Monografia - Iluminação Residencial

Monografia - Iluminação Residencial

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Cuiabá – MT Março/2010

Cuiabá – MT Março/2010

Título: ESTRATÉGIAS PARA REDUÇÃO E CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA EM ILUMINAÇÃO

Autor: MARCUS DE ANICÉSIO SOUZA Orientador: DR. MÁRIO KIYOSHI KAWAPHARA Aprovada em 06 de Abril de 2010

Comissão Examinadora

A Deus pela oportunidade de obter conhecimento que vem Dele. Ao meu filho Davi (presente de Deus para minha família) que está a caminho.

• Agradeço a Deus porque Ele é a razão de todas as coisas existirem e Ele é quem me capacita para realizar qualquer coisa nesse mundo.

• Ao professor Dr. Mário Kiyoshi Kawaphara pela orientação, incentivo e apoio não só para mim mas para todos que necessitarem de seus conhecimentos serão atendidos pela grande pessoa que é.

• A todos os professores da Universidade Federal de Mato Grosso do curso de

Especialização em Análise da Qualidade e Eficiência no Uso da Energia Elétrica, onde transmitiram seus conhecimentos.

• A minha esposa Laura Regina, pelo companheirismo e amor doados a mim incondicionalmente.

• Aos meus pais Paulo Pereira e Maria Souza pelas orações e sustento durante meus estudos.

LISTA DE FIGURASi
LISTA DE TABELASi
LISTA DE SÍMBOLOSi
RESUMOiv
ABSTRACTv
1. INTRODUÇÃO1
1.1. PROBLEMÁTICA1
1.2. JUSTIFICATIVA12
1.3. OBJETIVOS15
1.3.1. Objetivo Geral15
1.3.2. Objetivos Específicos15
2. ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL17
BRASILEIRO17
2.2. EXEMPLO DE SOLUÇÕES FORNECIDAS PELOS FABRICANTES27
2.3. PORQUE SUBSTITUIR LÂMPADAS INCANDESCENTES?28
2.4. TÉCNICAS PARA EFICIENTIZAÇÃO29
2.4.1. Iluminação Natural31
2.4.2. Controle de Acendimento35
2.4.3. Eficiência dos Equipamentos38
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS46
4. SUGESTÕES PARA PESQUISA48
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA48
ENERGIA ELÉTRICA48

SUMÁRIO 2.1. ANÁLISE DO USO DA ILUMINAÇÃO NO SETOR RESIDENCIAL 4.1. AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COMO FERRAMENTA PARA 4.2. INFLUÊNCIA DA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL NA ECONOMIA DE 5. REFERÊNCIAS CONSULTADAS............................................................. 49

Figura 1. Visão Noturna da Terra2
Figura 2. Visão Noturna do Brasil2
Figura 3. Distribuição do consumo final de energia elétrica por setor no
Brasil

LISTA DE FIGURAS 3

Residencial (%)

Figura 4. Estrutura de Consumo de Energia Elétrica por Uso Final no Setor 3

Figura 5. Consumo Total Energia por setor no Brasil (GWh)4
Figura 6. Evolução do consumo de Energia final setorial (1970 a 2004)8
Figura 7. Potencial de Economia de Energia Residencial16
Figura 8. Potencial de Economia X Percentual de Economia (% a.a.)17
Residencial Brasileiro

Figura 9. Consumo de Energia Elétrica Utilizada para Iluminação no Setor 17

Figura 10. Participação da Lâmpadas no Setor Residencial Brasileiro18
Cômodo do Domicílio

Figura 1. Distribuição de Lâmpadas Fluorescentes e Incandescentes por 18

Figura 12. Lâmpada LED Modelo Pharox6019
Figura 13. Dados Técnicos Lâmpada LED Pharox6019
de Iluminação

