Evaluación de luminancia en luminarias de salida de emergencia

«Se espera que la comunidad de iluminación se impulse a desarrollar mejoras que garanticen la seguridad de los edificios en situaciones de emergencia.»

Con información del Forum For Illumination Research, Engineering, And Science (FIRES) IES, por John D. Bullough y Norma J. Frank

De los millones letreros de salida de emergencia en Estados Unidos, la mayoría utilizan fuentes de diodos de emisores de luz (LED). Los estándares de rendimiento de los letreros describen el rendimiento de los nuevos, pero hay pocos o ningún dato sobre su rendimiento después de la instalación. Por lo tanto, se discutieron posibles criterios para ayudar a garantizar la visibilidad en condiciones de humo, y se presentaron datos sobre las luminarias de letreros de salida de emergencia LED, de esténcil rojo y verde. Estos datos pueden ser muy útiles para fabricantes con respecto al mantenimiento y monitoreo de letreros de salida de emergencia LED en edificios comerciales. 

¿Por qué son importantes los letreros de salida de emergencia?

Se estima que hay 43 millones de letreros de salida de emergencia en Estados Unidos, con base en datos del Departamento de Energía y asumiendo un incremento anual del 1.5% (DOE, 2008). La mayoría de estos se encuentran en oficinas y espacios comerciales, mientras que otros están en espacios industriales donde la suciedad, las temperaturas más altas y otros factores podrían influir en la degradación de los letreros.

Las tecnologías de iluminación predeterminadas de facto utilizadas en casi todos los letreros de salida desde finales de la década de 1990 son las fuentes de diodos emisores de luz (LED), debido a su larga vida útil, eficiencia energética y capacidad para crear iluminación roja y verde (los colores más comúnmente requeridos) sin filtrar. Aunque los letreros de salida LED pueden tener una larga vida útil, los LED experimentan depreciación de lúmenes con el tiempo. En lugar de experimentar fallas totales por “burn-out”, los letreros de salida de emergencia LED pueden volverse más tenues (y por lo tanto menos visibles) con el tiempo mientras parecen estar funcionando como habitualmente lo hacen, pero los datos sobre la salida de luz de los letreros prácticamente no existen.

¿Qué tan brillantes deben ser los letreros de salida?

Diferentes estándares para letreros de salida tratan la visibilidad. El National Fire Protection Association Life Safety Code requiere que los letreros sean legibles al menos desde 100 pies de distancia en condiciones claras. El Life Safety Code se refiere al estándar de Underwriters Laboratories, Emergency Lighting and Power Equipment, que a su vez estipula que la luminancia mínima de cualquier parte iluminada de un letrero de salida debe ser al menos 8.6 cd/m2. 

A medida que aumenta la densidad del humo (de izquierda a derecha), las señales de salida se vuelven más difíciles de ver (Boyce et al., 1994, 1995, 1998).

El estándar UL define 20 puntos de prueba para evaluar la luminancia de un letrero de esténcil (que tiene una leyenda luminosa contra un fondo opaco). Conway y Boyce informaron que el 95% de los espectadores pudieron identificar las letras «EXIT» desde 100 pies de distancia en espacios iluminados y no iluminados (y nuevamente en condiciones claras) cuando la luminancia promedio de la parte iluminada del letrero era al menos 15 cd/m2.

       

Obviamente, es importante poder ver un letrero de salida durante una emergencia de incendio cuando el humo podría limitar la visibilidad en comparación con las condiciones visiblemente claras. Utilizando un modelo matemático de dispersión de luz en condiciones de humo intenso, Boyce et al. calcularon la distancia desde la cual diferentes letreros de salida serían legibles bajo esas condiciones (lo que llamaron la distancia crítica de visibilidad). 

En esta imagen se muestran las distancias críticas de visibilidad calculadas en humo, como función de la luminancia promedio de la leyenda bajo condiciones claras. La distancia de legibilidad correspondiente a una luminancia promedio de la leyenda de 15 cd/m2, según la imagen, es de 20 pies. Aunque una distancia de legibilidad de 20 pies es mucho más corta que la distancia de legibilidad de 100 pies en condiciones visiblemente claras para una luminancia promedio de la leyenda de 15 cd/m2, hay algunas evidencias de que una distancia mínima de legibilidad de 20 pies bajo condiciones de humo tiene mérito. Esta distancia corresponde a la distancia que un adulto mayor puede caminar en 4.5 segundos, que es el tiempo de decisión-respuesta del percentil 95 para personas mayores.

Distancias críticas de visibilidad (humo denso) de las señales de letreros de emergencia de sténcil, como función del promedio de luminancia de la leyenda del señalamiento.

También es la distancia mínima de legibilidad requerida por la Administración Federal de Aviación (FAA, 2013) para señalización de orientación en aeropuertos utilizada por pasajeros que pueden estar apresurándose a una puerta para tomar un vuelo. Por lo tanto, una luminancia promedio de 15 cd/m2 parece ser suficiente para brindarle tiempo suficiente a las personas para tomar una decisión sobre hacia dónde ir mientras observan la salida de emergencia en situación de humo. Se utilizó una luminancia promedio de 15 cd/m2 de la leyenda de un letrero de salida de sténcil como un indicador razonable de la luminancia adecuada de un letrero de salida.

¿Cómo deben medirse los letreros de salida de emergencia LED?

