El Ahorro Energético, Ecológico y Económico de la Tecnología Led

Desde hace ya varios años se viene hablando de las ventajas del cambio a la tecnología LED, pero es difícil encontrar análisis en los que se valore de manera exhaustiva el verdadero ahorro energético, ecológico y económico obtenido en un edificio real, así como las prestaciones finales aportadas por la nueva instalación.

En  este artículo, realizaremos un estudio sobre la zona de trabajo de una oficina, en el que partiremos de una situación inicial consistente en un alumbrado mediante luminarias fluorescentes, para proponer un cambio a pantallas y downlights LED; esto es, una situación típica que podría extrapolarse a otros usos, tales como comercios, restaurantes, colegios, universidades, laboratorios, etc.

A continuación podemos ver una planta de la oficina objeto de estudio, en la que se muestra la configuración de las luminarias.

La zona donde se ubica la mayoría de los puestos de trabajo, cuenta con 47 luminarias cuadradas de 596×596 mm, compuestas por cuatro lámparas fluorescentes TL de 18W cada una, con encendido magnético. Dichas luminarias se encuentran integradas en un falso techo registrable y, a efectos de cálculo, se considerará que su potencia unitaria es de 101,2W y que el flujo luminoso aportado por las mismas es de 5.400 lm. A continuación se reflejan las curvas fotométricas de dichas luminarias:

El pasillo de acceso dispone de una iluminación en forma de downlights circulares de 250 mm de diámetro, con dos fluorescentes TC-D de 26W cada una, con encendido magnético. En total, el establecimiento dispone de 5 luminarias de este tipo. A efectos de cálculo, se tendrá en cuenta que la potencia total consumida por cada una de estas luminarias es de 73,6W y que el flujo luminoso aportado es de 3.600 lm. Estas son sus curvas fotométricas:

En primer lugar se realizará un modelo informático del inmueble, con el sistema de iluminación actual, de tal manera que podamos simular su comportamiento. A continuación se indican los parámetros generales considerados en el cálculo.

De la simulación mediante software, se obtiene una iluminancia media horizontal mantenida de 575,39 lux, con factor de uniformidad del 45,96% y un mínimo de 264,43 lux. El índice de deslumbramiento unificado (UGR) es de 16. Si bien dichos parámetros indicarían un alumbrado válido desde un punto de vista funcional, lo cierto es que al analizarlos desde el punto de vista de la eficiencia energética, presentan una serie de problemas importantes. A continuación se muestra una superposición de isolíneas sobre la planta de la oficina, que representan los resultados obtenidos a nivel de iluminancia media del plano de trabajo.

La potencia total instalada por unidad de superficie iluminada es de 18,98 W/m2, siendo en la actualidad el valor máximo admisible para un uso administrativo, conforme a lo dispuesto en el Documento Básico de Seguridad de Utilización y Accesibilidad del Código Técnico de la Edificación (CTE DB SUA-3), de 12W/m2.; esto implica una desviación de un 58,16% respecto de lo que se consideraría un valor asumible. Por otro lado, al analizar el valor de eficiencia energética de la instalación (VEEI), que tiene en consideración la relación existente entre la potencia consumida por la instalación, la superficie cubierta y la iluminancia media aportada por la misma, obtenemos de nuevo un valor deficiente, de 3,20W/m2. En este caso, tan solo existe una desviación de alrededor de un 6,66% respecto del valor límite establecido por la normativa anteriormente indicada, en gran medida por el buen comportamiento a nivel de iluminancia aportado por el sistema.

La siguiente tabla sintetiza los resultados obtenidos a nivel de eficiencia energética:

Una vez evaluada convenientemente la situación inicial, es preciso plantear un estado reformado que mejore la eficiencia energética de la instalación, aportando unas prestaciones equivalentes a las preexistentes. Teniendo en cuenta que la configuración geométrica de las luminarias proporcionaba unas prestaciones aceptables a nivel de iluminancia y de homogeneidad, se opta por mantener dicha disposición, procediéndose exclusivamente a reemplazar las luminarias antiguas por otras con tecnología LED.

