CAPÍTULO 6: ÁREAS DE ESTUDIO Y MEDIDAS DE AHORRO ENERGÉTICO

CAPÍTULO 6: ÁREAS DE ESTUDIO Y MEDIDAS DE AHORRO ENERGÉTICO CURSO GESTOR ENERGÉTICO AMBIENTUM ÍNDICE DE CONTENIDOS 1 ILUMINACIÓN ................

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CAPÍTULO 6: ÁREAS DE ESTUDIO Y MEDIDAS DE AHORRO ENERGÉTICO

CURSO GESTOR ENERGÉTICO AMBIENTUM

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1

ILUMINACIÓN ........................................................................................... 10 1.1

FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................. 10

1.2

MEDICIÓN DE LA LUZ ....................................................................... 12

1.2.1

MEDIDAS CUANTITATIVAS ........................................................ 13

1.2.1.1

Flujo luminoso (lumen, lm) ........................................................ 13

1.2.1.2

Intensidad luminosa .................................................................. 14

1.2.1.3

Luminancia ................................................................................ 15

1.2.1.4

Nivel de iluminación o iluminancia (lux) ..................................... 16

1.2.2

VALORES DE CALIDAD DE LA LUZ ........................................... 20

1.2.2.1

Temperatura de color ................................................................ 20

1.2.2.2

Índice de rendimiento de color .................................................. 21

1.3

TIPOS DE LÁMPARAS ....................................................................... 23

1.3.1

VIDA O DURACIÓN ..................................................................... 23

1.3.2

LÁMPARAS INCANDESCENTES ................................................ 25

1.3.3

LÁMPARAS DE DESCARGA ....................................................... 30

1.3.4

LÁMPARAS DE INDUCCIÓN ....................................................... 46

1.3.5

LÁMPARAS CON TECNOLOGÍA LED ......................................... 48

1.4

ILUMINACIÓN INTERIOR ................................................................... 51

1.4.1

ILUMINACIÓN DOMÉSTICA ........................................................ 52

1.4.2

ILUMINACIÓN INDUSTRIAL ........................................................ 53

1.4.3

ILUMINACIÓN DE OFICINAS ...................................................... 56

1.4.4

ILUMINACIÓN EN COMERCIOS ................................................. 58

1.4.5

MEDIDAS DE AHORRO EN ILUMINACIÓN INTERIOR .............. 59

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1.5

ILUMINACIÓN EXTERIOR ................................................................. 64

1.5.1

COMPONENTES DE ILUMINACIÓN EXTERIOR ........................ 64

1.5.2

CONTROL DEL FLUJO LUMINOSO ............................................ 68

1.5.3

ALUMBRADO VIAL Y URBANO................................................... 69

1.5.4

ALUMBRADO DE PATRIMONIO, PARQUES Y JARDINES ........ 73

1.5.5

MEDIDAS DE AHORRO EN ALUMBRADO PÚBLICO ................ 74

1.5.6

ILUMINACIÓN ESPECIAL ............................................................ 91

1.5.6.1 2

Alumbrado deportivo ................................................................. 91

CLIMATIZACIÓN Y AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS) ....................... 93 2.1

CONCEPTOS BÁSICOS ..................................................................... 93

2.1.1 2.2

ELEMENTOS DE CONSUMO DE ENERGÍA ............................... 96

SISTEMAS DE CALEFACCIÓN Y ACS .............................................. 97

2.2.1

CALEFACCIÓN ............................................................................ 97

2.2.2

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE CALOR Y ACS ..................... 98

2.2.3

SISTEMAS ELÉCTRICOS .......................................................... 101

2.2.4

SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN ................................................. 106

2.2.5

UNIDADES TERMINALES ......................................................... 107

2.3

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN ................................................... 108

2.3.1

SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE FRÍO ..................................... 108

2.3.2

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN ................................................... 111