Para entender cuántos letreros de salida de emergencia LED instalados producen una luminancia promedio de 15 cd/m2, se desarrolló un procedimiento que mide el rendimiento de los letreros. Genuinamente, para medir la luminancia de los 20 puntos de prueba estipulados por UL sería complicado de manejar. Se observó que casi todos los letreros de salida de emergencia de esténcil tenían leyendas muy uniformes, por lo que se hizo una sola medición de luminancia para cada letra utilizando un medidor de luminancia portátil con un tamaño de apertura de 0.33°. Este tamaño de apertura permitió que la observación fuera clara para facilitar su medición dentro del tamaño de la letra desde 10 hasta 20 pies de distancia.

Medidas para la luminancia de la leyenda de letreros de salida LED.

Dado que la iluminación del ambiente en un espacio contribuye a la luminancia de una leyenda de letrero de salida, también se midió la iluminancia vertical que caía sobre el letrero. Mediciones de laboratorio bajo diferentes niveles de la luz del ambiente (de iluminación fluorescente de 4100 K) en un letrero de salida confirmaron que para letreros rojos, un aumento en la iluminancia en el letrero de 1 lux correspondía a un aumento en la luminancia de la leyenda en 0.093 cd/m2.

Para letreros verdes, el aumento fue de 0.119 cd/m2. Sabiendo la iluminancia vertical en un letrero de salida rojo o verde, fue posible restar la contribución de luminancia de la iluminación del ambiente en un espacio para estimar la luminancia producida por el letrero en condiciones de oscuridad. Es importante poder cuantificar esta cantidad porque no siempre es posible apagar toda la iluminación en un espacio (especialmente con iluminación natural) para medir la luminancia de un letrero de salida de emergencia.

Medidas verticales para la luminancia de la leyenda de letreros de salida LED.

¿Cuáles fueron las luminancias de los letreros de salida de emergencia LED medidos?

Un equipo de investigación de Nueva York (del Mount Sinai Light and Health Research Center) utilizó el procedimiento desarrollado para medir las leyendas de las luminancias promedio de 132 letreros de salida LED rojos, y otro equipo, Colorado Lighting, Inc. midió 217 letreros de salida LED verdes. Se llegó a la conclusión de que algunos letreros son solo una fracción mínima de las decenas de millones de letreros de salida. 

Esta imagen muestra un histograma de las luminancias para los letreros de salida LED con esténcil rojo medidos en Nueva York. 

Histograma del promedio de las luminancias para las señales de salida LED rojas medidas en Nueva York.

Mientras que, en esta imagen, se muestra un histograma para letreros LED verdes medidos en Colorado. Ambos histogramas presentan una gran dispersión en las luminancias medidas: el promedio va de menos de 5cd/m2 hasta más de 100 cd/m2. Para los letreros rojos, el 8% tenía una luminancia promedio de la leyenda por debajo de 15 cd/m2, y el 35% de los letreros verdes promedio estaban por debajo de este valor. De los 349 letreros, casi el 25% tenía una luminancia promedio por debajo de 15 cd/m2.

Histograma del promedio de las luminancias para las señales de salida LED verdes medidas en Colorado.

¿Qué soluciones corresponderían en dado caso de que existiera un problema?

        

Si la muestra de letreros medidos es representativa, podría haber millones de letreros de salida construidos con luminancias promedio por debajo de 15 cd/m2. Se estimula que actualmente no hay ningún requisito legal de que un letrero de salida en un edificio tenga una luminancia que sea al menos este valor, pero esto parece ser un criterio útil para la funcionalidad de un letrero en condiciones de humo. Independientemente de los criterios específicos que se elijan para la efectividad visual de los letreros de salida de emergencia, datos como los de las imágenes anteriores pueden ser útiles para comprender cuántos letreros cumplen o no cumplen esos criterios.

Las largas vidas útiles de los LED presentan ventajas y desventajas para los letreros de salida. Por un lado, es menos probable que simplemente «se quemen» y se apaguen por completo. Por otro lado, el personal de mantenimiento del edificio podría asumir que cualquier letrero de salida que parezca estar encendido, proporciona una cantidad útil de luz incluso en condiciones de humo cuando podría no ser así. Esto es importante porque el último Código de Seguridad de Vida ha eliminado las inspecciones mensuales de los letreros de salida de emergencia.

Debido a que los letreros de salida de emergencia son parte de la infraestructura de seguridad de un edificio, pocos propietarios estarían dispuestos a permitir que los investigadores retiren los letreros con la esperanza de encontrar un señalamiento que indique cuándo se fabricó el letrero. Las discusiones informales con varios propietarios de edificios también sugirieron debido a que pocos de ellos mantienen registros de cuándo se instalaron los letreros. Tener esa información podría ayudar a estimar cuánto tiempo podría tardar en que su luminancia caiga por debajo de algún valor de criterio.

Podría haber soluciones técnicas para alertar a un propietario de un edificio cuando un letrero de salida haya alcanzado un valor de luminancia que puede no ser tan efectivo como se desea, como un fotosensor que registra la salida de luz del letrero. También sería deseable tener más información sobre diferentes tipos de letreros en diferentes ubicaciones además de la muestra limitada medida. 

Se espera que, al compartir estos resultados, la comunidad de iluminación se impulse a desarrollar mejoras que garanticen la seguridad de los edificios en situaciones de emergencia.

Para leer a detalle el texto original accede al siguiente link.

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