Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Monthly Archives: octobre 2007

Author Image Posted By : Sylvie 31 Oct, 2007

Eclairage naturel et ses variations

Eclairage naturel et ses variations

La lumière naturelle n’est ni fixe, ni toujours égale dans sa qualité et son intensité.

L’influence du type de ciel

La lumière naturelle traduit les fluctuations de l’état du ciel. Elle est composée de la lumière directe du soleil et de la lumière diffuse du ciel. Les stratégies à mettre en place pour accroître la luminosité intérieure d’un édifice doivent tenir compte de cette différence.

La lumière solaire directe dispense un flux considérable qui s’avère facile à capter et à diriger. Elle présente une dynamique intéressante et peut être utilisée en tant qu’énergie thermique. Par contre, le rayonnement solaire direct est souvent une source d’éblouissement et parfois de surchauffe du bâtiment. De plus, sa disponibilité est épisodique et dépend de l’orientation des ouvertures.

La lumière diffuse du ciel est disponible dans toutes les directions. Elle suscite peu d’éblouissement et ne provoque pas de surchauffe mais elle peut être considérée comme insuffisante dans de nombreux cas. En outre, elle crée peu d’ombres et de très faibles contrastes.

Les résultats des simulations présentés ci-dessous mettent en évidence l’influence du type de ciel sur la quantité de lumière qui peut être captée par un local, le 15 mars à 9 heures universelles, pour une ouverture orientée au sud. Le ciel couvert fournit un éclairage parfaitement symétrique par rapport à l’axe du local, ce qui est dû au fait que la distribution des luminances de la voûte céleste d’un ciel couvert est symétrique par rapport au zénith. Ce n’est pas le cas d’un ciel clair. Ainsi, la répartition lumineuse d’un local éclairé naturellement par un ciel serein est très souvent fortement asymétrique. Les simulations réalisées pour un local orienté vers le sud sous un ciel clair et sous un ciel clair avec soleil, le 15 mars à 9 heures, présentent des niveaux d’éclairement nettement plus importants du côté ouest du local.

Par ciel couvert, les niveaux d’éclairement dans le module simulé varient d’environ 1 300 lx, à 50 cm de la fenêtre, à 70 lx au fond du local.

Graphe résultat simulation ciel couvert.

Par ciel clair, ces valeurs d’éclairement augmentent jusqu’à 4 300 lx près de la fenêtre et 300 à 400 lx au fond du local.

Graphe résultat simulation ciel clair.

La présence du soleil dans un ciel clair permet au rayonnement solaire direct d’entrer dans un local. Ainsi, dans la simulation d’un ciel clair avec soleil, le rayonnement solaire direct trace une zone extrêmement lumineuse sur le plan de travail, ce qui porte l’éclairement du côté ouest, à proximité de l’ouverture, à près de 20 000 lx. Dans ce dernier cas, l’éclairement au fond du local vaut environ 500 lx. La lumière solaire disponible diminue donc fortement lorsque le ciel se couvre.

Graphe résultat simulation ciel clair avec soleil.

L’influence du moment de l’année

Pour des conditions de ciel clair avec soleil, le 15 juin à 13 heures universelles, le niveau d’éclairement simulé dans notre cas de base atteint 55 000 lx à proximité de la fenêtre. Mais ces valeurs d’éclairement très élevées ne concernent qu’une bande étroite le long de la façade, ce qui est lié à la hauteur du soleil qui atteint 62° le 15 juin à 13 heures.

Graphe résultat simulation 15 juin.

Par contre, le 15 décembre, l’éclairement est compris entre 14 000 et 11 000 lx sur plus de la moitié du local. Au fond de l’espace, les valeurs atteintes sont de 750 lx le 15 juin et 1 600 lx le 15 décembre.

Graphe résultat simulation 15 décembre.

De l’été à l’hiver, le rayonnement solaire direct pénètre plus en profondeur dans le local mais le niveau d’éclairement à proximité de la fenêtre diminue progressivement.