En el caso de la zona de trabajo, se opta por incorporar 47 nuevas pantallas LED con una potencia unitaria de 36,90W y un flujo luminoso aportado de 3.175 lm. Estas son las curvas fotométricas de las nuevas luminarias:

Para iluminar el pasillo de acceso, se opta por incorporar 5 downlights LED, de idéntico diámetro que las preexistentes, con una potencia unitaria de 24W y un flujo luminoso aportado de 2.079 lm. A continuación se muestran sus curvas fotométricas.

A efectos de cálculo, en la simulación del estado reformado, se tendrá en cuenta la misma geometría, así como los mismos parámetros de altura del plano de trabajo, de altura para la comprobación del deslumbramiento (UGR), la misma reflectancia de suelos, reflectancia de paredes, reflectancia de techos, factores de mantenimiento, índice del local (K) y número de puntos de cálculo considerados en el análisis de la situación de partida.

De la simulación informática en estado reformado, se obtiene una iluminancia media horizontal mantenida de 535,40 lux, con factor de uniformidad del 44,73% y un mínimo de 239,46 lux. El índice de deslumbramiento unificado (UGR) es de 17. Esto implica que las prestaciones de la nueva instalación, a nivel funcional, son prácticamente equivalentes, con diferencias de menos de un 10%. A continuación se muestra una superposición de isolíneas sobre la planta de la oficina, que reflejan la iluminancia media obtenida sobre el plano de trabajo.

A nivel de consumo energético es donde se aprecia una diferencia sustancial. Ahora, la potencia total instalada por unidad de superficie iluminada es de 6,87 W/m2; esto es, un 63,80% inferior a la anteriormente existente, y un 42,75% por debajo de los límites establecidos por la normativa vigente para uso administrativo. El nuevo VEEI es de 1,20 W/m2, lo que implica una reducción de un 62,5% respecto de la situación de partida, y un valor un 60% más bajo que el límite impuesto por el CTE DB SUA-3 para oficinas.

La siguiente tabla resume los resultados obtenidos a nivel de eficiencia energética:

Una vez evaluadas las prestaciones de la nueva instalación y comprobada su verdadera eficiencia energética, faltaría por realizar un estudio de viabilidad económica, a fin de verificar el coste de la inversión, el ahorro mensual obtenido, así como el plazo de amortización de la misma.

El aspecto fundamental a tener en cuenta será, sin duda, el consumo energético anual de la instalación. Para ello, tendremos en consideración el perfil de uso de la instalación, que en el caso que ocupa se estima en 12 horas diarias, 5 días a la semana; o lo que es lo mismo, 3.128 horas de funcionamiento cada año. En la situación de partida, la potencia total instalada era de 5.124,40W, mientras que en el estado reformado, ésta es de 1.854,30W (un 63,81% inferior). Considerando un coste por W·h de 0,000170€/W·h (impuestos no incluidos), el importe anual facturado en la situación original sería de 5.124,40W · 3.128h · 0,000170€/W·h = 2.724,95€, mientras que en el estado reformado, sería de 1.854,30W · 3.128h · 0,00017€/W·h = 986,04€. Esto implicaría un ahorro de 1.738,91€/año.

Por otro lado, el coste unitario de las nuevas pantallas LED, que se estima en 27,19€ + I.V.A., unido a un coste de desmontaje e instalación (de 12,50€ + I.V.A.), conlleva un desembolso total de 39,69€ por luminaria, y un precio total de renovación de 47ud · 39,69€/ud = 1.865,43€ + I.V.A. Por su parte, el coste unitario de los nuevos downlights LED, se estima en 12,90€ + I.V.A., que unidos a un coste de desmontaje e instalación de 12,50€ + I.V.A., darían un importe unitario total de 25,40€ + I.V.A; esto es, un coste total de 5ud · 25,40€/ud = 127,00€ + I.V.A. Consiguientemente, el coste total de la renovación de la instalación de iluminación, sería de 1.992,43€ + I.V.A.

