Introducción

Como profesional de la iluminación, el concepto de densidad de potencia de iluminación (LPD) no debería resultarle desconocido. En muchos proyectos, especialmente aquellos destinados a participar en la selección de edificios públicos para la obtención de premios LEED o de edificios ecológicos, así como en la búsqueda de proyectos de construcción con un consumo de energía ultrabajo, la densidad de potencia de iluminación suele tener requisitos más estrictos. Sin embargo, debido a la naturaleza de la industria de la iluminación, la relativa prominencia del segmento de fabricación ha llevado a una tendencia de la industria a centrarse más en el producto en sí, como las propiedades ópticas de los materiales o las normas de especificación relacionadas con el producto, mientras que la especificación del extremo de aplicación, especialmente el concepto de densidad de potencia relacionada con la electricidad, puede no estar lo suficientemente enfatizada. Esta tendencia puede conducir a una falta de comprensión o familiaridad con la densidad de potencia de iluminación dentro de la industria. El propósito de este documento es proporcionar una explicación en profundidad de la definición, el cálculo y la importancia de la densidad de potencia de iluminación, y discutir cómo garantizar que la LPD cumpla con los requisitos adecuados en escenarios de aplicación específicos, como el alumbrado público, la iluminación industrial y la iluminación de estadios (consulte las soluciones de iluminación deportiva de ZGSM).

Concepto y fórmula de cálculo de LPD

La densidad de potencia de iluminación es la potencia nominal de la iluminación general por unidad de área. Representa la carga de cualquier dispositivo de iluminación en cualquier área definida, o la potencia por metro cuadrado/pie del dispositivo de iluminación. Estos vatios incluyen el consumo de fuentes de luz, balastos, fuentes de alimentación LED (¿Qué son las fuentes de alimentación LED?) o transformadores, etc. Sin embargo, en la industria de la iluminación, generalmente se asocia con la asignación de potencia de iluminación (LPA) permitida por los códigos de energía de construcción pertinentes. Cuando se cumplen los requisitos de iluminación y la LPD está por debajo de la asignación de potencia de iluminación, cuanto menor sea el valor, mejor. LPD = P/S en vatios por metro cuadrado (W/m). Suponiendo que el área de una habitación es de 10 metros cuadrados y la potencia total del equipo de iluminación es de 100 W, entonces LPD = 100 W/10 m2 = 10 W/m2.

¿Por qué es importante el LPD en la iluminación?

Cumplimiento de las normas de eficiencia energética: muchos países y regiones de todo el mundo han establecido normas estrictas de eficiencia energética, como la norma ASHRAE 90.1 en los Estados Unidos y la Norma de diseño de iluminación arquitectónica en China. Tienen requisitos claros sobre LPD. Dado que LPD refleja directamente la potencia de iluminación por unidad de superficie, el control estricto de este indicador puede reducir eficazmente la potencia consumida por la iluminación, reduciendo así el consumo energético general del edificio para reducir las emisiones de carbono.

Fomentar el desarrollo de la industria: las limitaciones de LPD han impulsado a los fabricantes de productos de iluminación a buscar activamente avances tecnológicos, mejorar continuamente la eficacia luminosa de los productos LED y optimizar los espectros de los productos, con el fin de proporcionar mejores efectos de iluminación y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de LPD. Al mismo tiempo, los diseñadores de iluminación también pueden seleccionar productos y optimizar las simulaciones de iluminación (ZGSM ofrece simulación de iluminación para la mayoría de los casos) de acuerdo con los requisitos. Todo esto contribuye al desarrollo consciente de la industria y permite a los consumidores disfrutar de mejores productos y servicios.

Certificación de edificios y control de costes: En la certificación de edificios ecológicos (p. ej., LEED, BREEAM), el LPD es un indicador importante para evaluar la eficiencia energética de un edificio. Optimizar el LPD puede ayudar a que los proyectos alcancen niveles de certificación más altos. Además, el LPD más bajo del sistema de iluminación utilizado en un edificio a menudo significa que el edificio necesita menos luminarias (aunque el costo de las luminarias individuales a veces puede ser elevado) y un sistema de distribución más pequeño, lo que reduce el costo de inversión inicial del proyecto, reduce el costo del consumo de energía en una etapa posterior y maximiza el control de costos y la eficiencia a largo plazo.