L’influence de l’heure

Par ciel clair avec soleil, la répartition lumineuse varie fortement d’une heure à l’autre et d’un point à l’autre du local. La lumière disponible augmente jusqu’à la mi-journée, puis diminue.

Pour la journée du 15 décembre, par exemple, les valeurs d’éclairement obtenues à 9 huniv. sont comprises entre 2 600 lx près de la fenêtre et 400 lx au fond du local; tandis qu’à 13 huniv. , l’éclairement vaut 11 000 lx sur plus de la moitié du local et 1 600 lx au fond.

Le rayonnement solaire direct induit une tache de lumière qui évolue, au cours de la journée, depuis le mur ouest du local vers le mur est.

Graphe résultat simulation 9 heures.

Graphe résultat simulation 11 heures.

Graphe résultat simulation 13 heures.

Graphe résultat simulation 15 heures.

Graphe résultat simulation 17 heures.

L’influence de l’orientation de l’ouverture

L’organisation spatiale d’un bâtiment devrait toujours être pensée en fonction du moment d’occupation des locaux, de l’activité qui s’y déroule et de la course du soleil.

   

Il est préférable de placer les fenêtres de telle façon que le soleil puisse pénétrer à l’intérieur d’un local au moment où il est le plus utilisé. Ainsi, les locaux essentiellement occupés le matin devraient, dans la mesure du possible, être orientés à l’est, ceux occupés dans le courant de la journée, au sud et ceux où l’on se tient en soirée, à l’ouest. Pour une habitation domestique, on choisira, par exemple, une orientation est pour la cuisine, tandis qu’une orientation ouest convient davantage à un salon. Les locaux de service ainsi que les pièces de travail nécessitant une lumière constante et homogène sont de préférence localisés au nord.

L’apport de lumière naturelle est maximum sur la façade sud en hiver et en entre-saison. Par contre, en été, le rayonnement solaire est plus important à l’est pendant la matinée et à l’ouest durant l’après-midi.

Les ouvertures orientées au sud offrent donc la meilleure situation puisqu’elles captent un maximum de rayons solaires en hiver et durant l’entre-saison et qu’en été, il est plus facile de se protéger du soleil au sud puisqu’il est plus haut dans le ciel. La façade sud apparaît donc comme l’orientation privilégiée pour capter la lumière naturelle.

Lorsque le ciel est couvert, le rayonnement lumineux est diffusé dans toutes les directions. Les baies vitrées verticales captent donc la lumière de manière similaire, indépendamment de leur orientation. Par contre, lorsque le ciel est clair, l’orientation de la baie vitrée influence directement la quantité de lumière captée. Ainsi, une baie vitrée perpendiculaire aux rayons solaires captera beaucoup plus de lumière que les autres orientations.

Les pièces orientées au nord bénéficient toute l’année d’une lumière égale et du rayonnement solaire diffus. Pendant l’été, elles peuvent devenir une source d’éblouissement, difficile à contrôler car le soleil est bas. Il est judicieux de placer des ouvertures vers le nord lorsque le local nécessite une lumière homogène, peu variable ou diffuse, ce qui est préférable pour certaines activités comme un atelier de peinture, par exemple.

Les pièces orientées à l’est profitent du soleil le matin mais le rayonnement solaire est alors difficile à maîtriser car les rayons sont bas sur l’horizon. L’exposition solaire y est faible en hiver mais elle permet d’apporter des gains solaires au moment où le bâtiment en a le plus besoin.

Par contre, en été, l’orientation est présente une exposition solaire supérieure à l’orientation sud, ce qui est peu intéressant.

Une orientation ouest assure une insolation directe en soirée. Il est très intéressant d’orienter à l’ouest les locaux où l’on souhaite un éclairage doux et chaleureux. Toutefois, il y a un risque réel d’éblouissement et les gains solaires ont tendance à induire des surchauffes. En effet, les vitrages tournés vers l’ouest apportent des gains solaires l’après-midi, au moment où le bâtiment est depuis longtemps en régime.

Une orientation sud entraîne un éclairement important.

De plus, les pièces orientées au sud bénéficient d’une lumière plus facile à contrôler et d’un ensoleillement maximal en hiver, ce qui est souvent l’idéal.

