Factores a considerar en el diseño de la iluminación interior

Iluminación interior general en el pasado y el presente

Sabemos que la iluminación eléctrica en los primeros tiempos cuando las aulas de las escuelas, oficinas y otras áreas de trabajo en general eran iluminadas por globos prismáticos o translúcidos. Estos estaban suspendidos del techo y de la vivienda lámparas incandescentes de tal manera que tales unidades proporcionaban lúmenes tanto directa como indirectamente al plano de trabajo. Sucedió a través de los reflejos de las superficies de la habitación. Una vez más, los globos de cristal que encerraban el vidrio se utilizaron ampliamente para tener una alta luminosidad. Por lo tanto, este esquema de iluminación producía un considerable resplandor en los ojos de los trabajadores.

• En los años 30 apareció la iluminación incandescente totalmente indirecta, con luminarias en forma de pan o de anillo concéntrico.

  Incluso fue con una lámpara medio plateada montada en una base en un agujero en el centro de la unidad. En este sistema redirigió los lúmenes de la lámpara hacia el techo. Así, esencialmente el techo se convirtió en la fuente de luz.
  Era cierto que estas unidades indirectas producían una iluminación de alta calidad sin deslumbramiento. Pero este esquema de iluminación era inherentemente muy ineficiente. En este esquema de iluminación indirecta ningún lumen viajaba directamente al plano de trabajo. Una vez más, muchos lámparas se necesitaban en un espacio determinado para proporcionar suficiente iluminación del plano de trabajo. Se producía tanto calor (infrarrojo) que a menudo causaba que el espacio fuera una situación térmicamente incómoda.

• A finales del decenio de 1930 la manifestación de lámparas fluorescentes inició un cambio en la iluminación interior. Estos lámparas tenía una luminancia mucho más baja que la lámparas incandescentes. Así, enviar todos los lúmenes de la lámpara hasta el techo para su redireccionamiento hacia abajo, ya no era necesario. De nuevo con un arreglo adecuado con las persianas y las lentes, la mayoría de los lúmenes podían ser enviados directamente hacia abajo. Por supuesto, la lámpara fluorescente tenía cinco veces la eficacia de la lámpara incandescente. Por consiguiente, una candela de 70 pies de iluminación fluorescente podía ser más eficiente que una candela de 30 pies de iluminación incandescente.
• La llegada de las lámparas de haluro metálico y de sodio de alta presión provocó varios cambios adicionales en la iluminación interior en el decenio de 1960. Apaciguaron la crisis energética a principios de los 70. Estas lámparas son concentradas y de alta luminosidad como las incandescentes. Tenían una eficacia siete o más veces mayor. Así, la iluminación totalmente indirecta en los espacios interiores se hizo económicamente factible una vez más para diseñar con estas lámparas. Como resultado, la reducción del consumo de energía fue algo posible. En esta iluminación indirecta con estas lámparas se redujeron los niveles de iluminancia. Este sistema de iluminación, a pesar de proporcionar una Iluminancia razonablemente uniforme en toda la zona del plan de trabajo, se requería una Iluminancia adicional en los lugares de la tarea.
• Así que observamos que la iluminación incandescente no se recomienda para la iluminación general de espacios interiores donde la iluminación fluorescente sigue dominando el esquema de iluminación incandescente. Una vez más, en la iluminación interior, particularmente la lámpara de encendido rápido de 4 pies, 40 W es la lámpara fluorescente más comúnmente usada. Lámparas de halogenuros metálicos aparecen más cada año en la iluminación indirecta, tanto en luminarias suspendidas del techo como en unidades incorporadas a los muebles de oficina. La lámpara más popular para estos usos es la lámpara de halogenuro metálico de 400 W recubierta de fósforo. Las lámparas de sodio de alta presión en luminarias cuidadosamente diseñadas están ganando cierta aceptación en la iluminación interior, pero generalmente se recomiendan sólo para habitaciones con techos altos y donde la buena reproducción del color no es importante, como en los gimnasios.

