Introducción

El objetivo principal del alumbrado público es garantizar la seguridad vial durante las horas nocturnas. Un buen sistema de alumbrado público permite a los usuarios de la vía identificar personas, obstáculos y fuentes de peligro cercanas o directamente en la carretera. Esto permite a los participantes del tráfico tomar las medidas adecuadas y ayuda a reducir los accidentes graves en la oscuridad. Entonces, ¿cuáles son los estándares para el alumbrado público? ¿Cómo debemos determinar los estándares de iluminación aplicables a la carretera? ¿Y cómo podemos confirmar que el alumbrado público cumple con los estándares correspondientes después de la instalación? Estos estándares de calidad para el alumbrado público se definen en la norma europea EN 13201, que se subdivide en 5 normas. Su contenido cubre PD CEN/TR 13201-1:2014 que es Directrices sobre la selección de clases de iluminación (¿Cómo elegir la clase de iluminación adecuada?); EN 13201-2:2015 que es Requisitos de rendimiento del alumbrado público; EN 13201-3:2015 que es Cálculo del rendimiento; EN 13201-4:2015 que es Métodos de medición del rendimiento de la iluminación; EN 13201-5:2015, que trata sobre indicadores de rendimiento energético. Analicemos ahora el texto para comprender estas normas.

EN 13201 frente a ANSI/IES RP-8

Además de la norma europea EN13201 de alumbrado público, existe una norma equivalente en Estados Unidos, la ANSI/IES PR-8. ANSI/IES RP-8 es una norma emitida conjuntamente por el Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI, ¿Qué es ANSI?) y la Sociedad de Ingeniería de Iluminación de Norteamérica (IES). Su nombre completo es “Iluminación de Carreteras y Aparcamientos”. Esta norma se centra principalmente en la iluminación de carreteras y aparcamientos. El principal componente de la iluminación vial es la selección del nivel de iluminación. Los parámetros que influyen en la selección del nivel de iluminación incluyen la velocidad, el volumen de tráfico, la densidad de intersecciones/intercambios, la luminancia ambiental, la guía, la interacción peatón-ciclista, los vehículos estacionados, el reconocimiento facial y las zonas de conflicto. En el capítulo sobre criterios de diseño y selección de luminancia, se presentan los métodos específicos para seleccionar el nivel de iluminación adecuado en función de estos parámetros. Los niveles de diseño de iluminación recomendados (según la clase de iluminación) para carreteras, calles e instalaciones residenciales/peatonales son diferentes. Se recomienda la Clase H para carreteras, la Clase S para calles y la Clase P para zonas residenciales/peatonales, respectivamente. La norma EN 13201 es una norma europea de alumbrado público desarrollada por el Comité Técnico de Iluminación y Alumbrado CEN/TC169, dependiente del Comité Europeo de Normalización (CEN). También incluye aspectos relevantes como los niveles de iluminación y los criterios de selección, y muchos de sus contenidos son compatibles con la norma ANSI/IES RP-8. Si se trata de un proyecto estadounidense, se recomienda seguir la norma ANSI/IES RP-8. Este artículo explica principalmente los aspectos relevantes de la norma EN 13201.

EN 13201-1 Alumbrado público – Parte 1: Directrices para la selección de clases de iluminación

La norma EN 13201-1:2015 define un sistema de parámetros para describir todas las situaciones típicas de iluminación en el tráfico rodado. Con base en esta norma, se pueden determinar los requisitos de iluminación según la situación específica de la vía. Diversos parámetros viales, como la geometría del área de tráfico, el tipo de uso del tráfico y el impacto ambiental, se utilizan para determinar la categoría de iluminación de la vía, que incluye de M1 a M6, de C0 a C5 y de P1 a P6. Sin embargo, no proporciona orientación para la selección de las categorías de iluminación HS, SC y EV, que tienen sus propias normas nacionales en cada país. Los criterios de selección para cada subcategoría son diferentes, pero los principales incluyen la velocidad de diseño de la vía o el límite de velocidad, la velocidad de conducción (para la categoría de iluminación de clase P), el flujo de tráfico, la composición del tráfico, la separación de carriles, la densidad de intersecciones, los vehículos estacionados, la luminosidad ambiental, el reconocimiento facial (para la categoría de iluminación de clase P) y las tareas de navegación. Algunos parámetros (como el flujo de tráfico y la luminosidad ambiental) pueden variar a diferentes horas de la noche, por lo que la categoría de iluminación puede ajustarse a diferentes categorías en determinados momentos. Debido a su contenido relativamente complejo, ZGSM recomienda consultar los requisitos del proyecto para la categoría de iluminación de la vía. Si no tiene claros los requisitos, el software de simulación de iluminación Dialux cuenta con un asistente que le ayudará a definir la clase de iluminación paso a paso. El asistente le solicitará que responda a todas las preguntas. Por ejemplo, la clase de iluminación M para vehículos motorizados incluye la velocidad típica del usuario principal, la presencia de otros usuarios, el tipo de clima, el tipo y la frecuencia de los intercambios, el flujo de tráfico de vehículos motorizados, la presencia de zonas de conflicto, la complejidad del campo de visión, la dificultad de navegación y la luminosidad del entorno. Si todo coincide con la selección de fallas, optaremos por la clase de iluminación M4 (ME4a), para luego comenzar el diseño de iluminación (Dialux para el diseño de alumbrado público).

