claves para su desarrollo futuro:
- Eficiencia Energética y Nuevos Marcos Normativos – La tecnología LED junto a los sistemas de iluminación inteligentes suponen unos ahorros energéticos tan elevados que se constituyen como una herramienta fundamental para conseguir los objetivos de eficiencia energética de la Estrategia Europea 2020. La iluminación representa aproximadamente el 14% del consumo eléctrico global en la Unión Europea. Con la utilización de tecnología LED se podrían llegar a ahorros de hasta casi un 50% en comparación con el consumo actual y de hasta un 70% si se combinan con sistemas inteligentes de gestión de la iluminación. El gran potencial de ahorro energético de los sistemas inteligentes de iluminación, ha hecho que los sistemas de regulación y control se hayan introducido como requisitos mínimos en la normativa energética de todos los países europeos de la UE, en el caso de España mediante el DB-HE3 del Código Técnico de la Edificación. Estos requerimientos mínimos han sido un comienzo para la introducción de forma generalizada de controles inteligentes de iluminación en los edificios, y se prevé que en los próximos años se produzca un progresivo endurecimiento de los mismos, con el establecimiento de nuevas exigencias para llegar a los objetivos marcados para el 2020 en el que todo edificio de nuevas construcción deberá ser un Edificio de Consumo de Energía Casi Nulo.
- Nuevos campos de diseño – El diseño de sistemas de iluminación dinámicos, teniendo en cuenta la actividad diaria y los ritmos biológicos (circadianos), son nuevos desarrollos que cada vez se están planteando como uno de los aspectos más a tener en cuenta en el diseño de instalaciones de iluminación. Investigaciones recientes han demostrado que el espectro no visual de la luz artificial tiene un impacto positivo en la salud y el bienestar humano, pudiendo influir en el ritmo circadiano humano (Brainard, & Thapan, 2001). Gracias al uso de la tecnología LED, que permite crear cualquier distribución espectral, en conjunto con sistemas de control inteligentes, puede permitir el desarrollo de estas nuevas líneas de investigación, permitiendo crear diferentes ambientes y aprovechar estos potenciales efectos biológicos positivos en los seres humanos.
- Impacto tecnológico en el modelo de negocio – actualmente el principal desarrollo de los productos LED está en el mercado de sustitución de lámparas con fuentes convencionales. Este actual modelo no desarrolla todo el potencial de la tecnología LED debido a sus características y capacidades de regulación e implementación de controles inteligentes. La combinación de la tecnología LED con los sistemas de iluminación inteligentes van a producir un cambio en los modelos de negocios pasando del suministro de simples productos de iluminación a proveer nuevos servicios y a sistemas de iluminación con soluciones personalizadas para su integración en edificios inteligentes.
Caso de estudio
Diseño del Sistema de Iluminación del Centro de Diagnóstico por Imagen
La actuación ha consistido en el diseño del sistema de iluminación de un Centro de diagnóstico por imagen en la localidad de Las Torres de Costillas, Murcia.
En este caso el diseño del sistema de iluminación a atendido dos objetivos prioritarios: por una parte el conseguir una instalación de alta eficiencia energética y por otro lado el diseño de distintas escenas en las diferentes salas del centro, con la capacidad de influir en el estado de animo de los pacientes. Por ello se han implementado diferente fuentes de luz LED con un sistema de control inteligente: Paneles luminosos, Downlight Spot y bañadores de luz, junto con un sistema de regulación y control RGB
La elección de luminarias LED ha permitido conseguir ahorros mayores del 50%, frente la utilización de luminarias convencionales, consiguiendo un periodo de amortización estimado de 2 años.
Como ya se ha mencionado, un objetivo prioritario del sistema de iluminación es el lograr influir en los estados de animo de los pacientes, convirtiendo salas que normalmente suelen tener matices muy fríos en espacios agradables y acogedores. Para ello se ha diseño el sistema de iluminación con la capacidad de variación de diferentes escenas en todas las salas del centro (salas de espera, sala de examen de ecografía, sala de resonancia magnética y sala de densitometría ósea). En la siguiente figura se pueden observar los efectos conseguidos:
La regulación y control se realiza mediante un selector de 4 escenas, que además permite regular la intensidad del flujo luminoso y la saturación de color. El protocolo de comunicación utilizado entre los equipos es DMX512.
Conclusión
La tecnología LED aplicada a la iluminación ha llegado para quedarse. Sus parámetros técnicos superan a las de las tecnologías existentes y el gran desarrollo que se prevé en los próximos años por parte de la tecnología LED, va a dar lugar a nuevos y excitantes enfoques en los sistemas de control inteligentes y a su implantación en todo tipo de instalaciones.
Si bien es necesario superar los obstáculos que actualmente tienen el desarrollo de soluciones inteligentes, como pueden ser: la percepción por parte de los usuarios de la necesidad de estos sistemas, demasiadas soluciones únicas, el desarrollo de protocolos universales no propietarios, falta de técnicos cualificadas para la manipulación de complejos sistemas de control o la falta desarrollo de normativo; en poco tiempo estas aplicaciones se convertirán en especificaciones estándar en muchas de las aplicaciones de iluminación, consiguiendo controles inteligentes precisos y eficaces.
Referencias
- Boyce, P. & Raynham, P, 2009, The SSL lighting handbook, The Society of Light and Lighting
- Brainard, G.C., 2001, Action Spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor. Journal of Neuoroscience.
- Halonen, L., Tetri, E., & Bhusal, P., 2010, Guidebook on Energy Efficient Electric Lighting for Buildings, International Energy Agency. Aalto University School of Science and Technology
- Thapan, K., Arendts, J., & Skene, D.J., 2001, An action spectrum for melatonin suprresion: Evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans, Journal of Physiology, 535