Requisitos de LPD para diferentes aplicaciones

LPA en alumbrado público

ASHRAE 90.1-2019, la “Norma de energía para sitios y edificios excepto edificios residenciales de poca altura”, tiene muchos requisitos para LPD. Sin embargo, después de verificar esta norma, no se encontraron requisitos de LPD para iluminación de carreteras, solo requisitos de LPD para estacionamientos y caminos de acceso en estacionamientos (Más sobre iluminación de estacionamientos). En CJJ 45-2015 de China “Estándar de diseño de iluminación de carreteras urbanas”, existen requisitos de LPD para iluminación de carreteras. Establece las siguientes disposiciones para LPD en función del número de carriles y los requisitos de iluminación (iluminancia). Por supuesto, en aplicaciones prácticas, cuanto menor sea el valor de LPD, mejor, para que el producto sea más competitivo.

A continuación, enumeramos dos simulaciones de iluminación. Los resultados muestran que para lograr una luminosidad de 1 cd/m2, con un espaciado entre postes de 33 metros, el primero requiere 1800 W/KM para una farola de 60 W, mientras que el segundo solo requiere 1200 W/KM para una farola de 40 W (farola de 40 W de la serie ZGSM Rifle). Aunque ambas lentes son T2M, todavía existen algunas diferencias en su distribución de luz. El último tiene un ángulo de distribución de luz vertical más grande y un ángulo de distribución de luz lateral más pequeño (¿Qué es la distribución de luz lateral?), por lo que es más adecuado para carreteras con un ancho de carretera menor que la altura de instalación y un espaciado entre postes menor (el ancho de la carretera en la simulación es de 7,0 metros, con aceras de 2 metros de ancho a ambos lados, y la altura de instalación de la lámpara es de 9 metros).

Requisito de LPA en iluminación deportiva

Según la norma ASHRAE 90.1-2019, solo se requiere la densidad de potencia de iluminación (LPD) de los estadios deportivos (LPD < 0,73 W/ft²). Sin embargo, si nos remitimos a la norma de iluminación C de la FIFA (Eh > 1250 lux), podemos encontrar que es difícil cumplir con esta norma según los requisitos de LPD de ASHRAE. Simplificando el cálculo, Eh = eficacia de la luz × LPD = 160 lm/W × 0,73 W/ft² = 1280 lux. Sin embargo, en aplicaciones reales, el factor de mantenimiento (normalmente 0,7-0,8) y la luz difusa reducirán significativamente la iluminancia efectiva. Por lo tanto, incluso si se utilizan lámparas de mayor eficiencia o se realizan simulaciones de iluminación más razonables, la iluminancia real puede no alcanzar los 1250 lux. En JGJ153-2016 “Estándares de diseño y prueba de iluminación deportiva”, se detallan los límites de densidad de potencia de iluminación para la iluminación del estadio. La norma especifica LPD según el tipo de lugar, la altura y el nivel de competencia (Nivel de competencia vs precio de iluminación deportiva), y proporciona requisitos de LPD para campos de entrenamiento al aire libre (como se muestra en la tabla siguiente). La norma cree que el valor de densidad de potencia de iluminación debe determinarse de acuerdo con la relación entre la potencia total instalada de las lámparas y el área del lugar de competencia bajo el nivel de iluminación correspondiente a diferentes deportes. El valor debe cumplir con las disposiciones de la tabla, pero el límite de densidad de potencia de iluminación no debe usarse como base para el diseño de iluminación. En aplicaciones prácticas, se deben utilizar métodos de cálculo como la iluminancia promedio y la iluminancia puntual. Primero, calcule la iluminancia y luego calcule el número de lámparas utilizadas y la carga de iluminación (incluidas las fuentes de luz, los controladores de LED y otros equipos eléctricos auxiliares de las lámparas) sobre la premisa de cumplir con el valor estándar de iluminancia, y luego use el valor LPD para verificación y evaluación.