EN 13201-2 iluminación vial – Parte 2: Requisitos de rendimiento del alumbrado público

La norma EN 13201-2 es la segunda parte de la norma de alumbrado público y especifica los requisitos de rendimiento para las diferentes clases de alumbrado. Estas clases incluyen la clase M para carriles vehiculares, la clase C para zonas de conflicto (vías mixtas) y la clase P para zonas peatonales. Estas clases se determinan en función de las necesidades y requisitos de los usuarios y tipos de vías, que se introducen en la norma EN 13201-1. En las diferentes clases de alumbrado, se establecen requisitos para diversos indicadores de alumbrado, como la luminancia media, la iluminancia media, la uniformidad total, la uniformidad longitudinal, el deslumbramiento (Ti), la iluminancia semicilíndrica y la relación ambiente, entre otros. Entre ellos, la luminancia media es un requisito para la clase M, y la iluminancia media es un requisito para las clases P y C. La uniformidad general se aplica a las clases M y P, mientras que la uniformidad longitudinal solo se aplica a la clase M. Si desea obtener más información, puede consultar el blog especial de ZGSM: “Uniformidad de la iluminación y cómo mejorarla“. Las tres clases de iluminación tienen requisitos de Ti (más información sobre Ti en el alumbrado público). La iluminancia semicilíndrica (ESC) es un requisito adicional para zonas peatonales donde el reconocimiento facial y la sensación de seguridad son especialmente importantes. La relación de iluminancia de borde (o relación de iluminación envolvente) es un indicador de la visibilidad del entorno circundante y es obligatoria en la clase de iluminación M. Lea SR vs. Rei para obtener más información.

EN 13201-3 iluminación vial – Parte 3: Cálculo del rendimiento

La norma EN 13201-3 describe los métodos y procedimientos matemáticos que deben emplearse para calcular las características de rendimiento de la iluminación definidas en la norma EN 13201-2. Las convenciones básicas de los procedimientos matemáticos descritos en esta norma incluyen: 1) la luminaria se considera una fuente puntual de luz; 2) se ignora la luz reflejada del entorno y la luz interreflejada; 3) se ignora la obstrucción de la luz de las luminarias por árboles y otros objetos; 4) la absorción atmosférica es cero; 5) la superficie de la carretera es plana y nivelada, y presenta propiedades reflectantes uniformes en toda el área considerada. También se necesita la distribución luminosa de las luminarias utilizadas en la instalación de iluminación, que sirve para calcular las características de calidad de la iluminación en esta norma. Estos datos se presentan en forma de una tabla de intensidad (tabla i) que proporciona la distribución de la intensidad luminosa emitida por la luminaria en todas las direcciones relevantes. Cuando se deben realizar cálculos de luminancia, se requieren datos fotométricos de las propiedades de reflexión de la luz de la superficie de la carretera en forma de una tabla R (¿Qué es la tabla R?).

En el proceso de cálculo, si desea determinar la intensidad de la luz de la luminaria a un punto determinado, debe encontrar el ángulo fotométrico vertical (θ) y el azimut fotométrico (C) desde la trayectoria de la luz hasta ese punto. Para ello, debe considerar el ángulo de inclinación de la luminaria en la aplicación y el ángulo de inclinación durante la medición, la orientación de la luminaria y la rotación de la luminaria. Por supuesto, el espaciado de instalación de las luminarias, la disposición de las luminarias (más sobre la disposición de las luminarias), la altura del poste, el voladizo (retroceso y longitud de la pluma), la inclinación, etc. también tienen un impacto en el resultado de la iluminación. La norma estipula que el observador se encuentra 60 m por delante de la primera luminaria y a una altura de 1,5 m sobre el nivel de la carretera. Y la longitud del campo de cálculo es igual al espaciado de luminarias S. Al mismo tiempo, estipula el número N de puntos de cálculo a lo largo del campo de cálculo. Cuando S ≤ 30 m, tome N = 10; Cuando S > 30 m, N = [S/3 m] + 1. De igual forma, el número N de puntos de cálculo en el campo de cálculo sigue un método de cálculo similar. La norma EN 13201-3 contiene mucha más información. Si lo considera necesario, puede consultar la norma correspondiente o contactar con ZGSM para obtener más información.

