Introducción

Las soluciones de iluminación se refieren al uso de métodos y herramientas de cálculo científico para diseñar una solución de iluminación para un espacio o escena específicos que cumpla con los requisitos de iluminancia, eficiencia energética, confort visual, etc. Este proceso generalmente incluye los siguientes pasos clave: determinar los requisitos de iluminación (por ejemplo, área de iluminación, iluminancia, uniformidad; más sobre uniformidad de iluminación y limitación del deslumbramiento), seleccionar métodos de cálculo (por ejemplo, método de cálculo de lúmenes, método punto por punto, etc.), optimizar el diseño (por ejemplo, ajustar la cantidad de luminarias, sus ubicaciones y curvas de distribución de luz) y evaluar la eficiencia energética y el costo de la solución. Los métodos de cálculo de iluminación son las herramientas centrales en el diseño de iluminación, de los cuales el método punto por punto y el método de cálculo de lúmenes son los dos más utilizados. En este documento, nos centraremos en los conceptos básicos de estos dos métodos, elaboraremos los principios de cálculo y los pasos del método de cálculo de lúmenes y presentaremos las aplicaciones prácticas del método de cálculo de lúmenes, etc.

¿Qué es el método punto por punto?

El método punto por punto utiliza datos de distribución de intensidad de luz de una fuente de luz o luminaria para predecir la iluminancia directa en cada punto de un plano. El método calcula la contribución de iluminancia de cada luminaria en un punto específico y suma la iluminancia total punto por punto. El cálculo se basa en la ley del cuadrado inverso y la ley de los cosenos, y tiene en cuenta tres factores clave: intensidad luminosa, distancia y orientación de la fuente de luz con respecto a la superficie. La fórmula para calcular la iluminancia de una fuente puntual en un plano dado es la siguiente: Iluminancia (E) = Intensidad (I) / Distancia (r)2. La ley del cuadrado inverso se centra en el hecho de que a medida que aumenta la distancia, la energía de la luz se distribuye sobre un área mayor, lo que resulta en una disminución de la iluminancia. Por ejemplo, a medida que la distancia aumenta de r a 2r, la energía de la luz se distribuye sobre cuatro veces el área, por lo que la iluminancia disminuye a una cuarta parte de la intensidad, por lo que usamos r2 en la fórmula. Si existe un ángulo de proyección entre la fuente de luz y la superficie de cálculo, debemos considerar el efecto de este ángulo en el efecto de iluminación, es decir, seguir la Ley del Coseno para los cálculos de iluminación. Su fórmula de cálculo se convierte en Iluminancia(E)= Cosθ×Intensidad(I)/Distancia(r)2, donde θ es el ángulo entre la normal de la superficie iluminada y el haz. Esto se debe a que el área iluminada aumenta cuando la luz se dirige de forma oblicua y la iluminancia disminuye para la misma intensidad de luz, por lo que se debe introducir un factor coseno para corregir esto.

¿Cuál es el método de cálculo de Lumenes?

El método de cálculo de lúmenes es un método de cálculo de diseño de iluminación de uso común, que puede producir una iluminancia promedio por una cantidad dada de luminarias o una cantidad de luminarias para cumplir con un objetivo de iluminancia promedio. Sus cálculos se centran en la iluminancia en el plano de trabajo y asumen que la luz llega al plano de trabajo de dos maneras, incluida la luz directa y la luz reflejada. Aquí, la altura del plano de trabajo sobre el piso generalmente se define en el manual de lES o en los documentos de práctica recomendada. Basado en la relación básica de Iluminancia (E) = Flujo luminoso / Área, también considera el efecto del Factor de utilización (UF) y el Factor de mantenimiento (MF) del espacio en el efecto de iluminación. Su fórmula final es E = FxnxNxUFxMF/A, aquí F = flujo luminoso inicial de la lámpara desnuda (lúmenes), n = número de luminarias, N = número de lámparas por luminaria, UF = factor de utilización, MF = factor de mantenimiento, A = área de la superficie (m²). El UF se puede encontrar en el informe de la luminaria, pero si lo analizamos más detenidamente, su valor está relacionado con una serie de parámetros, por lo que es necesario comprobar estos parámetros antes de encontrar el valor UF. De manera similar, el valor de MF también es complejo, por lo que si está interesado, puede consultar el artículo “Factor de mantenimiento en iluminación”.

¿Por qué utilizar el método de cálculo de lúmenes?

Con la introducción de la sección anterior, no es difícil saber por qué se necesita el método de cálculo de lúmenes, o conocer las principales aplicaciones del método de cálculo de lúmenes. Una de ellas es calcular el efecto de la iluminación (iluminancia) cuando se conoce el número de luminarias. Es decir, podemos calcular la iluminancia del área objetivo mediante E = FxnxNxUFxMF/A cuando se conoce el número de luminarias, tipos de espacio, tamaños y características. La segunda es extrapolar el número de luminarias necesarias cuando se conocen los requisitos de iluminación esperados. Es decir, si los requisitos de iluminación del proyecto son claros, y el tipo, tamaño y características del espacio también lo son, podemos calcular el número de luminarias necesarias para la iluminación mediante n = ExA/F /N/UF/MF.