Clase de iluminación según JGJ153-2016	Clase de iluminación según EN12193: tenis como ejemplo	Iluminación horizontal (Eh, luz)	Altura (m)	Densidad de potencia de iluminación (W/m2)
I	III	200	12≤h<20	4
			20≤h<30	7
II	II	300	15≤h<20	7
			20≤h<30	11
			30≤h<50	14
III	I	500	20≤h<25	18
			25≤h<35	21
			35≤h<40	23

LPD en iluminación de gran altura

Para la iluminación interior, la norma ANSI/ASHRAE/IES 90.1-2022 tiene mucho espacio para describir los requisitos de LPD para diferentes edificios, incluidos centros de ejercicios, instalaciones automotrices, estaciones de bomberos, hospitales e instalaciones de fabricación. El requisito de LPD está entre 0,17 y 0,92, por lo que se puede calcular el límite de potencia de iluminación total para diferentes edificios, es decir, el límite de potencia de iluminación total = área del edificio × límite de LPD. Sin embargo, este método de cálculo es relativamente general, porque los diferentes edificios incluyen diferentes tipos y números de habitaciones, como oficinas, salones, pasillos, almacenes, talleres de ensamblaje (Encuentre más información sobre iluminación industrial – taller), comedores y estacionamientos en fábricas. La norma también establece diferentes requisitos de LPD para diferentes áreas funcionales (tipos de espacio). La norma recomienda utilizar el método espacio por espacio para determinar el límite de LPD, es decir, el límite de potencia de iluminación total de la fábrica = ∑ (área de cada espacio × límite de LPD del espacio).

Márgenes de densidad de potencia de iluminación utilizando el método de área de construcción		Márgenes de densidad de potencia de iluminación por espacio
Tipo de área de construcción	LPD (W/ft2)	Tipos de espacios específicos de cada edificio	LPD (W/ft2)	RCR
Gimnasio	0.75	Oficina ≤150 ft2	0.73	8
Hospital	0.92	150 ft2 < Oficina ≤ 300 ft2	0.66	8
Oficina	0.62	Oficina > 300 ft2	0.56	4
Depósito	0.45	Planta de fabricación (área de gran altura)	1.24	6
Taller	0.86	Planta de fabricación (área de Low Bay)	0.85	3

Además, la relación de cavidad de la habitación (RCR) también se menciona en esta norma. Cuando se utiliza el método espacio por espacio, se permite ajustar la asignación de LPD espacial para espacios individuales en función de la relación de cavidad de la habitación (RCR). RCR es un valor que caracteriza la geometría de la habitación. Al calcular el diseño de iluminación, está estrechamente relacionado con el factor de utilización de la luz emitida por la lámpara. Cuanto menor sea la relación de cavidad de la habitación, mayor será el factor de utilización de la luz y menor será el valor de LPD (densidad de potencia por unidad de área) correspondiente a la iluminación estándar; por el contrario, cuanto mayor sea la relación de cavidad de la habitación, menor será su factor de utilización y mayor será el valor de LPD. La fórmula de cálculo para la relación de cavidad de la habitación es RCR = 2,5 x Altura de la cavidad de la habitación x Longitud del perímetro de la habitación/Área de la habitación. Según la norma ASHRAE 90.1, debemos considerar el impacto de la relación de cavidad de la habitación en los requisitos de LPD. En términos generales, cuando la relación de cavidad de la habitación es mayor que el límite, se permite que la densidad de potencia aumente en un 20%. Cuando se aumenta o disminuye el nivel estándar de iluminación, el límite de densidad de potencia debe convertirse de acuerdo con la proporción correspondiente.

Por ejemplo, en una oficina normal, se requiere que el valor de iluminación sea de 500 lx, el espacio tiene 10 metros de largo, 10 metros de ancho y la lámpara está instalada a una altura de 6 metros. ¿Cuál es el límite de densidad de potencia de iluminación? Primero calculemos su relación de cavidad de la sala, RCR = 2,5 * (6-0,75) * (10 + 10) * 2/100 = 5,25. Según la norma ASHRAE 90.1, el límite de densidad de potencia para oficinas> 300 pies cuadrados es 0,56 W / m². Si el índice de forma de la sala del espacio es mayor que 4, el límite se puede aumentar en un 20% y el límite de densidad de potencia se puede tomar como 0,672 W / f², es decir, la densidad de potencia del espacio debe ser menor que 7,35 W / m².

¿Cómo reducir la LPD en tu proyecto de iluminación?

ZGSM reconoce claramente la importancia del LPD. En aplicaciones prácticas, utilizamos la simulación de iluminación y la selección de lentes para reducir el valor LPD tanto como sea posible. De manera similar, el desarrollo y la aplicación de lámparas de alta eficiencia también es un método muy simple y factible.

