Iluminao Exterior Modulo 4 Controlo de Iluminao Exterior

Iluminação Exterior Modulo 4 Controlo de Iluminação (Exterior) ISR-Universidade de Coimbra, Novembro 2017

Iluminação Extrior- Modulo 4 Controlo de Iluminação (Exterior) Objectivos: - Os sistemas de controlo de iluminação são muito importantes quando se trata de economia de energia e conforto; - Este tópico permitirá que recebam as informações básicas sobre as diferentes estratégias e tecnologias de controlo e seus impactos; - O conhecimento das estratégias de controlo, manual ou automática, tais como detecção de ocupação, agendamentos ou a sensores crepusculares, vai permitir que escolher as melhores estratégias dependendo de cada situação e necessidade. 2

Iluminação Extrior- Modulo 4 Controlo de Iluminação (Exterior) Topicos: a) b) c) d) e) Estratégias de controlo Controlo convencional (on-off, dimming) Estudo de avaliação psyco-social (Évora – Portugal) Deteção de trafego Controlo Inteligente - Monitorização e Sistemas de gestão remota 3

Estratégias de Controlo • Várias estratégias de diferentes níveis de complexidade foram desenvolvidas ao longo dos anos para escolher quando ativar a iluminação pública; • Cada estratégia tem vantagens e desvantagens. Algumas deles podem ser agrupadas para formar estratégias mais complexas; • Os sistemas de controlo geralmente são sistemas automáticos que regulam o sistema de iluminação, em resposta a um sinal externo; • Estes sistemas automáticos otimizam os sistemas de iluminação, geralmente com economias de energia significativas, sem redução dos níveis de conforto exigidos em cada local e/ou atividade. 4

Estratégias de Controlo • Existem dois tipos de controlo: • ON/OFF: • • • Temporizadores; Relógio astronómico; Sensores crepusculares. • Regulação continua: • • Dimming • Dimming fixo ou; • Controlado pelo fluxo de tráfego, clima, condições de iluminação, etc. Sistemas de telegestão 5

Controlo ON/OFF Temporizadores • Nos sistemas de iluminação pública, é importante saber em que nível de iluminação ambiente se deve ativar o sistema; • O controlo não é totalmente eficaz usando temporizadores, já que em dias de chuva ou neblina pesada, pode ser necessário ativar o sistema de iluminação por razões de segurança; • Além disso, os tempos do nascer e do pôr-do-sol, bem como a nebulosidade não são constantes; • Por estas razões, é cada vez mais necessário adotar soluções mais eficientes nos sistemas de controlo. 6

Controlo ON/OFF Relógios Astronómicos • Os temporizadores astronómicos têm informações precisas sobre o nascer do sol e os horários do por do sol para qualquer posição geográfica; • Eles não usam sensores para detetar o nascer ou por do sol, eles usam cálculos de matemática astronómica; • Estes cálculos são baseados nos valores Latitude / Longitude ou na seleção da cidade; • As poupanças podem chegar a 10%. Fonte: avilaearth. weebly. com 7

Controlo ON/OFF Relógios Astronómicos • Os relógios astronómicos possuem as seguintes características: • Cálculo diário para ações on/off, considerando a latitude e longitude em graus e minutos onde está instalado; • Válido para qualquer região geográfica, tendo apenas de programálo com a latitude / longitude; • Mudança automática do horário de inverno e verão; • Possibilidade de programação adicional diferente da programação astronómica (padrão); • Possibilidade de inclusão no ciclo astronômico, de um horário diferente para feriados e outros eventos especiais. 8

Controlo ON/OFF Relógios Astronómicos • Ajusta o controlo da rede de iluminação à época do ano, sem usar qualquer sensor ou sistema de gestão; • Sistema de controlo isolado, ou pode servir como um equipamento auxiliar para reguladores de fluxo e / ou sistemas de gestão remoto; • No entanto, os relógios astronómicos não têm em conta as idiossincrasias da geografia local, como grandes colinas ou montanhas que bloqueiam o sol ao amanhecer ou ao anoitecer; • Os relógios astronómicos não podem fazer previsões sobre as condições climáticas, como a nebulosidade e as tempestades que podem exigir iluminação artificial mesmo durante o horário oficial de verão. 9