En la práctica, el software de simulación de iluminación puede obtener rápidamente estos resultados, pero desafortunadamente, el método de lúmenes no es adoptado directamente por el software de simulación de iluminación convencional. La mayoría del software de simulación de iluminación, como Dialux, AGI32 (Más sobre AGI32 y su aplicación), Relux, etc., utiliza el método pionte a pionte, que es un método complejo que necesita tener en cuenta la iluminancia de múltiples fuentes de luz en un punto específico. Este método es complejo y requiere la consideración de múltiples fuentes de luz para la iluminación de un punto específico, por lo que no es conveniente para nosotros utilizar este método para estimar la iluminación y el número de lámparas. Por el contrario, el método de cálculo de lúmenes es más adecuado para principiantes y puede ayudarnos a obtener los resultados deseados rápidamente. Este hecho también nos dice que en la práctica, además de centrarnos en el flujo luminoso como parámetro, también debemos prestar más atención al impacto de la distribución de la luz en los resultados de iluminación.

Pasos para ejecutar el método de cálculo de lúmenes

Paso 1. Determinación del factor de utilización

El factor de utilización (UF) es la relación entre el flujo luminoso total recibido por una superficie y el flujo luminoso total emitido por la luminaria. Depende de la eficiencia luminosa (¿Qué es la eficacia luminosa?) de la luminaria, de la distribución luminosa de la luminaria, de la geometría del espacio, de la reflectividad de la sala, etc. Normalmente, las tablas UF se preparan para una iluminación general con luminarias dispuestas de forma regular, afectadas por las tres superficies principales de la sala (cavidad del techo, cavidad de la pared y del suelo o plano de referencia horizontal). Para utilizar una tabla UF, debemos tener determinadas algunas variables: la relación de cavidad de la sala (coeficiente de índice de la sala) y las reflectancias de la superficie (ρ) para el techo, la pared y el suelo. La reflectancia de la superficie del techo, la pared y el suelo es la relación entre la luz reflejada por la superficie y la luz incidente, expresada en porcentaje. Son igualmente importantes para calcular los niveles de iluminación. Los valores típicos de reflectancia para techos son 70%-90% (colores claros), para paredes son 30%-70% (colores medios a claros), y para pisos son 10%-30% (colores oscuros como pisos de madera y alfombras). Por ejemplo, en simulación de iluminación, generalmente usamos los valores predeterminados, es decir, ρc = 0,7, ρw = 0,5 y ρf = 0,2.

Por supuesto, si las condiciones lo permiten, también podemos usar un reflectómetro para medir la reflectividad. Para obtener reflectancias de superficie (ρ), podemos colocar el cabezal de medición del reflectómetro en la superficie a probar (techo, pared o piso), asegurarnos de que no haya fugas de luz, presionar el botón de medición y esperar los resultados de la prueba del equipo (valores de reflectividad del techo, pared y piso). Sin embargo, la relación de cavidad de la habitación (RCR) se utiliza para evaluar el impacto de la cavidad interior (techo, piso o cavidad de la pared) en la pérdida de luz y la reflexión. RCR = 2,5 * RCH * P / A. RCR = Relación de cavidad de la habitación, P = Perímetro de la habitación, A = Área de la habitación. Por lo tanto, RCR = 5 * H * (L + W) / (L x W). Por ejemplo: una oficina común, el valor de iluminación requiere 500 lx, el espacio tiene 50 metros de largo, 50 metros de ancho, 6 metros de alto, la superficie de trabajo es de 0,8 metros y la lámpara está instalada a una altura de 5,8 metros. Primero calculamos la relación de cavidad de la habitación, RCR = 2,5 * (5,8-0,8) * (50 + 50) * 2/2500 = 1, KI = 5 / RCR = 5, y luego podemos obtener UF = 1,1 consultando la tabla.