2.3.3

UNIDADES TERMINALES ......................................................... 111

2.4

SISTEMAS DE VENTILACIÓN ......................................................... 113

2.5

AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS) ............................................... 115

2.6

MEDIDAS

DE

AHORRO

Y

EFICIENCIA

ENERGÉTICA

EN

CLIMATIZACIÓN Y ACS ............................................................................ 118 2.6.1

AHORRO DE ENERGÍA EN LA CLIMATIZACIÓN ..................... 118

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2.6.2

MEDIDAS DE AHORRO ENERGÉTICO EN AGUA CALIENTE

SANITARIA ............................................................................................. 123 3

EQUIPOS ................................................................................................ 125 3.1

CONCEPTOS BÁSICOS ................................................................... 125

3.2

EQUIPOS EN UN ENTORNO DOMÉSTICO Y ADMINISTRATIVO.. 126

3.2.1

CONSUMO DE ENERGÍA .......................................................... 126

3.2.2

EQUIPOS OFIMÁTICOS ............................................................ 128

3.2.3

ASCENSORES/ESCALERAS MECÁNICAS .............................. 129

3.2.4

MOTORES Y BOMBAS .............................................................. 130

3.3

EQUIPOS INDUSTRIALES ............................................................... 131

3.3.1

GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE VAPOR, HORNOS Y

CALDERAS ............................................................................................. 131 3.3.2

GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO ...... 133

3.3.3

GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE FRÍO INDUSTRIAL ........ 135

3.3.4

MOTORES Y BOMBAS .............................................................. 138

3.4

MEDIDAS DE AHORRO ENERGÉTICO EN EQUIPOS ................... 145

3.4.1

MEDIDAS DE AHORRO EN ELECTRODOMÉSTICOS ............. 146

3.4.2

MEDIDAS EN EQUIPOS OFIMÁTICOS ..................................... 148

3.4.3

MEDIDAS EN ASCENSORES Y/ ESCALERAS MECÁNICAS .. 150

3.4.4

MEDIDAS EN MOTORES Y BOMBAS....................................... 152

CASO PRÁCTICO Nº 4: CÁLCULO DE MEDIDAS DE AHORRO EN ILUMINACIÓN, CLIMATIZACIÓN, PRODUCCIÓN DE ACS Y EQUIPOS ..... 154 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 163

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Colores según frecuencia o longitud de onda. Fuente: PHILIPS ........ 12 Tabla 2: Niveles de iluminación naturales. Fuente: Ente Regional de la Energía de Castilla y León ............................................................................................. 17 Tabla 3: Niveles de iluminación para diferentes estancias y actividades ......... 19 Tabla 4: Apariencia del color de la luz, según su temperatura de color ........... 20 Tabla 5: Apariencia del color de la luz, según su temperatura de color, y sensación que genera ...................................................................................... 21 Tabla 6: Apariencia de color y rendimiento de color. Fuente: Comisión Internacional de la Iluminación ......................................................................... 22 Tabla 7: Vida promedio para los principales tipos de lámparas. Fuente: Ente Regional de la Energía de Castilla y León ....................................................... 25 Tabla 8: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas incandescentes normales. Fuente: Ente Regional de la Energía de Castilla y León ................. 26 Tabla 9: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas incandescentes normales. Fuente: Ente Regional de la Energía de Castilla y León ................. 29 Tabla 10: Temperatura de color en lámparas fluorescentes ............................ 32 Tabla 11: Clasificación de los tipos de lámparas fluorescentes presentes en el mercado ........................................................................................................... 33 Tabla 12: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas VMAP ..................... 35 Tabla 13: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas de luz mezcla ......... 36 Tabla 14: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas de halogenuros metálicos .......................................................................................................... 39 Tabla 15: Temperaturas de color en lámparas de halogenuros metálicos ....... 40 Tabla 16: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas de VSBP ................ 41 Tabla 17: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas de VSAP ................ 45 Curso de Gestor Energético y Eficiencia Energética- Ambientum

