Modelo de gestión optimizada de la eficiencia y ahorro energético en los sistemas de iluminación de edificaciones

Abstract

El objetivo general de la investigación es desarrollar y aplicar un modelo de gestión optimizada para la mejora de la eficiencia y ahorro en el consumo de energía, por los sistemas de iluminación de edificaciones, así como los aspectos ambientales y económicos asociados. Comprende el diseño para dar cumplimiento a las condiciones de confort de la iluminación, tanto para sistemas de iluminación nuevos o existentes. En el modelo de gestión se analizan, identifican, integran y evalúan los factores que mejoran u optimizan la eficiencia y el ahorro, diferenciando la eficiencia por la tecnología y la eficiencia por el uso. Así mismo, la aplicación del análisis de optimización considerando los objetivos multicriterio. Se desarrolla el modelo de gestión optimizado, que comprende 4 módulos: Arquitectura, Diseño del sistema de iluminación, Valoración y Eficiencia. Basado en los lineamientos de la Norma ISO 50001 (Sistema de Gestión de Energía). En cuanto al diseño, es un modelo integrado y flexible para la aplicación de los lineamientos de la IESNA (Sociedad de Ingeniería de Iluminación de Norte América) y la CIE (Comisión Internacional de Iluminación - Europa). El modelo aporta a la implementación de las edificaciones eficientes energéticamente y sostenibles, así como a la calidad del ambiente interior, en lo correspondiente a los sistemas de iluminación. Considerando que la tendencia de la tecnología en sistemas de iluminación son los SSL (sistemas de iluminación de estado sólido) basados en lámparas y luminarias LED, es posible integrarse a sistemas de control y otras aplicaciones automatizadas. La investigación también comprende la aplicación del modelo de gestión al caso de los sistemas de iluminación de la Facultad de Ingeniería Ambiental, de la Universidad Nacional de Ingeniería (FIA-UNI). Por un lado, se aplican los procesos y procedimientos del modelo para determinar los valores de energía, emisiones de GEI, costos y diseño de iluminación, y a su vez se realizan las simulaciones respectivas que comprueban los resultados obtenidos, dando cumplimiento a los requerimientos de iluminación de los ambientes académicos (aulas, laboratorios y auditorios). A nivel mundial, la iluminación representa aproximadamente el 20% del consumo de energía eléctrica. A nivel país, el consumo en iluminación de los sectores residencial, comercial y público es aproximadamente 19%, 25% y 20% respectivamente, siendo consumos relevantes de energía eléctrica. Tomando como año base 2017, el estado final corresponde al año futuro luego de la implementación de las mejoras propuestas, logrando el cumplimiento de los requerimientos de iluminación establecidos en la Norma EM.010-RNE-2019: Niveles de iluminación, deslumbramiento, densidad de potencia de iluminación. También la mejora de la eficiencia energética (48,3%), la mejora de eficiencia en la disminución de emisiones GEI (57,8%) y mejora de eficiencia de costos (48,3%), así como 65,56 MWh en energía evitada, 16,17 tonCO2e en emisiones de GEI evitadas y $ 9266,52 en costos evitados, por el consumo de energía eléctrica en los sistemas de iluminación de la FIA-UNI.

The general objective of the research is to develop and apply an optimized management model to improve efficiency and savings in energy consumption, due to the lighting systems of buildings, as well as the associated environmental and economic aspects. It includes the design to comply with the lighting comfort conditions, both for new or existing lighting systems. In the management model, the factors that improve or optimize efficiency and savings are analyzed, identified, integrated and evaluated, differentiating efficiency by technology and efficiency by use. Likewise, the application of the optimization analysis considering the multicriteria objectives. The optimized management model developed comprises 4 modules: Architecture, Lighting System Design, Assessment, and Efficiency. Based on the guidelines of the ISO 50001 Standard (Energy Management System). Regarding the design, it is an integrated and flexible model for the application of the guidelines of the IESNA (Illuminating Engineering Society of North America) and the CIE (International Commission of Illumination - Europe). The model contributes to the implementation of energetically efficient and sustainable buildings, as well as to the quality of the interior environment in regards to lighting systems. Considering that the technology trend in lighting systems is SSL (Solid State Lighting Systems) based on LED lamps and luminaires, it is possible to integrate into control systems and other automated applications. The research also includes the application of the management model to the case of lighting systems of the National University of Engineering’s Faculty of Environmental Engineering (FIA-UNI). On the one hand, the processes and procedures of the model are applied to determine the energy values, GHG emissions, costs, and lighting design. In turn, simulations are carried out to verify that the results comply with the lighting requirements in academic environments (classrooms, laboratories, and auditoriums). Globally, lighting accounts for approximately 20% of the electrical energy consumption. At the country level, the lighting consumption of the residential, commercial, and public sectors is approximately 19%, 25% and 20% respectively, with significant electrical energy consumption. Taking 2017 as the base year, the final status corresponds to the year after the implementation of the proposed improvements, achieving compliance with the lighting requirements established in the Standard EM.010-RNE-2019: lighting levels, glare, and density of lighting power. Similarly, the achievement of improvements in energy efficiency (48.3%), the improvement of efficiency in the reduction of GHG emissions (57.8%) and improvement of cost efficiency (48.3%). Finally, 65.56 MWh in energy avoided, 16.17 tonCO2e in GHG emissions avoided, and $ 9,266.52 in costs avoided, due to the consumption of electrical energy in the lighting systems of the FIA-UNI.