REFLECTANCIA
Techo	0.8	0.8	0.8	0.7	0.7	0.7	0.5	0.5	0.5	0
Paredes	0.7	0.5	0.3	0.7	0.5	0.3	0.7	0.5	0.3	0
Plano de trabajo	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0
ÍNDICE DE HABITACIÓN	FACTORES DE UTILIZACIÓN (PORCENTAJE)  k(RI) x RCR = 5
k = 0.60	74	66	61	74	66	60	73	65	60	56
0.80	84	76	71	83	75	70	82	75	70	65
1.00	91	83	79	90	83	78	88	83	78	73
1.25	97	90	85	95	89	85	93	88	84	79
1.50	100	94	90	99	93	89	96	92	88	83
2.00	105	99	95	103	98	94	100	96	93	87
2.50	107	102	98	105	101	97	102	98	95	89
3.00	109	105	101	107	103	100	104	100	98	91
4.00	111	108	105	109	106	103	106	103	101	93
5.00	113	110	107	111	110	106	107	104	103	94

Paso 2. Determinar el factor de mantenimiento

El factor de mantenimiento (MF) se define como la relación entre la iluminancia/luminosidad mantenida y la iluminancia/luminosidad inicial, es decir, las pérdidas por mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara. En el diseño y la simulación de iluminación, el factor de mantenimiento (MF) es un parámetro muy importante que refleja la atenuación de la iluminancia durante el uso real del sistema de iluminación. Esto se debe a que en el uso real, las lámparas experimentan una atenuación del flujo luminoso (atenuación de la propia fuente de luz y atenuación causada por la contaminación de la superficie de la lámpara), un fallo repentino de las lámparas (causado por un fallo de la fuente de luz y de la alimentación), contaminación de la superficie de la sala y otros factores, que harán que el efecto de iluminación (iluminancia y luminosidad) disminuya gradualmente. En el diseño de iluminación, el objetivo del diseño suele ser mantener la iluminancia/luminosidad para cumplir los requisitos del proyecto, en lugar de la iluminancia/luminosidad inicial. La fórmula de cálculo del factor de mantenimiento MF=LLMFxLSFxLMFxRSMF, donde LLMF significa factor de mantenimiento de lúmenes de la lámpara, LSF significa factor de supervivencia de la lámpara, LMF significa factor de mantenimiento de la luminaria y RSMF significa factor de mantenimiento de la superficie de la sala. Debido a las limitaciones de espacio, no se explicará aquí en detalle. Aquellos que estén interesados ​​en su proceso de cálculo y más conocimientos relacionados pueden consultar Factor de mantenimiento en iluminación. En muchos casos, el valor de MF es 0,80, 0,85 o 0,90. En este artículo, utilizaremos 0,80 para el cálculo.

Paso 3. Cálculo del número de luminarias necesarias para lograr una iluminancia media determinada

For example, your warehouse needs 200 lux illumination, but you don’t know how many lamps you need. Then we can use the formula to calculate the result we want. Through steps 1 and 2, we know that UF=1.1 and MF=0.8, A=2500m2. Moreover, if we choose ZGSM’s 9th generation 100W UFO LED lamp, then F=19000lm and N=1. According to the formula n=ExA/F /N/UF/MF, we can get the result n=200×2500/19000/1/1.1/0.8=29.9, that is, we need 30 pieces ZGSM-HB09-100M UFO LED lamps ( Check to find more about ZGSM Heilos UFO LED lights ) . Below is the suggestion layout of 30 pieces high bay lights.
Por ejemplo, su almacén necesita una iluminación de 200 lux, pero no sabe cuántas lámparas necesita. Entonces podemos usar la fórmula para calcular el resultado que queremos. A través de los pasos 1 y 2, sabemos que UF = 1,1 y MF = 0,8, A = 2500 m2. Además, si elegimos la lámpara LED UFO de 100 W de novena generación de ZGSM, entonces F = 19000 lm y N = 1. Según la fórmula n = ExA / F / N / UF / MF, podemos obtener el resultado n = 200×2500 / 19000 / 1 / 1,1 / 0,8 = 29,9, es decir, necesitamos 30 piezas de lámparas LED UFO ZGSM-HB09-100M (consulte para obtener más información sobre las luces LED UFO ZGSM Heilos). A continuación se muestra el diseño sugerido de 30 piezas de luces de gran altura.

Paso 4. Cálculo de la iluminancia disponible en el plano de trabajo

Por ejemplo, su taller ahora necesita reemplazar un lote de lámparas, el número es 24, y va a utilizar lámparas UFO de 200 W de ZGSM. No sabe cuánta iluminación puede lograr, por lo que también podemos usar la fórmula para calcular el resultado que queremos. A través de los pasos 1 y 2, sabemos que UF = 0,9 y MF = 0,8, A = 2500 m2, el flujo luminoso de la lámpara UFO de 200 W de novena generación de ZGSM es F = 38000 lm y N = 1. Según la fórmula E = F x n x N x UF x MF / A, podemos obtener el resultado E = 38000 x 24 x 1 x 1,1 x 0,8 x / 2500 = 321 lux, que puede cumplir con los requisitos de iluminación de los talleres de ensamblaje ordinarios de acuerdo con la norma correspondiente EN12464-1 (la norma EN12464-1 se refiere a la iluminación de talleres y almacenes). Sin embargo, si se trata de un taller de montaje de precisión con un requisito de iluminación de 500 lux, la solución actual no puede satisfacer los requisitos. O aumentamos la potencia de las lámparas o aumentamos el número de lámparas para lograr una mayor iluminación.