Diseño de iluminación razonable

En la simulación de iluminación, el parámetro LPD suele estar involucrado, entonces, ¿cómo podemos hacer que este valor en la simulación sea lo más bajo posible? En primer lugar, debe tener cierta comprensión de la simulación de iluminación, estar familiarizado con las características de la distribución de la luz de las lámparas y su utilización en diferentes espacios (largo, ancho y alto). Por ejemplo, en la iluminación de carreteras, el nivel de iluminación/luminosidad requerido debe calcularse con precisión de acuerdo con la norma de iluminación EN13201 (Normas para alumbrado público) para evitar una iluminación excesiva, reduciendo así el LPD. Por otro ejemplo, en la simulación de iluminación de estadios, reducir la altura de instalación de la lámpara puede reducir efectivamente el vataje de la lámpara, pero esto tendrá un cierto impacto negativo en la uniformidad. Debido a la complejidad del contenido involucrado, no podemos explicarlo en detalle aquí. Si está interesado, puede consultar ¿Por qué el precio de la iluminación deportiva difiere mucho?

Distribución razonable de la luz

Los diseñadores de iluminación excelentes pueden seleccionar lámparas con curvas de distribución de luz adecuadas según la geometría y el propósito del sitio de aplicación para garantizar una distribución uniforme de la luz y evitar el desperdicio de luz. En la iluminación interior, podemos utilizar lámparas con una distribución de luz estrecha para espacios estrechos y largos (como estanterías), y utilizar lámparas con una distribución de luz amplia para áreas amplias (como oficinas). Las lámparas de distribución de luz estrecha pueden enfocar la luz en el área objetivo (como estanterías o pasillos) para reducir la luz dispersa; mientras que las lámparas de distribución de luz amplia pueden cubrir uniformemente todo el espacio con luz y reducir la presencia de áreas oscuras. En la iluminación exterior, como la iluminación de estadios y la iluminación de carreteras, podemos utilizar una distribución de luz asimétrica (¿Qué es la distribución de luz asimétrica?) para enfocar la luz en el estadio y la carretera, al tiempo que minimizamos el deslumbramiento y el derrame de luz. Este diseño no solo puede mejorar la uniformidad de la iluminación. Lo que es más importante es que también puede reducir la LPD de las soluciones de iluminación.

Mejora la eficacia luminosa de tu luz LED

Mejorar la eficiencia de las luminarias es una forma eficaz de reducir la LPD. Desde su creación en 2005, ZGSM se ha comprometido con la investigación y el desarrollo de lámparas LED de alta eficiencia. Estas medidas incluyen la selección de chips LED de alta eficiencia, el uso de controladores LED de alta eficiencia (normalmente >0,90) para reducir el consumo de energía y el uso de lentes y vidrio de alta transmitancia para reducir la pérdida de luz innecesaria dentro de la lámpara. ZGSM ha logrado un buen progreso en este sentido. A continuación, se muestran las farolas LED de ZGSM con diferente eficacia luminosa (¿Qué es la eficacia luminosa?) en diferentes momentos. Si está interesado, consulte para obtener más detalles.

Resumen

La densidad de potencia de iluminación (LPD) es una métrica clave para el diseño de iluminación moderno que cierra la brecha entre la eficiencia energética, la sostenibilidad ambiental y la rentabilidad. En este artículo, aprendemos sobre el concepto de LPD, cómo se calcula y sus requisitos en diferentes escenarios, como el alumbrado público, la iluminación deportiva y la iluminación de grandes alturas, lo que puede ayudarnos a tomar decisiones informadas que sean relevantes para las necesidades del mundo real y al mismo tiempo cumplan con los estándares regulatorios. A través de un diseño de iluminación adecuado, una distribución cuidadosa de la luz y el uso de luminarias de alta eficiencia como las lámparas LED ZGSM ( Más luces LED ZGSM ), podemos lograr ahorros de energía significativos, es decir, reducir el consumo de energía de un proyecto de iluminación sin comprometer la calidad de la iluminación. Esto no solo permite que los proyectos cumplan con las regulaciones y minimicen el consumo de energía, sino que también alienta a los fabricantes de luminarias LED a optimizar el rendimiento de sus luminarias (lentes y eficacia luminosa) y brindar a sus clientes simulaciones de iluminación optimizadas.

Preguntas Frecuentes

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