Figura 14. Exemplo de Aplicação da Iluminação Natural Utilizando Dutos 24

Iluminação

Figura 15. Exemplo de Aplicação da Iluminação Natural sem dutos de 24

Figura 16. Exemplo de Atuação de Lente Prismática25
Figura 17. Sistema ActiLume Philips28
Figura 18. Sistema DALI ADVANCED Osram29
Figura 19. Sistema de Controle de Iluminação Lutron30
Residencial

Figura 20. Lâmpadas Incandescentes x Lâmpadas Fluorescentes no Setor 31

Figura 21. Número de Lâmpadas Incandescentes por Domicílio32
(4 horas uso/dia)

Figura 2. Economia Mensal x Quantidade de Lâmpadas Incandescentes 32

Figura 23. Eficiência Luminosa Máxima (lm/W) de Lâmpadas3
Figura 24. Rendimento ƞ (%) de Lâmpadas35
Figura 25. Rendimento (%) X Potência das Lâmpadas (W)36
Tabela 1. Uso da Iluminação no Brasil7
Tabela 2. Energia Final do Balanço Energético Nacional9
Tabela 3. Coeficientes de Destinação Energia Final12
Tabela 4. Distribuição da Energia Final x 1000tEP12
Tabela 5. Coeficientes de Eficiência Energética13
Tabela 6. Distribuição de Energia Útil13
Tabela 7. Rendimento de lâmpadas14
Tabela 8. Rendimentos de Referência para iluminação14
Tabela 9. Potencial de Economia de Energia (tEP)15
Tabela 10. Dados do Consumo de Energia Elétrica no Brasil em 200916
transmissão de luz com o passar do tempo

Tabela 1. Redução na performance dos materiais em relação a 27

(Valores máximos)

Tabela 12. Eficiência Luminosa (lm/W) X Rendimento (ƞ) de Lâmpadas 34

Lâmpada Incandescente pela Fluorescente Compacta

Tabela 13. Economia de Energia Elétrica Mensal com a Substituição da 37

Tabela 14. Perda máxima para reatores das lâmpadas vapor de sódio........ 37

SOUZA,M.A.. Estratégias para redução e conservação de energia elétrica em iluminação. Cuiabá – MT, 2010. Monografia de especialização, Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, Universidade Federal de Mato Grosso.

A iluminação artificial atualmente é responsável por 17% do consumo de energia elétrica no Brasil. Vários estudos desenvolvidos mostram que a iluminação ineficiente é comum no Brasil. Uma combinação de lâmpadas, reatores e refletores eficientes, associados a hábitos saudáveis na sua utilização e a automação de alguns sistemas luminosos, podem ser aplicados para reduzir o consumo de energia elétrica. O potencial de conservação de energia do setor residencial é expressivo. A economia pode chegar a 30% para edificações já existentes, se estas passarem por uma intervenção tipo retrofit (reforma e/ou atualização). Nas novas edificações, ao se utilizar tecnologias energeticamente eficientes desde a concepção inicial do projeto, a economia pode superar 50% do consumo, comparada com uma edificação concebida sem uso dessas tecnologias. A possibilidade de aproveitar este potencial balizou a reavaliação dos principais focos de atuação do PROCEL, o que resultou na criação do subprograma, Procel Edifica, especialmente voltado à Eficiência Energética das Edificações – E, aliada ao Conforto Ambiental – CA.

Palavras-chave: Iluminação natural, Eficiência energética, Iluminação residencial.

SOUZA, M.A.. Strategies for the reduction and conservation of electrical energy in lighting. Cuiabá - MT, 2010. Monograph, School of Architecture, Engineering and Technology, Federal University of Mato Grosso.