Comparación de resultados de iluminación: método de cálculo de lúmenes frente a Dialux

Método de cálculo de lúmenes vs Dialux

En Dialux, intentamos realizar una simulación de iluminación con la siguiente información. El espacio de iluminación se estableció de la siguiente manera: tiene 50 metros de largo, 50 metros de ancho y 6 metros de alto, la altura de la superficie de trabajo es de 0,8 metros y la altura de instalación de la lámpara es de 5,8 metros. Después de seleccionar e insertar el archivo IES de ZGSM-HB09-100M, de acuerdo con la información de la sección anterior, se adoptó el método de disposición del campo (disposición de 5 × 6, un total de 30 lámparas). Después de completar todas las operaciones anteriores, se obtuvo el resultado del cálculo y la iluminación fue de 196 lux, que estuvo muy cerca del resultado calculado por el método de cálculo de lúmenes, lo que confirma aún más la confiabilidad de este método.

Método de cálculo de lúmenes que no es adecuado para la iluminación exterior

El método de cálculo de lúmenes se puede utilizar para calcular la iluminancia de la iluminación interior y la cantidad de lámparas necesarias. Entonces, ¿se puede aplicar este método a la simulación de iluminación exterior (Obtenga más detalles sobre la simulación de iluminación ZGSM)? Lamentablemente, no es aplicable. ZGSM cree que existen dos razones principales: primero, no hay paredes ni techos en el entorno de iluminación exterior, por lo que es imposible calcular la situación en la que la luz emitida por la lámpara se refleja desde estas superficies hasta el área objetivo. En segundo lugar, la distancia de iluminación de la simulación de iluminación exterior es lejana y la atenuación y dispersión de la luz son muy obvias, pero el método de cálculo de lúmenes no implica cálculos a este respecto. Ambos factores provocarán desviaciones en los resultados del cálculo (normalmente, los resultados del cálculo mediante el método de cálculo de lúmenes son demasiado grandes).

Según la experiencia de ZGSM, si debe utilizar la fórmula E=F×n×N×UF×MF/A para calcular la iluminancia, debe agregar un coeficiente η, que generalmente es 0,7, es decir, E=η×F×n×N×UF×MF/A. Si se trata de la iluminación de un estadio interior (como la imagen que se muestra arriba, como un recinto deportivo múltiple), no es necesario multiplicar este coeficiente. Y cuando tiene un proyecto de iluminación exterior, ZGSM recomienda utilizar software para simulación. La mayoría de este tipo de software utiliza el método de iluminancia puntual, el método de trazado de rayos y el método de radiosidad, y el cálculo de los resultados es más preciso. Si está interesado en la aplicación de Dialux en el diseño de iluminación, puede consultar las siguientes aplicaciones con Dialux.

Summary

El método de cálculo de iluminación incluye el método punto por punto y el método de cálculo de lúmenes. En este artículo se presenta primero el método punto por punto, su principio y su aplicación en el software de simulación de iluminación. A continuación, se centra en el método de lúmenes, que es un método básico de diseño de iluminación que se utiliza para determinar la cantidad de luminarias necesarias para lograr el nivel de iluminancia correspondiente en un espacio. También se puede utilizar para calcular la iluminancia promedio, que es muy simple y eficaz. Este artículo describe los pasos clave del método de cálculo de lúmenes, incluida la determinación del factor de utilización (eficiencia de distribución de la luz), el factor de mantenimiento (que tiene en cuenta la pérdida de luz a lo largo del tiempo), el cálculo de la cantidad de luminarias necesarias y la verificación de la iluminancia en el plano de trabajo. Este artículo también compara el método de cálculo de lúmenes con el software de simulación de iluminación avanzado Dialux, destacando que, si bien Dialux proporciona una mayor precisión y detalle para diseños complejos, el método de lúmenes proporciona una solución más rápida y sencilla para la estimación inicial.

ZGSM cree que en la práctica podemos utilizar el método de lúmenes para identificar inicialmente la cantidad de luminarias necesarias para la iluminación o el efecto de iluminación que se puede lograr al aplicar estas luminarias, y luego utilizar una herramienta como Dialux para proporcionar al cliente una simulación más intuitiva. Al mismo tiempo, debemos recordar las limitaciones del método de cálculo de lúmenes, ya que se utiliza principalmente para la iluminación interior, mientras que para la iluminación exterior, como instalaciones deportivas, estacionamientos, carreteras, etc., recomendamos el uso de un software de simulación para obtener la solución de iluminación adecuada más rápido, incluido el número de luminarias, potencia, lentes (más información sobre la distribución de luz simétrica o asimétrica) y la disposición de las luminarias, etc.

Preguntas Frecuentes

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