Sistemas de controle eficiente de energia de edifícios maximizam a economia
A eficiência energética é a força motriz do crescimento do mercado de iluminação LED, quer se trate de empresas privadas que tentam reduzir custos ou entidades públicas que impõem regulamentações destinadas a reduzir o consumo de energia e diminuir a carga sobre os recursos existentes. Os setores residencial e comercial do mercado de iluminação LED estão se expandindo rapidamente à medida que a iluminação LED supera as tecnologias mais antigas em termos de energia e eficiência de custos.
Por Alex Pluemer para a Mouser Electronics. Reproduzido com permissão da Mouser.
LEDs e luminárias representaram cerca de 19 por cento da quantidade total de unidades de iluminação instaladas nos EUA em 2017, mas esse número pode saltar para 84 por cento até 2035, de acordo com o Departamento de Energia (DOE). O DOE espera que quase 80 por cento de unidades do total de iluminação seja de LED em 2035 no setor residencial, mas o setor comercial deve gerar uma economia de energia muito maior. Apesar de ser responsável por 17 por cento do mercado total de LED em 2035, o setor comercial pode ser responsável por 39 por cento da energia total economizada, de acordo com as projeções do DOE.
A diferença entre a porcentagem do total de instalações de LED e a porcentagem de economia de energia pode ser atribuída aos métodos de controle de iluminação implementados cada vez mais comuns em grandes ambientes comerciais. Os sistemas de controle de iluminação podem reduzir o consumo de energia, desligando automaticamente as luzes em edifícios desocupados ou diminuindo-as quando há luz natural disponível. A seguir, vamos examinar como os sistemas de controle de iluminação LED podem ser usados ??para limitar o consumo de energia de um edifício comercial ou residencial, ajustando a iluminação interna quando a iluminação natural ou alta / baixa ocupação solicitar.
Implementando um Sistema de Iluminação Responsivo
Os principais componentes de um sistema de iluminação responsivo incluem:
• Fontes de luz LED,
• Dispositivos de controle de energia
• Sensores e microcontroladores implementados para fornecer a inteligência distribuída necessária para controlar a iluminação e se comunicar com os vários sensores do sistema.
Esses microcontroladores de extremidade do sistema também se comunicam com os controladores de subsistema de nível superior - geralmente implementados com microprocessadores mais poderosos - à medida que funções algorítmicas e de armazenamento mais complexas são necessárias no nível do subsistema. As comunicações sem fio desses subsistemas com o controlador principal do prédio tornam o posicionamento e a expansão do sistema relativamente simples. O controlador de edifício principal geralmente requer um computador de nível industrial programado para tolerância a falhas para fornecer segurança e confiabilidade ao edifício, e as comunicações entre edifícios em um campus (e para a nuvem) podem ser usadas / analisadas por algoritmos adaptativos e / ou preditivos avançados.
A captação à luz do dia é uma das principais maneiras pelas quais as empresas podem economizar energia (e dinheiro) em grandes edifícios de escritórios. Embora pareça um processo que envolve células solares e baterias, a captação da luz do dia consiste simplesmente em usar luz natural e calor para iluminar e / ou aquecer um edifício, quando disponível. Por exemplo, um sistema de controle de iluminação pode diminuir as luzes no lado leste de um edifício pela manhã, quando o sol está provavelmente brilhando através das janelas, e então trazê-las à tarde quando o sol brilha no lado oeste do edifício.
A quantidade de energia que pode ser economizada com a captação da luz do dia varia com base em como um edifício está situado em relação ao sol (norte / sul vs. leste / oeste) e na geografia. O Vale do Silício, no norte da Califórnia, tem mais luz natural para ser captada do que Seattle.
Os níveis de luz natural podem ser ajustados com janelas coloridas ou sombreadas para atender às necessidades de um determinado cenário de local de trabalho. Uma sala de conferências durante uma apresentação do PowerPoint pode não precisar de tanta luz quanto um funcionário que trabalha em sua mesa. Sensores de ocupação são outra tecnologia comumente empregada no ajuste de iluminação. Sensores de movimento em uma sala específica ou em um andar específico de um edifício solicitarão automaticamente que o sistema de controle de iluminação diminua as luzes se ele estiver desocupado por um período predeterminado. Sensores de ocupação são frequentemente empregados em conjunto com uma função de temporizador que escurece todas as luzes do prédio depois que seus ocupantes saem normalmente e os traz de volta pela manhã, quando os funcionários chegam para trabalhar. É difícil calcular quanta energia uma empresa específica pode economizar usando sistemas de controle de iluminação equipados para captação de luz do dia com sensores e temporizadores (as variáveis incluem tamanho do prédio, horas de operação, tipos de tecnologia LED sendo implementados). O DOE projeta que, se a taxa de penetração do LED continuar no ritmo atual, a economia de energia em todo o país chegará a 4,8 quatrilhões de unidades térmicas britânicas (BTUs) anualmente até 2035, aproximadamente metade da iluminação energética total consumida nos EUA em 2017.