Artificial lighting at present is responsible for 17% of the consumption of electrical energy in Brazil and several studies have shown that inefficient lighting is common. A combination of efficient lamps, reactors, and reflectors, associated to healthy habits in their use and the automation of some illumination systems can be applied to reduce the consumption of electrical energy. The potential of conservation of energy in the residential sector is expressive. Economy can reach 30% in already existing buildings if they go through a retrofit intervention (reform and/or updating). In new buildings, by using energetically efficient technologies from the initial concept of the project, the economy can overcome 50% of consumption compared to a building planned without the use of these technologies. The possibility of benefiting by this potential, delimited the re-evaluation of the main focus of action of PROCEL, resulting in the creation of the subprogram Procel Edifica, specifically directed to Energetic Efficiency in Edifications – E, allied to Environmental Confort – EC

Key words: Natural lighting, energetic efficiency, residential lighting.

1. INTRODUÇÃO 1.1.PROBLEMÁTICA

O consumo de energia elétrica no Brasil nas edificações residenciais, comerciais, de serviços e públicas, é bastante significativo. A tendência de crescimento estimada é ainda maior, devido à estabilidade da economia, aliada a uma política de melhor distribuição de renda. Isto permite o acesso da população aos confortos proporcionados pelas novas tecnologias. Soma-se a isto, a elevada taxa de urbanização e a expansão do setor de serviços. Calcula-se que quase 50% da energia elétrica produzida no país sejam consumidas não só na operação e manutenção das edificações, como também nos sistemas artificiais, que proporcionam conforto ambiental para seus usuários, como iluminação, climatização e aquecimento de água [1].

Somado a tendência de aumento do consumo residencial está o fato de que aproximadamente 50% das lâmpadas instaladas no Brasil são incandescentes, ou seja, o perfil da carga utilizada para iluminação no Brasil ainda é bastante ineficiente, com um rendimento que pode chegar à ordem de 2,2%.

Para agravar mais ainda o quadro atual, temos que 51% de todas as lâmpadas importadas para o Brasil no ano de 2006 foram do tipo incandescente, que correspondeu a mais de 173 milhões de lâmpadas trazidas para o Brasil nesse período citado, conforme relatório da Associação Brasileira de Importadores de Produtos de Iluminação (Abilumi), divulgado em setembro de 2007.

Utilizou-se do exemplo das lâmpadas incandescentes para demonstração que apesar de todos os esforços que estão sendo feitos pelo governo brasileiro no sentido de buscar meios para se melhorar a eficiência no uso da energia elétrica, ainda existe muito trabalho a ser feito pois 51% de toda as lâmpadas importadas pelo Brasil são do tipo incandescentes, neste contexto o assunto da iluminação artificial deve ser estudado, principalmente, porque o setor residencial é o que mais se utiliza desse tipo de lâmpada e que portanto, é o setor que mais sofre com o uso de sistemas de iluminação artificial pouco eficientes. De acordo com o estudo da Abilumi, a média no Brasil é de quatro lâmpadas incandescentes/domicílio, sendo que, a região Centro- Oeste está um pouco acima da média nacional, com aproximadamente 4,5 lâmpadas incandescentes/domicílio.

A Eletrobrás e o Inmetro lançaram, no dia 2 de julho de 2009, a primeira Etiqueta de Eficiência Energética em Edificações para edifícios comerciais, de serviços e públicos. As edificações desses setores são responsáveis por aproximadamente 23% do consumo de energia elétrica no Brasil [2].

Como pode ser observado na Figura 1 e 2, uma visão noturna da Terra e do

Brasil, apesar de toda luz produzida artificialmente, estima-se que as incandescentes tem uma participação de apenas 20% em relação ao total mundial de luz produzida por todas as lâmpadas.

Figura 1 - Visão Noturna da Terra - Foto de Satélite

Figura 2 - Visão Noturna do Brasil – Foto de satélite

1.2. JUSTIFICATIVA

A iluminação artificial é responsável por 17% do consumo final de energia elétrica no Brasil, sendo que o setor residencial é responsável por aproximadamente 26% do consumo nacional de energia elétrica, conforme Figura 3, isso representa mais de 100.000GWh/a, conforme Figura 5. Em uma residência 24% do consumo total é destinado à iluminação com um potencial de economia de energia elétrica de quase 50% conforme dados do Ministério de Minas e Energia (MME), 2005,conforme Figura 4.