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Tabla 18: Relación Potencia/Flujo luminoso en lámparas de inducción ........... 47 Tabla 19: Características de las lámparas de tecnología LED ......................... 49 Tabla 20: Valores de iluminancia media recomendados para diferentes actividades en espacios interiores.................................................................... 52 Tabla 21: Valores de iluminancia media recomendados para diferentes espacios industriales ........................................................................................ 54 Tabla 22: Niveles de iluminancia en alumbrado de oficinas ............................. 57 Tabla 23: Alumbrado de oficinas ...................................................................... 57 Tabla 24: Alumbrado comercial ........................................................................ 59 Tabla 25: Iluminación vial. Luminarias, lámparas y equipos eléctricos asociados ......................................................................................................................... 71 Tabla 26: Lámparas y equipos eléctricos asociados ........................................ 74 Tabla 27: Niveles de iluminancia en alumbrado deportivo ............................... 91 Tabla 28: Propiedades de los distintos combustibles ....................................... 99 Tabla 29: Propiedades de los diferentes tipos de enfriadoras ........................ 110 Tabla 30: Categoría energética de los equipos .............................................. 126 Tabla 31: Propiedades de los distintos tipos de fluidos usados en los sistemas de distribución de calor .................................................................................. 132

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Espectro electromagnético ................................................................ 11 Figura 2. Clasificación de las medidas de la luz ............................................... 12 Figura 3. Ejemplos de iluminancia en condiciones de luz naturales................. 17 Figura 4. Escala de asignación de temperatura de color ................................. 20 Figura 5. Elementos que conforman una lámpara incandescente convencional ......................................................................................................................... 26 Figura 6. Lámpara incandescente halógena. Fuente: Catálogo de PHILIPS ... 28 Figura 7. Lámpara fluorescente de vapor de mercurio a baja presión. Fuente: Catálogo de PHILIPS ....................................................................................... 30 Figura 8. Esquema de encendido de una lámpara fluorescente ...................... 31 Figura 9. Esquema de una lámpara de vapor de mercurio a alta presión ........ 34 Figura 10. Esquema de una lámpara de descarga de luz mezcla .................... 36 Figura 11. Lámpara de descarga de halogenuros metálicos y esquemas de encendido ......................................................................................................... 38 Figura 12. Lámpara de descarga de VSBP y esquema de conexión ............... 41 Figura 13. Objeto bajo un espectro de luz continuo, versus, objeto bajo la luz monocromática que emite una lámpara de vapor de sodio de baja presión .... 43 Figura 14. Lámparas de descarga de VSAP y esquemas de conexión ............ 44 Figura 15. Lámpara de inducción. Fuente: IDAE.............................................. 47 Figura 16. Iluminación industrial. Fuente: Lledó iluminación ............................ 56 Figura 17. . Iluminación de oficina. Fuente: Lledó iluminación ......................... 58 Figura 18. Lámparas de descarga. Fuente: Philips .......................................... 65 Figura 19. Reflexión óptica de la luz de diferentes tipos de reflectores............ 65 Figura 20. Partes de las que se compone una luminaria ................................. 66