EN 13201-4 iluminación vial – Parte 4: Métodos de medición del rendimiento del alumbrado

La norma EN 13201-4 describe principalmente el método de medición del rendimiento del alumbrado público y especifica los componentes específicos de la medición. Estos componentes incluyen la iluminancia horizontal (Eh) y la iluminancia vertical (Ev), que requieren una sonda fotómetro para medir la iluminancia plana, mientras que la iluminancia hemisférica (Ehs) y la iluminancia semicilíndrica (Esc) requieren sondas fotómetro especiales para su medición; la luminancia de la superficie de la carretera, que requiere un luminancímetro con el rendimiento adecuado, y también puede medirse utilizando un sistema de medición dinámico que incluya un equipo de imagen; además, incluye datos geométricos (altura del poste, longitud de extensión, dirección, inclinación y ángulo de rotación en la aplicación de la lámpara), la tensión de alimentación (preferiblemente utilizando un voltímetro registrador), la temperatura y la humedad ambiente (generalmente medidas a una altura de 1,0 metros sobre el suelo, preferiblemente medidas/registradas cada 30 minutos). Además, la norma EN13201-4 también aclara cuatro situaciones básicas en las que se requieren mediciones: primero, en la etapa de prueba final, es necesario verificar si las lámparas cumplen con los requisitos estándar o las especificaciones de diseño a través de la medición; segundo, se toman mediciones a intervalos predeterminados durante la vida útil de las farolas para cuantificar el grado de atenuación del rendimiento de la iluminación y determinar las necesidades de mantenimiento; tercero, cuando las carreteras utilizan alumbrado público adaptativo (como controlar el brillo o la iluminación en función del volumen de tráfico, el tiempo, el clima u otros factores ambientales), se requieren mediciones continuas o a intervalos predeterminados para ajustar el flujo luminoso (vatios frente a flujo luminoso) de las lámparas.

EN 13201-5 iluminación vial – Parte 5: Indicadores de rendimiento energético

EN 13201-5 describes two energy performance indicators: the Power Density Index (PDI and what’s PDI?) DP in W/(lx*m²) and the Annual Energy Consumption Index (AECI) DE in (Wh)/m². These two indicators should always be used together when assessing the energy performance of a particular lighting system. The power density index defines how to calculate the energy performance of a particular street lighting installation and enables comparisons between different setups and different technologies in the same street lighting project. In general, PDI values ​​can only be used to compare different setups at the same installation site, but not at different sites and under different environmental conditions. To calculate the power density index for any given area, we need to know the total system power P of the lighting system, including the operating power of all individual lighting points (luminaires and any associated equipment), as well as the power of equipment that is not part of the individual lighting points but is necessary for their operation (such as central control systems and switches), the average maintained illuminance E- in [lux] for each zone, and the size of each zone. The formula for Dp is: Dp=Total power (W) / Area (m²) / (Illuminance (lux). When 60W street light is installed on pedestrian road(S=30 meters, W=4 meters), we can get the illuminance 14.48lux, then we can get the Dp=60/120/14.48=0.035W/lx/m2. As lighting categories vary with seasons and night time, the PDI (Average Daily Energy Consumption of Lighting Equipment) needs to be calculated for each lighting category. In order to be able to compare the energy consumption of two different setups during a full year, it is necessary to calculate the AECI (Annual Energy Consumption Index), or De. The formula for De is: =Total power (W) / Area (m²) * Operating hours per day * Days per year. In the Dialux EVO, the default operating hours is 4000 hours per year, but we can set it as the one of actual operating hours. Take 12 hrs per day as example, the operating hours should be 4380hrs for one year. In this case De=60W/120m2 * 12hrs * 365 = 2.2Kwh/m2/year. The following is the result of the lighting simulation, showing Dp and De, which is consistent with the result we calculated using the above formula. PS: When the street light uses the timer dimming function (What’s timer dimming in street light?), the energy consumption of each time period at night needs to be calculated separately.
EN 13201-5 describe dos indicadores de desempeño energético: el Índice de Densidad de Potencia (PDI y ¿qué es PDI?) DP en W/(lx*m²) y el Índice de Consumo de Energía Anual (AECI) DE en (Wh)/m². Estos dos indicadores deben utilizarse siempre conjuntamente al evaluar el rendimiento energético de un sistema de iluminación. El IDP define cómo calcular el rendimiento energético de una instalación de alumbrado público y permite comparar diferentes configuraciones y tecnologías en un mismo proyecto. En general, los valores del IDP solo permiten comparar diferentes configuraciones en el mismo emplazamiento, pero no en emplazamientos diferentes ni en diferentes condiciones ambientales. Para calcular el índice de densidad de potencia de un área determinada, necesitamos conocer la potencia total del sistema de iluminación (P), incluyendo la potencia de funcionamiento de todos los puntos de iluminación individuales (luminarias y cualquier equipo asociado), así como la potencia de los equipos que no forman parte de los puntos de iluminación individuales, pero que son necesarios para su funcionamiento (como sistemas de control central e interruptores), la iluminancia media mantenida (E- en [lux]) para cada zona y el tamaño de cada zona.