Residencial

Figura 3 - Distribuição do consumo final de energia elétrica por setor no Brasil - Fonte: EPE 2009

Refrigeração 32%

Calor de Processo 26%

Iluminação 24%

Aquecimento Direto 8%

Outros Usos 7%

Força Motriz 3%

Figura 4 -Estrutura de Consumo de Energia Elétrica por Uso Final no Setor Residencial (%) 2005 – Fonte: MME / Balanço de energia útil (BEU) 2005.

Comercial

Figura 5 - Consumo Total Energia por setor no Brasil (GWh/a) - Fonte EPE 2009

Obviamente conclui-se que, se o setor residencial é o que mais se utiliza de sistemas de iluminação ineficientes, esse setor é o que tem o maior potencial para se realizar estudos de eficiência energética na área de iluminação com resultados muito promissores.

No Brasil, as barreiras que impedem o acesso das pessoas a tecnologia estão caindo cada vez mais, isso traz um resultado enorme para o uso de soluções energeticamente mais eficientes e automatizadas nos processos residenciais.

O fato do ser humano estar em um processo constante de adquirir conhecimento e otimizar o seu trabalho, faz com que de alguma forma haja a possibilidade de existir algum tipo (por mais simples que seja) de automação no sistema de iluminação em sua casa, por exemplo, um simples sensor de presença, um controle manual ou automático da quantidade de luz de um determinado ambiente, um sistema de utilização da luz natural, entre outros.

Não existem barreiras para o uso de sistemas mais eficientes e sistemas de automação residencial, essa solução pode ser utilizada, e o é, em qualquer local ou em qualquer circunstância. O que torna essa aplicação possível ou não é a viabilidade técnica, econômica ou de segurança de cada processo.

Desde a instalação mais simples até a mais moderna, sempre existe algum processo que possa ser melhorado para proporcionar ao usuário um melhor aproveitamento da energia utilizada para iluminação e um conforto ou uma praticidade em suas atividades dentro da sua residência.

A Diretoria Colegiada da ANEEL aprovou, no dia 25 de agosto de 2009, as regras para utilização da rede elétrica para transmissão de dados, voz e imagem e acesso à Internet em alta velocidade por meio da tecnologia Power Line Communications (PLC). A Resolução Normativa nº 375/2009 que estabelece as condições de compartilhamento da infra-estrutura das distribuidoras vai permitir significativos avanços ao país, com importante estímulo à inclusão digital, pois 95% da população brasileira têm acesso à eletricidade por meio de 63 concessionárias e 24 cooperativas, que levam energia a 63,9 milhões de unidades consumidoras no País [3].

Segundo o estudo feito pelo professor Moisés Vidal Ribeiro, da Universidade

Federal de Juiz de Fora, a tecnologia Power Line Communications (PLC) já permite a automação residencial, a ligação da internet aos serviços de segurança, vídeo conferências e acesso a TV de alta definição [4].

Cerca de 700 lares brasileiros, já tem recursos high-tech, e de acordo com um relatório do ABI Research, até 2011 as vendas superarão 2,8 milhões de sistemas e com a padronização dos sistemas de automação e a introdução do tipo "do-ityourself", com serviços inovadores ligados ao mercado residencial [5]. A ABI Research é uma empresa de informações dedicada somente a novas tendências em conectividade e tecnologia.

É nesse contexto de crescimento do consumo de energia elétrica do setor residencial, no entendimento de que atualmente os sistemas de iluminação residenciais ainda são bastante ineficientes energeticamente falando - mas com uma participação bastante considerável no cenário do consumo nacional - e na democratização do acesso das pessoas as tecnologias, é que esse estudo torna-se interessante pelo fato de se ter a oportunidade de conhecer um pouco mais sobre a iluminação residencial olhando do ponto de vista da eficiência energética.