Controlo ON/OFF Sensores crepusculares • Em vez de relógios astronómicos, podem ser usados sensores crepusculares para detetar a luz ambiente e ajustar a iluminação artificial se os níveis de luz ambiente caírem ou aumentando para além de certos valores limiar; • Estes sensores reagem à mudança de brilho ligando ou desligando os sistemas de iluminação de acordo com um conjunto de níveis, permitindo o funcionamento eficiente dos circuitos. 10

Controlo ON/OFF Sensores crepusculares • O sensor pode ser colocado centralmente, enviando um sinal para um conjunto de luminárias, ou pode ser pré-instalado em cada luminária individual, controlando-os separadamente; • O sistema centralizado é mais barato, mas por vezes poderá não refletir todas as condições da luminária (como, áreas sombreadas ou áreas com diferentes condições climáticas); • A solução individual é mais cara e também requer maior manutenção, uma vez que uma das desvantagens deste sistema é que o sensor de luz requer uma limpeza regular para garantir bom funcionamento. 11

Dimming • As Normas Internacionais para a iluminação rodoviária (CIE 115 -2010) e a Norma Europeia (EN 13201) permitem uma redução da luminosidade das estradas durante as horas de menor tráfego rodoviário, desde que a uniformidade de iluminação seja mantida. Fonte: Baenziger, Thomas D. , “Management of public lighting”; Right Light 5 12

Dimming • Os sistemas de regulação do fluxo (dimming) permitem a regulação da intensidade luminosa em períodos de menor atividade; • Nos períodos noturnos de menor tráfego e em que não exista risco de perda de segurança, poderá diminuir o nível de luminosidade; • Esses sistemas permitem diminuir o nível de luminosidade, não limitando o alcance dos dispositivos luminosos e garantindo a sensação adequada de segurança; • Nas áreas onde estatisticamente há frequentemente acidentes rodoviários ou altas taxas de criminalidade, o dimming não é recomendado. 13

Dimming • O dimming pode ser combinado com relógios astronómicos, sensores crepusculares e sistemas de detecção de tráfego; • As transições entre as várias condições de operação devem ser lentas para que a mudança no nível de iluminação se torne imperceptível; • Existem no mercado LEDs adequados para dimming (sem redução significativa da vida útil); • Deve-se ter especial cuidado com outros tipos de lâmpadas. Por exemplo, o sódio de baixa pressão pode produzir mudanças de cor drásticas e outras tecnologias são limitadas no valor da tensão mínima. 14

Dimming • Os reguladores de fluxo têm uma função de estabilização de tensão, o que ajuda a aumentar a vida útil de algumas lâmpadas (reduzindo assim os custos de manutenção); • Existem dois tipos de sistemas centralizados de regulação do fluxo para circuitos de iluminação pública: • Electrónico => usam electronica de potência; • Auto-transformadores => usando auto-transformadores cujo controlo dos diferentes níveis de tensão é realizado por : • • • Relés eletromecânicos/ contatores; Electronico (triacs, thyristors); Auto-transformers motorizado. • Poupanças pode ir de 25 a 50%. 15

Dimming with voltage control • Poupanças típicas e tensão mínima possível para cada tecnologia de lâmpada: Lâmpada Tensão minima(V) Poupança (%) Mercúrio 200 26 -30 Sódio de alta pressão 183 45 -50 Sódio de baixa pressão 190 35 Fluorescente 190 35 -45 CFLs 190 30 -45 Iodetos metálicos 183 40 16

Dimming • A maioria dos reguladores de fluxo trabalha com o controle de tensão (redução de tensão). Assim, em circuitos com mais de um tipo de lâmpada e com número diferente de horas de serviço, o resultado da regulação em cada lâmpada pode ser diferente; • Para armários que controlam até 50 luminárias, o uso de reguladores de fluxo de luz pode ser economicamente pouco atraente; • As lâmpadas LED usam novas, mais avançadas e eficientes tecnologias de dimming; • Nem todas as lâmpadas de LED podem ser reguladas. Os circuitos eletrónicos (drivers) devem estar preparados para essa operação. Por vezes os fabricantes, para evitar falhas catastróficas eletrónicas, limitam a regulação dos LED para cerca de 10% do fluxo total. 17