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Figura 21. Diagrama de intensidad luminosa de una luminaria modelo Europa 2. Fuente: PHILIPS .......................................................................................... 66 Figura 22. Soportes para luminarias ................................................................ 67 Figura 23. Centro de mando. Fuente: Archivo CREARA .................................. 72 Figura 24. Equipo de telegestión instalado en un punto de luz ........................ 88 Figura 25. Equipo de telegestión instalado en un centro de mando ................. 90 Figura 26. Iluminación espacio deportivo. Fuente: Philips Ligthing .................. 92 Figura 27. Esquema de funcionamiento de una caldera .................................. 98 Figura 28. Esquema de funcionamiento de una caldera con acumulador ........ 99 Figura 29. Esquema de funcionamiento de una bomba de calor ................... 102 Figura 30. Bomba de calor ............................................................................. 104 Figura 31. Instalación de suelo radiante para calefacción .............................. 105 Figura 32. Esquema de una climatizadora ..................................................... 106 Figura 33. Unidad terminal, tipo radiador ....................................................... 107 Figura 34. Torre de refrigeración .................................................................... 109 Figura 35. Esquema de una enfriadora .......................................................... 110 Figura 36. Sistema de expansión directa o por compresión para la refrigeración ....................................................................................................................... 112 Figura 37. Esquema de climatización con presión positiva ............................ 113 Figura 38. Esquema de climatización con presión negativa ........................... 114 Figura 39. UTA con recirculación de aire ....................................................... 114 Figura 40. Calentador de gas ......................................................................... 116 Figura 41. Calentador eléctrico ...................................................................... 116 Figura 42. Calentador eléctrico con acumulador ............................................ 117 Figura 43. Ventanas de tipo climalit, con doble acristalamiento ..................... 119 Figura 44. Burletes para ventanas ................................................................. 119

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Figura 45. Esquema de una instalación de ACS por medio de placas solares ....................................................................................................................... 123 Figura 46. Centro de procesamiento de datos (CPD) .................................... 128 Figura 47. Esquema del ciclo de enfriamiento por compresión ...................... 136 Figura 48. Esquema de funcionamiento del ciclo de enfriamiento por absorción ....................................................................................................................... 137 Figura 49. Regleta eliminadora de standby .................................................... 150

ÍNDICE DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Consumo de las diferentes lámparas de alumbrado público. Fuente: Creara .............................................................................................................. 76 Gráfica 2. Curva de depreciación del sistema óptico-cierre de las luminarias . 84 Gráfica 3. Evolución de las componentes voltaje, corriente y potencia a lo largo del tiempo, asociados al funcionamiento de un motor .................................... 141 Gráfica 4. Representación del punto de funcionamiento de la bomba ........... 142 Gráfica 5. Representación de la pérdida de carga de la instalación ............... 143 Gráfica 6. Curva de carga de la bomba, con aplicación de variadores de frecuencia ....................................................................................................... 144

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1

ILUMINACIÓN

Hoy en día la iluminación es un elemento básico para el desarrollo de cualquier actividad. Los hábitos y el desarrollo de actividades en espacios interiores, determina que la luz natural no cubra por completo las necesidades de iluminación, esto nos obliga a utilizar la luz artificial. Lo que se traduce en un gran consumo energético que hay que controlar para que el consumo realizado sea lo más eficiente posible.

1.1

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La luz es una forma de energía que se manifiesta como una radiación electromagnética. El color de dicha luz viene determinado por la longitud de onda de esta radiación, y es esa longitud de onda la que marca la diferencia con el resto de ondas electromagnéticas como pueden ser: las ondas de radio, radar, microondas, radiación ultravioleta, rayos X.

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Figura 1. Espectro electromagnético

El color, es la sensación percibida por el ojo humano, y este color será uno u otro en función de la longitud de esta onda.

Según esta longitud de onda nuestro ojo va a percibir los siguientes colores:

Color

Longitud de onda

Frecuencia

Rojo

~ 625-740 nm*

~ 480-405 THz

Naranja

~ 590-625 nm

~ 510-480 THz

Amarillo

~ 565-590 nm

~ 530-510 THz

Verde

~ 520-565 nm

~ 580-530 THz

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Color

Longitud de onda

Frecuencia

Azul

~ 450-500 nm

~ 670-600 THz

Indigo

~ 430-450 nm

~ 700-670 THz

Violeta

~ 380-430 nm

~ 790-700 THz

Tabla 1: Colores según frecuencia o longitud de onda. Fuente: PHILIPS

1.2

MEDICIÓN DE LA LUZ

Hay diferentes formas de medir la luz, ya sea con medidas cuantitativas o fijándose en la calidad de ésta.