Lámparas para iluminación interior

El diseñador de iluminación interior generalmente elige las lámparas de entre los siguientes tipos de lámparas:

• Lámpara incandescente
• Lámpara fluorescente
• Lámpara de halogenuros metálicos
• El sodio de alta presión

Cada uno de los tipos anteriores tiene su propio conjunto particular de fuerza y debilidad. Los factores que el diseñador debe considerar al elegir una lámpara son:

1. Consideración de la eficacia luminosa. La eficacia luminosa es la relación entre la salida del lumen de la lámpara y la la energía eléctrica… (en vatios) de entrada a la lámpara. La Iluminación requerida debe ser proporcionada por la lámpara en conjunto con la iluminación de forma económica.
2. La consideración de la vida de la lámpara debe ser hecha por los diseñadores. Deben pensar cuáles pueden ser las dificultades para reemplazar las lámparas quemadas y si el reemplazo en grupo de las lámparas es la mejor opción económicamente o no.
3. El mantenimiento del lumen de la lámpara es un factor importante. Puede surgir la pregunta de si es importante tener un cierto nivel mínimo de Iluminancia en todo momento.
4. De nuevo otra consideración importante es el color, el factor de la apariencia. Aunque todas las lámparas de la lista producen luz blanca, su CCT y CRI difieren. Los diseñadores deben considerar la importancia de los colores de la tarea de ver y sus alrededores para ser reproducidos fielmente.
5. Los equipos auxiliares necesarios junto con las lámparas hacen una gran pregunta. Como hemos visto, todas las fuentes de luz de descarga de gas requieren balasto, mientras que las lámparas incandescentes no. Los tipos de balasto utilizados pueden afectar la salida de la lámpara, la vida, la fiabilidad de arranque, la eficiencia del sistema y la comodidad de los ocupantes.
6. Los diseñadores deben pensar en lo que pueden ser las otras misceláneas, es decir, si hay otros factores presentes en el entorno particular o no, si la temperatura es un problema o no y si el área debe estar libre de efectos estroboscópicos o no, si la interferencia electromagnética perturba las actividades que tienen lugar en el espacio, si hay gases presentes que puedan producir corrosión o una atmósfera explosiva, etc.

Consideración de la eficacia luminosa

La comparación de los tres primeros factores para los cuatro tipos de lámparas comunes se muestra en la tabla anterior. Hablemos primero de la eficacia de la lámpara. Para las lámparas de incandescencia la eficacia va de 12 lm/W para la lámpara estándar de 40 W a 22 lm/W para la lámpara estándar de 500 W. Para las lámparas incandescentes con el diseño mantenido sin cambios, la eficacia de la lámpara aumenta con la potencia de la lámpara. Esto ocurre en gran parte porque los filamentos más gruesos de las lámparas de mayor potencia pueden funcionar a temperaturas más altas durante la misma vida. Las lámparas PAR (reflector parabólico aluminizado) y R (reflector) tienen generalmente una eficacia menor que las lámparas estándar de la misma potencia. Esto se debe a que las lámparas PAR y R están designadas para tener una vida más larga.
Las lámparas fluorescentes proporcionan una eficacia mucho mayor que las lámparas incandescentes a pesar de tener pérdidas de balasto. Por ejemplo, la lámpara fluorescente blanca fría estándar de 40 W emite inicialmente 3150 lúmenes y su balasto consume 12 W. Por lo tanto, la eficacia es de 3150/40 = 79 lúmenes / vatios inicialmente e incluyendo el balasto la potencia total perdida es de 52 W y por lo tanto 3150/52 = 61 lúmenes / vatios en total. Esta clasificación de eficacia global se está utilizando para esta última cifra en el mercado. En el esquema de diseño de la iluminación las lámparas fluorescentes se utilizan para ser operadas en pares con un solo balasto para mejorar la eficacia general. Por ejemplo, cada una de las dos lámparas fluorescentes consume 40 W y su balasto común consume 12 W, lo que da una eficacia inicial de 68 lumen/W en total. En caso de precalentamiento de las lámparas fluorescentes, la eficacia de la lámpara es muy baja. En esta era moderna, los balastos de las lámparas fluorescentes están diseñados de tal manera que se consideran como lámparas de ahorro de energía con la mayor eficacia luminosa.
Las lámparas de halogenuros metálicos tienen mayor eficacia que las lámparas de mercurio. Se debe a la adición de sales de haluro en las lámparas de haluro metálico. Por ejemplo, una lámpara de haluro metálico de 400W emite inicialmente 34000 lúmenes y su balasto consume 460 W. Está dando una eficacia total inicial de 745 lúmenes/W. Así que los tamaños de menor potencia dan las eficacias más bajas.
De nuevo en el caso de la lámpara de sodio de alta presión, proporcionan la alta eficacia. Pero la lámpara de sodio de baja presión que tiene mayor eficacia no es adecuada para la iluminación interior. Es debido a las pobres propiedades de reproducción de colores. Por ejemplo, la lámpara de sodio de 400 W emite 50000 lúmenes iniciales y su balasto consume 75 W. Así que todo el conjunto consume 475 W. Su eficacia luminosa inicial es de 105 lúmenes/W. Por su composición, la lámpara de sodio de 100 W emite 9500 lúmenes, consume 135 W, y tiene una eficacia luminosa inicial de 70 lumen/W.