Resultado da avaliação dos perfis de regulação de intensidade Évora, Praça do Sertório 12 9 12 3 9 100% 12 3 6 9 6 3 6 100% 80% Atual 60% 50% 0% Por-do-sol +0: 15 22: 00 40% 2: 00 100% Nascer-do-sol -0: 15 100% 80% Cenário 1 60% 0% Por-do-sol +0: 15 22: 00 80% 70% 50% 40% 22: 00 30% 2: 00 Nascer-do-sol -0: 15 100% 80% 70% 40% 0% Por-do-sol +0: 15 Com movimento Conclusões: RC • mais intensidade no período inicial 20% 2: 00 Nascer-do-sol -0: 15 • Comerciantes menos recetivos à mudança. RC 60% 30% 22: 00 60% 0% Cenário 3 Nascer-do-sol -0: 15 100% Por-do-sol +0: 15 RC 50% 40% Cenário 2 TOTAL: ~650 pessoas; ~2. 000 entrevistas aceite a • Égeneralização para • aceitam pequenos ajustamentos • pequenas diferenças não são detetadas toda a cidade. R - Residenciais C - Comerciantes Sem movimento 18

Resultado da avaliação dos períodos de funcionamento Azaruja e Ecopista de Évora 12 9 12 3 9 6 100% 96% 12 3 9 6 12 3 6 9 12 3 6 Atual 9 3 6 87% TOTAL: ~650 pessoas; ~2. 000 entrevistas 96% 78% 0% Por-do-sol +0: 15 Nascer-do-sol -0: 15 100% Cenário 1 • utilizadores não aceitam: 78% 0% Por-do-sol +0: 30 Nascer-do-sol -1: 00 100% R C E 100% Cenário 2 0% Por-do-sol +1: 00 • Menos segurança • Gerou dificuldades aos utilizadores. Nascer-do-sol -2: 00 100% R C E Cenário 3 78% 0% Por-do-sol +0: 15 Conclusões R C E 22: 00 Nascer-do-sol -0: 15 aceite a • Égeneralização para toda a área. R - Residenciais C - Comerciantes ‐ soluções que coloquem em risco a sua segurança ‐ soluções que interfiram com a sua vida quotidiana • dificuldades em alterar os períodos E - Ecopistade funcionamento 19

Resultado da avaliação da cor da iluminação Leiria (zona semiurbana) TOTAL: ~650 pessoas; ~2. 000 entrevistas Antes (amarelo Sódio) Conclusão R C Agora (branco LED) • Aceitação. • Vantagens: ‐ melhor visibilidade; ‐ permite reduzir custos; ‐ melhor nitidez dos objetos e pessoas. • Inconvenientes: não existem. • Aceitação da cor R - Residenciais C - Comerciantes 20

Deteção de trafego • Reduzir o nível de iluminação da estrada/rua de acordo com os requisitos estipulados na EN 13201 oferece economias de energia significativas; • A fim de garantir a segurança nas estradas, podem ser instalados sistemas de deteção de tráfego que aumentam o nível de iluminação sempre que for necessário; • A tecnologia mais comum para detetar tráfego - veículos motorizados, ciclistas ou pedestres - são sensores de movimento e, mais recentemente, com sistemas de visão por computador. 21

Deteção de trafego • Os sistemas de visão por computador são mais complexos e caros, mas também podem servir para detetar objetos, animais e outras possíveis anomalias nas estradas/ruas; • Fazem a deteção e enviam um alarme para o controlo de tráfego ou podem tomar várias decisões automáticas, como efetuar a redução do fluxo (simming); • Tipos de detetores: • • • Ultrassónicos; Micro-ondas; Infravermelhos. 22