Además de lo anterior, es importante realizar una estimación del coste de mantenimiento anual, en función de la vida útil de los distintos sistemas. Para ello, tendremos de nuevo en cuenta el perfil de uso anteriormente indicado, que implica un total de 3.128h anuales de funcionamiento.

Asignando a la tecnología fluorescente una vida útil de 6.000h por lámpara, encontraríamos que cada 1,92 años sería preciso reponer todas los tubos fluorescentes; o lo que es lo mismo, cada año deberían sustituirse el 52,08% de estos. Inicialmente contábamos con 47 luminarias con 4 tubos fluorescentes de 18W cada una; esto es, con un total de 188 lámparas fluorescentes. Por ello, cada año deberían reponerse 97,91 tubos, que de tener un coste unitario de 5,80€, conllevarían un importe de 567,88€ anuales. A esto habría que sumar el gasto asociado a la reposición anual de los fluorescentes de los 5 downlights (los cuales son 10 en total -dos por lámpara-), y que considerando un coste unitario de 4,25€ y un total de elementos a sustituir de 5,208 tubos/año, implicarían un gasto de 22,13€ anuales. Por ello, el coste anual total de reposición, sería de, aproximadamente, 590,01€ + I.V.A.

En el caso de la nueva instalación, considerando una vida útil de 20.000h para la tecnología LED, obtendríamos una tasa de renovación integral de 6,39 años; es decir, una renovación anual de tan solo el 15,64%. Teniendo en cuenta la existencia de 47 pantallas led, con un coste de instalación de 39,69€, y un total de 5 downlights LED con un coste de renovación de 25,40€, de sustituirse 7,35 pantallas y 0,78 downlights cada año, la repercusión anual asociada a la renovación de elementos deteriorados, resultaría de 7,35ud · 39,69€/ud + 0,78ud · 25,40€/ud = 311,53€. Esto implicaría un ahorro a nivel de mantenimiento de 590,01€ – 311,53€ = 278,48€/año. Nótese, además, que a diferencia de lo que sucedía con las luminarias fluorescentes, en este caso se sustituye la luminaria al completo, y no sólo las lámparas.

Una vez conocido el coste de la renovación de la instalación, el ahorro anual en base al nuevo consumo y el ahorro anual en relación al mantenimiento, podemos finalmente evaluar el periodo de amortización de la inversión. Cada año se producirá un ahorro de 1.738,91€ (consumo) y de 278,48€ (mantenimiento); esto es, un total de 2.017,39€, por lo que teniendo en cuenta que la inversión total a acometer es de 1.992,43€, la amortización se produciría en un periodo de tan solo 0,988 años; un plazo muy reducido.

Por último, es importante cuantificar la reducción de emisiones de dióxido de carbono que la actuación propuesta presentaría. Teniendo en cuenta que el consumo inicial era de 5,1244kW · 3.128h = 16.029,12kW·h y que, tal y como se expuso anteriormente, en estado reformado se produciría una reducción del consumo en un 63,81%; entonces, considerando un factor de paso de energía final a emisiones de CO2 de 0,331; las emisiones de CO2 en estado inicial serían de 16.029,12kW·h · 0,331 kg/kW·h = 5.305,64 kg de dióxido de carbono, y de tan solo 1.919,88 kg de C02 en estado reformado, resultando una reducción de 3.385,76 kg por año.

En definitiva, todo lo anteriormente expuesto demuestra que, aunque cada caso debe ser estudiado con detenimiento, por lo general, el cambio a LED suele ser muy interesante desde un punto de vista tanto económico, como ecológico, especialmente cuando se parte de tecnologías obsoletas como la incandescente o la halógena, donde el potencial de ahorro es muy elevado, aunque también cuando se dispone de situaciones iniciales menos derrochadoras, como la de la tecnología fluorescente que se ha analizado en este caso. En ocasiones, los plazos de amortización no serán tan reducidos como el del caso que ocupa, pero con tecnología LED, siempre es factible obtener excelentes prestaciones con consumos energéticos muy reducidos. Si a este cambio le añadimos otras actuaciones como el empleo de sistemas de aprovechamiento de la luz natural, los ahorros energéticos, así como las reducciones de emisiones, llegan a ser aún superiores.

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