Consideración de la vida de las lámparas

La segunda columna de la tabla anterior muestra la vida de las lámparas en horas. Siempre asumimos que las operaciones de las lámparas están a su voltaje nominal y temperatura normal. La vida de la lámpara depende de los tipos de lámparas. La vida útil de las lámparas incandescentes estándar es de 750 o 1000 horas. Una vez más, las lámparas PAR y R están clasificadas a 2000 horas. Para la lámpara fluorescente, sus rangos de vida se basan en 3 horas de encendido donde como Precalentamiento las lámparas fluorescentes tienen valores de vida en el extremo inferior del rango, a saber, 7500 o 9000 horas. La lámpara de encendido instantáneo tiene una duración de 12000 horas. Una vez más la vida de la lámpara de encendido rápido dura 18000 o 20000 horas.
La vida de las lámparas de halogenuros metálicos depende del número de horas de combustión por arranque. Su vida útil es de 10 horas por encendido. Por ejemplo, la lámpara de halogenuros metálicos de 400 W tiene la vida más larga, es decir, 20000 horas. La lámpara de 1500 W tiene la vida más corta, es decir, 3000 h. De nuevo, todas las lámparas de sodio de alta presión tienen una vida de 24000 horas cuando se utilizan con los balastos especialmente diseñados. Las lámparas de sodio de alta presión se utilizan en lugar de las lámparas de mercurio debido a su menor potencia y mayor duración de vida. Las lámparas de mercurio tienen una vida útil de 12000 horas.

Porcentaje de consideración de la depreciación del lumen

El porcentaje de depreciación del lumen de las lámparas se muestra en la tabla.
En el caso de las lámparas incandescentes estándar, se deprecia en la salida del lumen entre un 10 y un 22% durante la vida de la lámpara.
En el caso de las lámparas fluorescentes, el valor del lumen de 100 horas se denomina lúmenes iniciales y la depreciación del lumen se calcula a partir de ese punto y se basa en 3 horas por inicio.
El factor de lumen medio es el porcentaje de lúmenes iniciales que se espera a un 40% de la vida nominal. El factor de depreciación del lumen de la lámpara es el porcentaje de los lúmenes iniciales que se espera a un 70% de la vida nominal.
Por ejemplo, la lámpara fluorescente blanca fría estándar de 40 W da 3150 lúmenes iniciales a las 100 horas y 2650 lm al 70% de la vida nominal (14000 horas). Por lo tanto, su factor de depreciación del lumen es de 0,84 o 16% de depreciación en la producción de lumen.
Las lámparas de descarga de alta intensidad tienen sus valores iniciales de lumen a las 100 horas. La depreciación del lumen de estas lámparas se da en términos de lúmenes medios, que es la producción de lumen que se espera a cerca del 70% de la vida nominal. Las lámparas de halogenuros metálicos muestran una mayor depreciación del lumen que las lámparas de sodio de alta presión.