Figura 2. Clasificación de las medidas de la luz

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1.2.1 MEDIDAS CUANTITATIVAS 1.2.1.1 Flujo luminoso (lumen, lm)

La unidad de flujo luminoso es el lumen (lm), muy semejante al vatio de potencia.

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 = 𝜙 =

𝑄 = 𝑙𝑚 𝑡

Donde Q es la cantidad de luz o caudal luminoso, y t es el tiempo en segundos.

El flujo luminoso es la capacidad de radiación luminosa valorada por el ojo humano. Determina la eficiencia de las fuentes de luz, y se utiliza para el cálculo del rendimiento lumínico de las fuentes de luz.

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1.2.1.2 Intensidad luminosa

Se define como la cantidad de flujo luminoso que emite una fuente por unidad de ángulo, en una dirección concreta. Su unidad de medida es la candela (cd).

𝐼𝑣 =

𝑑𝐹 𝑑𝛺

Donde: Iv es la intensidad luminosa, medida en candelas. F es el flujo luminoso, en lúmenes. dΩ es el elemento diferencial del ángulo, en estereorradianes.

Esta intensidad luminosa se relaciona con la sensibilidad del ojo, mediante la curva de sensibilidad del ojo.

Teniendo en cuenta este aspecto se considerará una fuente puntual a aquella que emite la misma intensidad luminosa en todas las direcciones consideradas. Por el contrario, será una fuente o superficie reflectora de Lambert aquella en que la intensidad varíe con el coseno del ángulo entre la dirección considerada y la normal a la superficie, o eje de simetría de la fuente.

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1.2.1.3 Luminancia

Es la densidad angular y superficial de flujo luminoso que incide, atraviesa o emerge de una superficie siguiendo una dirección determinada. Se puede definir también como la densidad superficial de intensidad luminosa en una dirección dada.

𝑑2 𝐹 𝐿𝑣 = 𝑑𝑆𝑑𝛺𝑐𝑜𝑠𝜃

Donde: Lv es la luminancia, medida en candelas/metro2. F es el flujo luminoso, en lúmenes. dS es el elemento de superficie considerado, en m2. dΩ es el elemento de ángulo sólido, en estereorradianes. � es el ángulo entre la normal de la superficie y la dirección considerada.

La luminancia tiene como su equivalente psicológico al brillo. Considerando el caso de emisión o reflexión de la luz por parte de superficies planas y difusas, la luminancia indicaría la cantidad de flujo luminoso que el ojo percibiría para un punto de vista particular.

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1.2.1.4 Nivel de iluminación o iluminancia (lux)

Es la relación entre el flujo luminoso y la superficie iluminada. Tiene una unidad de medida propia denominada lux (lx).

𝐼𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝐸 =

𝜙 = 𝑙𝑢𝑥 𝑆

Esta magnitud es muy importante en luminotecnia porque caracteriza a la fuente de luz, define en conjunto la eficiencia de una luminaria y las lámparas que contiene. Esto se representa mediante las curvas de distribución luminosa características de toda luminaria. Estas curvas muestran la distribución de la luz en dos planos, uno vertical a lo largo del eje longitudinal de la luminaria y otro perpendicular a dicho eje. Curso de Gestor Energético y Eficiencia Energética- Ambientum

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A continuación se muestran las condiciones de iluminancia que se pueden dar en la naturaleza:

Condiciones

Iluminancia (lux)

A pleno sol en verano y a mediodía

120.000 a 200.000

A pleno sol en verano, por la mañana

10.000 a 100.000

A pleno sol, sombra de un árbol

6.000 a 50.000

En el interior de una casa, en verano con sol

1.000 a 1.500

En el interior de una casa, en invierno

200 a 300

En invierno con lluvia, en el exterior

250 a 400

De noche con luna llena

0,1 a 0,5

De noche, la luna nueva y estrellado

0,002 a 0,005

Tabla 2: Niveles de iluminación naturales. Fuente: Ente Regional de la Energía de Castilla y León