La fórmula para Dp es: Dp = Potencia total (W) / Área (m²) / (Iluminancia (lux). Cuando se instala una farola LED de 60W en una vía peatonal (S = 30 metros, W = 4 metros), podemos obtener una iluminancia de 14,48 lux, luego podemos obtener Dp = 60/120/14,48 = 0,035 W/lx/m2. Como las categorías de iluminación varían con las estaciones y la noche, se debe calcular el PDI (Consumo energético diario medio de los equipos de iluminación) para cada categoría de iluminación. Para poder comparar el consumo energético de dos configuraciones diferentes durante un año completo, es necesario calcular el AECI (Índice de consumo energético anual) o De. La fórmula para De es: = Potencia total (W) / Área (m²) * Horas de funcionamiento al día * Días al año. En Dialux EVO, las horas de funcionamiento predeterminadas son de 4000 horas al año, pero podemos configurarlas como las de Horas de funcionamiento reales. Tomemos como ejemplo 12 horas diarias; las horas de funcionamiento deberían ser 4380 horas durante un año. En este caso, De = 60 W/120 m² * 12 h * 365 = 2,2 kWh/m²/año. A continuación, se muestra el resultado de la simulación de iluminación, que muestra Dp y De, lo cual coincide con el resultado calculado con la fórmula anterior. Nota: Cuando el alumbrado público utiliza la función de atenuación temporizada (¿Qué es la atenuación temporizada en el alumbrado público?), el consumo de energía de cada período nocturno debe calcularse por separado.

El significado rector de la norma EN 13201

La norma EN 13201-1 nos ayuda a elegir el nivel de iluminación adecuado para nuestro proyecto, la EN 13201-2 aclara los requisitos que debe cumplir cada nivel de iluminación, la EN 13201-3 detalla los cálculos de iluminación, la EN 13201-4 se centra en la medición del rendimiento de la iluminación para verificar si el efecto luminoso cumple con los requisitos correspondientes, y la EN 13201-5 introduce Dp y De, que se utilizan para comparar los resultados de iluminación de diferentes soluciones. Esta serie de normas forma un circuito cerrado que abarca desde el análisis de la demanda, el cálculo del diseño, la verificación de la construcción hasta la optimización de la solución, lo que no solo garantiza la seguridad del alumbrado público, sino que también promueve la aplicación de tecnologías de ahorro energético. Por ejemplo, los requisitos de eficiencia energética de la EN 13201-5 promueven la aplicación generalizada de lámparas LED y soluciones de control inteligente (¿Qué es el control inteligente de la iluminación?). La EN 13201-4 estandariza el proceso de verificación y aceptación de los resultados de iluminación tras la instalación del alumbrado público, garantizando que el alumbrado público cumpla con los requisitos de contraste, luminancia y uniformidad para peatones y conductores. A continuación, se muestra la simulación de alumbrado público de ZGSM y otras soluciones de simulación de iluminación. Si le interesa, haga clic en la imagen para obtener más información.

Resumen

Este artículo explica principalmente el contenido relevante de la norma EN13201. Como profesionales de la industria de la iluminación, ya no podemos pensar que solo contiene información relevante como las clases de iluminación M, C y P basadas en la EN13201-2. A través del aprendizaje, sabemos que la selección de niveles de iluminación se explica en detalle en la EN13201-1. La EN13201-3 explica el modelo matemático y el método de cálculo en el diseño de iluminación. Su contenido es relativamente complejo. Quienes estén interesados ​​pueden aprender un poco, ya que también es muy útil para optimizar el diseño de iluminación. La EN13201-4 estandariza el proceso de aceptación después de la finalización de la construcción, incluyendo métodos de medición, herramientas de medición y puntos de tiempo de medición, etc. A través de la medición real y la comparación con la luminancia, la uniformidad y el deslumbramiento en la norma EN13201-2, se determina si el efecto de iluminación cumple con la norma. La norma EN13201-5 define cómo calcular los indicadores de rendimiento energético de las instalaciones de alumbrado público mediante el indicador de densidad de potencia (PDI) DP y el indicador de consumo energético anual (AECI) DE, que indica la eficiencia de una solución de alumbrado público. Para más información sobre la norma EN13201 de alumbrado público, póngase en contacto con ZGSM.

Preguntas Frecuentes

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