Sistemas integrados de controle de edifícios e a nuvem
O sistema de controle de iluminação de um edifício é parte de um sistema de gerenciamento maior que inclui controles ambientais, como aquecimento, ar-condicionado, circulação de ar e qualidade do ar, além da segurança do edifício. Devido à estreita relação entre iluminação e aquecimento, pode ser importante para o sistema de gerenciamento do edifício considerar as necessidades de aquecimento, resfriamento e iluminação para otimizar o conforto do edifício e a eficiência energética. Deixar a luz do sol entrar pelas janelas pode ajudar a iluminar o interior do edifício, mas também pode aumentar a temperatura interna. Se o objetivo for resfriar o prédio (e a energia necessária para regular a temperatura interna excede a energia que a iluminação LED requer), um melhor equilíbrio pode ser alcançado usando luzes LED adicionais para iluminação, minimizando a luz solar externa. A circulação de ar e os requisitos de qualidade do ar também podem precisar ser equilibrados com a iluminação ambiente. Em alguns casos, a criação de pequenas diferenças de temperatura entre partes do edifício pode criar correntes de convecção que naturalmente ajudam na circulação do ar, eliminando a necessidade de ventiladores de drenagem de energia para circular o ar.
Encontrar uma maneira de equilibrar essas necessidades e requisitos concorrentes pode parecer complexo, mas um sistema de controle moderno pode usar a história do edifício para simplificar o processo. As configurações e os resultados anteriores podem ser armazenados na nuvem e analisados ??para ver quais combinações foram mais eficientes em termos de custo e energia. O sistema pode experimentar ajustando as configurações para explorar o espaço da solução para conforto e consumo de energia ideais - e para descobrir algoritmos ainda melhores. O sistema de gerenciamento pode então selecionar o algoritmo ideal com base nas condições meteorológicas esperadas, ocupação do edifício, energia solar disponível e / ou outras condições esperadas. Desvios dos resultados esperados podem indicar desgaste excessivo ou envelhecimento dos motores ou sensores, permitindo que algoritmos de manutenção preditiva sinalizem falhas potenciais e reparem ou substituam-nas a tempo de evitar uma interrupção.
Fatores de temperatura e perda de luz
As implementações de iluminação LED comercial geralmente podem ajustar a temperatura da luz para atender a necessidades específicas. A classificação de temperatura Kelvin do LED (K-temp) mede o calor relativo da luz de vários pontos do espectro. Uma luz laranja / vermelha mais quente tem uma temperatura K de cerca de 2.000, enquanto uma luz azul mais fria chega a cerca de 6.000. Os escritórios geralmente usam luz mais quente, o tipo mais parecido com a luz do dia natural. A luz mais fria pode ser mais adequada para varejistas ou supermercados com mercadorias em exibição. Os supermercados podem querer usar um K-temp diferente para exibir produtos do que produtos embalados ou enlatados. Os varejistas de roupas e móveis podem preferir diferentes temperaturas de luz artificial para expor seus produtos, dependendo da cor e do tipo de material.
Os sistemas de iluminação LED para residências e comerciais devem levar em consideração os Fatores de Perda de Luz (LLFs). A iluminação LED normalmente perde qualidade muito mais lentamente do que as lâmpadas incandescentes e halógenas, mas perderá força com o tempo. Pode ser difícil medir com precisão o grau em que a iluminação LED diminuiu ao longo do tempo devido aos vários tipos de tecnologias que os sistemas de iluminação LED empregam. Ainda assim, a Illuminating Engineering Society (IES) usa o fator de depreciação do lúmen da lâmpada (LLD) como um ponto-chave para aproximar como a iluminação LED se deteriora do ponto em que é instalada até a necessidade de substituição. Um fator LLD de 0,70 - o que significa que uma unidade de LED está emitindo 70 por cento da luz que você esperaria que uma nova unidade produzisse - é considerado o limite no qual as lâmpadas individuais ou matrizes de iluminação precisam ser substituídas. A iluminação LED requer substituição com muito menos frequência do que as tecnologias mais antigas, economizando energia (e dinheiro) para as empresas ao longo do tempo. A depreciação da luz pode ser um fator maior em algumas implementações do que em ambientes de fabricação, porque os níveis de baixa luminosidade podem ser perigosos para o rendimento do trabalho humano. A iluminação pública e outras formas de iluminação externa também exigem a manutenção de níveis de alto desempenho, tornando a iluminação LED uma solução melhor a longo prazo nessas configurações do que os métodos de iluminação convencionais.
Conclusão
Reduzir o consumo de energia é uma das poucas áreas em que os setores público e privado parecem alinhados. Aparentemente, empresas e governos estão investindo mais em iluminação LED e outras formas de tecnologia de economia de energia. No setor comercial, a adoção de iluminação LED e sistemas de controle de iluminação pode resultar na redução da quantidade de energia consumida pela iluminação nos EUA pela metade nos próximos 15 anos, de acordo com o DOE. Com a rápida revolução da casa inteligente se aproximando, pode não demorar muito para você ver edifícios residenciais projetados com sistemas de controle de iluminação LED que ajustam a iluminação em diferentes cômodos para corresponder aos níveis de luz natural aos quais esses cômodos são expostos ao longo do dia. Se você se pergunta se lembrou de desligar a luz da penteadeira antes de sair para o trabalho pela manhã, não se preocupe. Os sensores de movimento em seu banheiro dirão ao sistema de controle de iluminação de sua casa para escurecê-la depois que você sair pela porta.
Biografia do autor
Alex é redator técnico sênior da Wavefront Marketing, especializado em eletrônica avançada, tecnologias emergentes e desenvolvimento de tecnologia responsável.
