Design de iluminação LED 2024: Compreendendo os conceitos básicos

O design de iluminação é muito importante em projetos de construção, e os melhores resultados são alcançados usando cálculos de iluminação detalhados em vez de “regras práticas”. Comparado com outros componentes, como equipamentos HVAC e instalações hidráulicas, o sistema de iluminação é especial – há um fator subjetivo e artístico envolvido. Os projetos de iluminação devem proporcionar visibilidade suficiente, mas também definir o ambiente dos ambientes construídos.

A iluminação LED é frequentemente recomendada por consultores de energia. O período de retorno é normalmente inferior a três anos e os principais fabricantes oferecem uma garantia de cinco anos. Como o custo inicial é recuperado durante o período de garantia, a iluminação LED é um investimento muito seguro.

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A comunicação eficaz é importante em qualquer projeto e isso só é possível se todos estiverem familiarizados com os principais conceitos técnicos. Este artigo fornecerá uma visão geral dos principais termos usados ​​ao especificar um sistema de iluminação.

O Lúmen: Unidade Básica de Fluxo Luminoso

Assim como uma corrente elétrica é medida em amperes e o volume de água em galões, a emissão de luz de uma lâmpada é medida em lúmens. Watts são frequentemente usados ​​para descrever o brilho da lâmpada, mas esta é uma prática incorreta que confunde:

• Algumas décadas atrás, quando a maioria das lâmpadas eram incandescentes, o brilho poderia ser descrito em watts. Houve uma relação direta entre os lúmens produzidos e os watts consumidos.
• No entanto, isto é confuso quando se comparam diferentes tipos de lâmpadas. A eficácia da conversão de watts em lúmens muda dependendo da tecnologia de iluminação.
• Por exemplo, a saída de lúmen é aproximadamente a mesma para uma lâmpada incandescente de 60W, uma lâmpada fluorescente compacta de 15W e uma lâmpada LED de 9W.

Um equívoco comum sobre a iluminação LED é que você acaba com uma sala mais escura devido à menor potência. No entanto, isso vem da velha prática de descrever o brilho em watts, quando a unidade correta é o lúmen.

O conceito de eficácia luminosa descreve quão bem uma lâmpada converte watts em lúmens, semelhante ao consumo de combustível (MPG) de um carro. Se as três lâmpadas acima descritas produzem 900 lúmens cada, os seus valores de eficácia luminosa são os seguintes:

Assim como um carro com alto MPG tem menor custo de combustível por quilômetro, uma fonte de luz que produz muitos lúmens por watt tem menor custo de energia. Do ponto de vista financeiro, as atualizações de LED estão entre as melhores medidas de eficiência energética para edifícios.

Os lúmens são úteis para descrever a saída das lâmpadas. No entanto, uma unidade de medida diferente é usada para descrever a iluminação necessária para uma área específica. Por exemplo, 10.000 lúmens são luz mais que suficiente para um pequeno escritório, mas o seu efeito é quase imperceptível num grande armazém. O conceito de iluminância é usado para descrever a iluminação necessária em ambientes construídos.

Iluminância: Lúmens por Unidade de Área

As necessidades de iluminação de uma determinada ocupação são descritas com um valor de iluminância, que não é afetado pelo tamanho. Existem duas unidades de medida comuns para iluminância:

• Lux (lx) – lúmens por metro quadrado.
• Footcandle (fc) – lúmens por pé quadrado.
• 1 fc = 10,7639 lx

Como a iluminância é especificada por unidade de área, o tamanho da sala não importa – uma iluminância de 50 fc tem o mesmo significado para escritórios de 500 pés quadrados e 2.500 pés quadrados. A diferença é que o escritório maior precisa de mais luminárias para atingir 50 fc. O Manual de Iluminação IESNA fornece valores de projeto de iluminância para cada classificação de ocupação.

Em projetos de iluminação reais, a iluminância varia devido ao espaçamento das luminárias e aos formatos dos feixes. Contudo, pequenas variações são aceitáveis, a menos que algumas áreas estejam muito escuras ou muito claras. A iluminância é determinada não apenas pela distribuição da iluminação, mas também pelas características do ambiente, como altura do teto e cores da superfície. Os cálculos manuais de iluminação são complexos, mas o processo é automatizado com software em designs modernos.

Fotometria: Qual é o formato do feixe das lâmpadas?

A forma do feixe de luz é outro aspecto importante considerado pelos designers de iluminação. Por exemplo, os holofotes concentram a sua saída num feixe estreito voltado para baixo, enquanto os troffers espalham a sua saída pela maior área possível para uma iluminação uniforme.

• Não presuma que duas lâmpadas podem ser utilizadas para a mesma aplicação, apenas porque suas bases têm o mesmo formato.
• Lâmpadas com formato de feixe incorreto resultarão em iluminação irregular, mesmo que a emissão total de lúmenes esteja correta.