1.3. OBJETIVOS

1.3.1. Objetivo Geral

Este trabalho tem por objetivo geral o estudo de sistemas de iluminação residencial com o foco em eficiência no uso da energia elétrica destinada a suprir os diversos tipos de cargas utilizadas para se iluminar ambientes residenciais.

1.3.2. Objetivos Específicos

Para se alcançar o principal objetivo de estudar as técnicas e materiais/equipamentos que possam nos proporcionar usos mais eficientes dos sistemas de iluminação residenciais, teve-se que realizar um levantamento bibliográfico e consultas sobre o assunto, buscou-se através de alguns fabricantes, algumas soluções existentes atualmente no mercado para esse tipo de assunto e estudou-se o que está sendo feito no país pelas áreas específicas do governo analisando seus relatórios: a) Demonstrar algumas soluções existentes para obtenção de sistemas de iluminação mais eficientes. É baseado no contexto de acessibilidade às informações e principalmente acesso a tecnologia existente que esse estudo vem para demonstrar que é possível através de práticas simples, adotar soluções que além da atender as necessidades das pessoas possam proporcionar a utilização racional de energia elétrica e o uso de sistemas e/ou equipamentos mais eficientes para a sistemas de iluminação; b) Demonstrar o Potencial de Economia de um sistema de iluminação.

Esse potencial pode ser alcançado caso sejam trabalhados alguns pontos em uma residência, com o objetivo de além de proporcionar aos usuários conforto e praticidade, um melhor aproveitamento das fontes energéticas, reduzindo desperdícios e gastos desnecessários, utilizando-se de algumas soluções da automação residencial como uma ferramenta para uma eficiência energética; c) Apresentar alguns dados estatísticos do consumo de energia elétrica em sistemas de iluminação no setor residencial brasileiro.

2. ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL

2.1. ANÁLISE DO USO DA ILUMINAÇÃO NO SETOR RESIDENCIAL BRASILEIRO

Conforme apresentado na Tabela 1 e na Figura 4, estima-se que a iluminação responda por quase 25% do consumo de eletricidade no setor residencial, o que correspondeu a cerca de 25.0 GWh no ano de 2009. Expresso de outro modo, o consumo médio de um domicílio com iluminação situa-se próximo a 160 kWh/domicílio/ano.

Tabela 2 - Uso da Iluminação no Brasil

Setores Energia

Total (GWh/a)

Coeficiente . de Destinação

Distrib. da Energia Final (GWh/a)

Coefic. de

Energia Elétrica

Coefic. de Eficiência de Referência

Distrib. de Energia

Útil (GWh/a)

Potencial de Economia de

Energia (GWh/a)

Dentre outros, existem três aspectos que se bem trabalhados podem garantir uma maior eficiência energética em iluminação em edificações residenciais, os três aspectos são: 1) Iluminação natural: O Brasil possui uma das abóbadas celestes mais claras do mundo, com baixa nebulosidade em muitos pontos de seu território. Aproveitar bem a iluminação natural é um princípio que deve nortear cada processo de eficientização de iluminação. 2) Controle do acendimento: Na grande maioria das instalações elétricas residenciais, o comando das lâmpadas é feito pelo interruptor – é comum, assim, haver um pequeno ponto de uso estar interligado com uma imensa área ou uma imensa área iluminada sem a presença de nenhum usuário . Hoje existem vários dispositivos – sensores de presença, timers, dimers, etc. – que podem promover um uso racional da iluminação artificial nos diversos tipos de ambientes. 3) Uso de lâmpadas, reatores e luminárias eficientes: este é o processo mais conhecido e empregado na eficientização, que consiste na troca por equipamentos (retrofit) que proporcionarão o mesmo ou maior índice luminotécnico, com menor gasto de energia elétrica [6].

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