Deteção de trafego • Os sistemas de visão por computador são os sistemas mais precisos de controlo de tráfego, mas podem ser combinados com os sensores de deteção de movimento; • A combinação mais comum é a deteção por micro-ondas e infravermelho, com ultrassom e infravermelho sendo menos comum; • O sistema deve garantir que os requisitos para a classe de iluminação rodoviária são mantidos. 23

Controlo inteligente Sistemas de monitorização e gestão remota Source: www. mavensystems. com 24

Controlo inteligente Sistemas de monitorização e gestão remota • O Departamento Holandês de Transportes Públicos realizou testes para reduzir o nível de iluminação rodoviária durante períodos com baixo de trânsito e boas condições climáticas, implementando um sistema adaptativo dinâmico; • Concluíram que um sistema de iluminação pública dinâmico pode ser aplicado, com reduções de iluminação até 50%, atingindo economias de energia na ordem de 30% a 40% e aumentando a vida útil das lâmpadas; • Um grande salto qualitativo pode ser feito na área de iluminação pública, com a implementação de sistemas de controlo remoto e monitorização adaptativos, evitando, por exemplo, os custos associados à patrulha humana noturna para identificar lâmpadas defeituosas e outros problemas de manutenção. 25

Controlo inteligente Sistemas de monitorização e gestão remota • Um sistema de monitorização e gestão remota permite que as redes de iluminação reajam a parâmetros externos, como: • Densidade de trafego; • Luz natural disponível; • Acidentes; • Condições atmosféricas; • Obstáculos e outras intrusões na Estrada (animais). • Desta forma, o sistema de iluminação pode ser adaptado às necessidades reais, tornando-o eficiente em termos energéticos, sem reduzir a segurança; • Estes sistemas monitorizam o tempo de vida e o estado atual das lâmpadas, localizando possíveis falhas. 26

Controlo inteligente Sistemas de monitorização e gestão remota A arquitetura comum é a seguinte : • Controlador de Luminária (LC) => controla o driver da fonte de luz e todos os sensores da luminária, possibilitando um sistema de iluminação dinâmico; • Controlador de Segmento (SC) => canal de comunicação para as luminárias; • Sistema Central de Gestão (CMS) => Controla os vários segmentos do sistema de iluminação, gerindo a informação transmitida pelos controladores (luminária e segmento). Internet Utility Municipio SC Fonte: EDP, Portuguese Utility 27

Controlo inteligente Sistemas de monitorização e gestão remota • Esses sistemas ainda não foram amplamente adotados devido à falta de padronização que torna estas soluções difíceis de serem integradas em plataformas de gestão padrão. Estes sistemas são principalmente soluções proprietárias dos fabricantes; • Possibilidades: • • • Controlo remote ON/OFF; Integração do controle automático ON / OFF com base no nível de iluminação, cálculos astronómicos; Integração do dimming com base em sensores de fluxo de tráfego ou visão computacional; Consciência completa do sistema: feedback em tempo real de todas as alterações e parâmetros elétricos de cada luminária(k. W, k. VA, PF, etc); Relatórios e manutenção: monitorizar a saúde das lâmpadas e pontos individuais de falhas de luz. Possibilidade de definir horários de manutenção. 28

Controlo de Iluminação (Exterior) - Sumário Characteristic Sensor crepuscular Relógio astronómico Dimming Monitorização e gestão remota ON/OFF Dimming Programação Aumento do tempo de vida das lãmpadas Deteção de falhas Calculo das poupanças Armazenamento de dados Comunicação com a gestor do sistema/empresa Savings score Cost score Source: E-STREET (Intelligent Road and Street lighting in Europe). 29

Parceiros do Premium Light Pro Co-financiado pela Comissão Europeia ao abrigo do programa H 2020 Parceiros 30

Obrigado pela atenção! Contactos: ISR-Universidade de Coimbra DEEC, Universidade de Coimbra, Polo II 3030 – 290 Coimbra, Portugal Aníbal T. de Almeida / Paula Fonseca / João Fong / Carlos Patrão adealmeida@isr. uc. pt / pfonseca@isr. uc. pt / joaofong@isr. uc. pt / carlospatrao@isr. uc. pt 31