O formato do feixe de uma lâmpada é tridimensional e pode ser simulado por um software de design de iluminação. As folhas cortadas de iluminação descrevem o feixe com formas 2D, paralelas e perpendiculares à lâmpada, uma vez que um feixe 3D não pode ser representado completamente. Porém, os modelos de produtos utilizados para software possuem o feixe completo simulado em 3D.

Temperatura de cor e índice de reprodução de cor

Duas métricas são usadas para descrever o desempenho das cores da iluminação – uma para a fonte de luz e outra para os objetos que ela ilumina.

• O temperatura de cor correlacionada (CCT) descreve a cor da própria fonte de luz. Cada CCT possui aplicações diferentes e nenhuma cor pode ser considerada “a melhor”.
• O índice de reprodução de cores (CRI) descreve a fidelidade com que a fonte de luz reproduz as cores dos objetos e superfícies. O CRI máximo é 100, descrevendo uma fonte de luz que corresponde à qualidade da luz solar – um CRI mais alto é sempre melhor, independentemente da aplicação.

Usando valores de temperatura para descrever cores de iluminação

Os objetos brilham em uma cor característica dependendo da temperatura, e é por isso que a lava de um vulcão parece vermelha. O mesmo princípio se aplica às estrelas, onde uma estrela amarela como o Sol é mais quente que uma estrela vermelha e uma estrela azul é mais quente que uma amarela. Na física, esse comportamento é descrito com um conceito abstrato denominado “corpo negro”, que é um objeto que só emite luz quando aquecido, e cada temperatura corresponde a uma cor específica.

As lâmpadas não são aquecidas à temperatura de cor correlacionada, mas é uma maneira conveniente de atribuir um número à sua cor. Se uma lâmpada tiver uma CCT de 4000K, ela brilhará com a mesma cor que um “corpo negro” a 4000K, mas a própria fonte de luz não atinge essa temperatura. Na maioria dos edifícios residenciais e comerciais, o CCT varia de 2700K (branco amarelado) a 6500K (branco azulado).

A cor de iluminação ideal depende das preferências pessoais, mas os seguintes princípios se aplicam à maioria dos designs de iluminação:

• Baixas temperaturas de cor como 2700K são consideradas “quentes” e tendem a ter um efeito relaxante. Eles são preferidos em áreas como quartos de casa, quartos de hotel e restaurantes sofisticados. As cores quentes não são adequadas para ambientes comerciais e industriais, onde o efeito relaxante pode ser contraproducente.
• Altas temperaturas de cor como 6500K são consideradas “frias” e tendem a ter um efeito energizante, aumentando a conscientização. Eles são preferidos em aplicações onde é necessária visibilidade máxima, como fabricação de alta precisão. Cores frias podem atrasar o sono quando usadas em casas e apartamentos, e algumas pessoas podem ficar estressadas com essas cores após uma longa exposição.
• Valores CCT em torno de 4000K são percebidos como “neutros” e considerados equilibrados. O branco neutro é a cor de iluminação ideal para escritórios, salas de aula, cozinhas e outras áreas onde as pessoas se concentram por longos períodos.

Efeito da fonte de luz em objetos e superfícies

Mesmo que duas lâmpadas tenham o mesmo CCT, a qualidade da iluminação pode diferir dependendo do índice de reprodução de cores. Um CRI de 100 significa que a fonte de luz é tão boa quanto a luz solar.

• Apesar de sua baixa eficiência energética, as lâmpadas incandescentes e halógenas têm um CRI de 100.
• As lâmpadas fluorescentes tendem a ter os valores de CRI mais baixos e as lâmpadas de baixa qualidade ficam abaixo de 70.
• Os valores CRI para lâmpadas LED podem variar muito dependendo da qualidade do produto. Os produtos de baixo custo ficam abaixo de 70, enquanto os LEDs de alto desempenho atingem valores próximos a 100.

O CRI mínimo para uma lâmpada ENERGY STAR é 80, o que significa que você deve procurar lâmpadas rotuladas para obter iluminação de alta qualidade. O rótulo também significa que um produto de iluminação é confiável, pois passou por rigorosos testes de laboratório.

Ao lidar com lâmpadas LED, um CRI mais alto normalmente vem com um preço mais alto. Porém, há locais onde a métrica do CRI é muito importante, como galerias de arte e lojas de shopping centers.

Conclusão

As atualizações de LED podem reduzir os custos de iluminação em 30-90% na maioria dos casos, dependendo dos tipos de lâmpadas substituídas. Em espaços com ar condicionado, a redução da produção de calor dos LED também resulta numa pequena poupança de refrigeração.

Pode ser tentador simplesmente substituir as lâmpadas existentes pelos LED mais eficientes disponíveis, mas o design de iluminação não deve ser negligenciado. As poupanças de electricidade são bem-vindas, mas não devem ser alcançadas em detrimento da qualidade.

Se você tiver uma propriedade em Nova York coberta pela Lei Local 88, deverá atualizar os sistemas de iluminação de acordo com o Código de Conservação de Energia até 2025. No entanto, você pode obter um ROI mais alto excedendo o nível de eficiência exigido pelo código, ao usar o oportunidade de melhorar a qualidade da iluminação.