Consideración del color de los lúmenes de la lámpara

El color del lumen de la lámpara es el cuarto factor que siempre es considerado por el diseñador. Para medir el color, se calcula el CCT (Correlated Color Temperature) y el CRI (Color Rendering Index) para proporcionar una apariencia de color adecuada en el esquema de diseño de la iluminación.
CCT o Temperatura de Color Correlacionada significa la temperatura del cuerpo negro a la que este color de radiación del cuerpo negro es equivalente al color de los lúmenes de la lámpara.
CRI o Índice de Rendimiento de Color significa el grado de cercanía del color de los lúmenes de las lámparas al color estándar del Lumen. Las lámparas estándar son, según la recomendación del CIE, A, B, C, D55, D65 y D75. El tipo A es la lámpara de filamento de tungsteno a 2856 K y el tipo B y C son lámparas de filamento de tungsteno con algún filtro. D55, D65 y D75 son del tipo de luz de día.
Hay cinco tipos de lámparas fluorescentes blancas disponibles en el mercado. Los tres primeros tipos, es decir, las lámparas de luz blanca cálida, blanca fría y de luz diurna, son de gran eficacia para proporcionar una reproducción razonable del color. Los siguientes dos tipos son las dos lámparas de lujo que tienen sólo el 70% de la eficacia, pero proporcionan una mejor reproducción del color. Las palabras cálido, frío y luz de día se eligen en el sentido de que una lámpara blanca cálida emite una luz blanca amarillenta y hace que un espacio se sienta más cálido. Mientras que una lámpara blanca fría emite una luz blanca azulada y tiende a crear una atmósfera más fría. Una vez más, la lámpara de luz diurna es una fuente de apariencia muy fría y es una coincidencia cercana a la CCT de un día nublado.

Consideración de los balastos

Los balastos son el quinto factor que el diseñador debe considerar. Una vez más los balastos electrónicos dominan ampliamente los balastos anteriores en la actualidad. Aunque los balastos inductores son confiables y de larga vida, tienen algunas desventajas. Son pesados, consumen vatios, producen calor, crean ruido y permiten el parpadeo de las lámparas.
Balastos electrónicos son más ligeros y más eficientes. Los balastos electrónicos no tienen efectos de zumbido y parpadeo. Una vez más, es cierto que su historial de vida y fiabilidad aún no está establecido. También hay cierta preocupación por el posible efecto en los equipos cercanos de las altas frecuencias que generan.
Si el diseñador elige inductor tipo de balasto deben tener la etiqueta CBM/ETL, esto significa que han cumplido con los requisitos de la Asociación de Fabricantes de Balastos Certificados (CBM). Incluye las especificaciones establecidas por el Instituto Americano de Estándares Naturales (ANSI). Han sido probados y certificados por los Laboratorios de Pruebas Eléctricas (ETL). Además, deben ser de alto factor, pueden ser mayores del 90% y tienen una clasificación de alto nivel de sonido. Los balastos deben ser adecuados para espacios donde el nivel de ruido ambiental es inferior a 25dB.
Underwriters Laboratories (UL) siempre se preocupan por establecer el límite del estándar de seguridad de los balastos, de tal manera que estos balastos deben cumplir con los requisitos que tienen el nivel de seguridad de UL. Según esta norma, la temperatura del balasto dentro de la luminaria debe ser inferior a 90oC cuando la temperatura ambiente es de 25oC. De nuevo, si la temperatura de la caja de lastre alcanza los 110oC, el balasto se abrirá automáticamente en circuito abierto para proporcionar la protección a toda la luminaria montada contra el daño térmico.