Figura 3. Ejemplos de iluminancia en condiciones de luz naturales

Los niveles de iluminación para un local dependen de las actividades que se vayan a realizar en él. En general se puede distinguir entre tareas con requerimientos luminosos mínimos, normales o exigentes. Curso de Gestor Energético y Eficiencia Energética- Ambientum

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El caso de requerimientos luminosos mínimos engloba las zonas de paso (pasillos, vestíbulos, etc.) o los locales poco utilizados (almacenes, cuartos de maquinaria…) con iluminancias entre 50 y 200 lux. En el segundo caso, requerimientos luminosos normales, estarían las zonas de trabajo y otros locales de uso frecuente con iluminancias entre 200 y 1.000 lux. Por último, los que tienen requerimientos luminosos exigentes, que requieren iluminancias por encima de 1.000 lux, se debe a que en ellos se realizan tareas visuales con un grado elevado de detalle.

Iluminancia media en servicio (lux)

Tareas y clases de local

Mínimo

Recomendado

Óptimo

Zonas generales de edificios Zonas de circulación, pasillos

50

100

150

Escaleras, escaleras móviles, roperos, lavabos, almacenes y archivos

100

150

200

Aulas, laboratorios

300

400

500

Bibliotecas, salas de estudio

300

500

750

Oficinas normales, mecanografiado, salas de proceso de datos, salas de conferencias

450

500

750

Grandes oficinas, salas de delineación, CAD/CAM/CAE

500

750

1000

Comercio tradicional

300

500

750

Grandes superficies, supermercados, salones de muestras

500

750

1000

Trabajos con requerimientos visuales limitados

200

300

500

Trabajos con requerimientos visuales normales

500

750

1000

Centros docentes

Oficinas

Comercios

Industria (en general)

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Iluminancia media en servicio (lux)

Tareas y clases de local

Mínimo

Recomendado

Óptimo

1000

1500

2000

Dormitorios

100

150

200

Cuartos de aseo

100

150

200

Cuartos de estar

200

300

500

Cocinas

100

150

200

Cuartos de trabajo o estudio

300

500

750

Trabajos con requerimientos visuales especiales Viviendas

Tabla 3: Niveles de iluminación para diferentes estancias y actividades

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1.2.2 VALORES DE CALIDAD DE LA LUZ 1.2.2.1 Temperatura de color

La temperatura de color de una fuente de luz se define comparando su color dentro del espectro luminoso con el de la luz que emitiría un Cuerpo Negro calentado a una temperatura determinada. Por ese motivo esta temperatura de color generalmente se expresa en grados kelvin, a pesar de no reflejar expresamente una medida de temperatura.

Figura 4. Escala de asignación de temperatura de color

APARIENCIA DEL COLOR: la apariencia del color de las lámparas viene determinada por su temperatura de color. Se definen tres grados de apariencia según la tonalidad de la luz: luz fría para las que tienen un tono blanco azulado, luz neutra para las que dan luz blanca y luz cálida para las que tienen un tono blanco rojizo.

Temperatura de color

Apariencia del color

Tc>5.000 K

Fría

3.000≤Tc≤5.000 K

Intermedia

Tc≤3.300 K

Cálida

Tabla 4: Apariencia del color de la luz, según su temperatura de color

A pesar de esto, la apariencia de color no basta para determinar qué sensaciones producirá una instalación a los usuarios. Por ejemplo, es posible Curso de Gestor Energético y Eficiencia Energética- Ambientum

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hacer que una instalación con fluorescentes llegue a resultar agradable, y una con lámparas cálidas resulte desagradable aumentando el nivel de iluminación de la sala. El valor de la iluminancia conjuntamente con la apariencia de color de las lámparas dará el aspecto final.

Apariencia de color de la luz Iluminancia (lux)

E≤500

Cálida

Intermedia

Fría

Agradable

Neutra

Fría

Estimulante

Agradable

Neutra

No natural

Estimulante

Agradable

500

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