En effet, en hiver, le soleil bas (environ 17°) pénètre profondément dans la maison tandis qu’en été, la hauteur solaire est plus élevée (60°) et la pénétration du soleil est donc moins profonde. En été, les apports solaires sur une surface verticale sont également nettement inférieurs au sud qu’à l’est ou à l’ouest car ils sont diminués par un facteur égal au cosinus de l’angle d’incidence.

L’influence de l’inclinaison de l’ouverture

La surface à prendre en compte pour étudier la lumière disponible est le plan dans lequel s’inscrivent les limites de la fenêtre. Ainsi, la photo ci-dessous correspond à une ouverture horizontale, même si les vitrages sont obliques.

Pour capter le maximum de rayonnement solaire direct, une ouverture doit être la plus perpendiculaire possible aux rayons du soleil. En revanche, par ciel couvert, les performances d’une fenêtre sont avant tout liées à la portion de ciel visible depuis l’ouverture. Ainsi, une ouverture zénithale horizontale couvre une partie de ciel plus importante qu’une fenêtre verticale et apporte donc une plus grande part de lumière naturelle diffuse dans le local qu’elle éclaire. De même, une fenêtre oblique tournée vers le ciel offre déjà un flux lumineux diffus plus important que la fenêtre verticale.

Les fenêtres de façade et les ouvertures zénithales ont un comportement radicalement divergent en ce qui concerne la sélection des pénétrations solaires.

Les ouvertures latérales ne voient qu’une partie du ciel. Par ciel couvert, ces ouvertures verticales ont donc des performances lumineuses nettement plus faibles que les ouvertures horizontales. En outre, la lumière pénètre latéralement dans les locaux, ce qui peut créer des situations de contre-jour ou d’éblouissement à proximité des fenêtres.

Cependant, les fenêtres latérales en façade sud transmettent un maximum de rayons solaires en hiver, ce qui favorise l’utilisation des gains solaires, tout en limitant les pénétrations estivales et les surchauffes qu’elles induisent.

Schéma fenêtres latérales en façade sud- 01.Schéma fenêtres latérales en façade sud- 02.
Schéma fenêtres latérales en façade sud- 03.

Les ouvertures zénithales s’ouvrent sur la totalité de la voûte céleste; elles induisent donc une large pénétration de lumière diffuse. La distribution lumineuse obtenue par une ouverture horizontale est aussi beaucoup plus homogène que celle produite par une fenêtre verticale. De plus, la lumière entre dans les locaux par le plafond, ce qui limite a priori les phénomènes d’éblouissement.

Par contre, par ciel serein, les ouvertures zénithales captent mal les rayons solaires d’hiver alors qu’elles laissent largement pénétrer le soleil d’été, ce qui implique un mauvais comportement thermique.

Schéma ouvertures zénithales - 01. Schéma ouvertures zénithales - 02.
Schéma ouvertures zénithales - 03.

Le graphique donné ci-après présente les valeurs d’éclairement par ciel couvert d’un local comprenant, pour seule ouverture, une fenêtre zénithale horizontale de 1,5 m² de surface placée au centre du plafond, le 15 décembre à 13 heures universelles. Cette fenêtre zénithale donne de très bons résultats puisqu’elle procure un éclairage assez uniforme de l’espace, alors que la surface vitrée est faible. Le désavantage majeur d’une ouverture horizontale réside dans son mauvais comportement par rapport aux gains solaires, qui sont plus élevés en été qu’en hiver.

Graphe résultat simulation ciel couvert.

L’influence de l’environnement

Chaque lieu spécifique développe sa propre identité vis-à-vis de sa région et de son climat général. Le côté est d’une montagne offre de beaux levers de soleil et sa disparition rapide dans la soirée ; le versant ouest montre de superbes couchers mais un soleil qui se lève tard ; le creux de la vallée reçoit une période d’ensoleillement direct plus courte que le sommet de la montagne. La topographie, la végétation, la nature du sol et l’urbanisme influencent entre autres les données météorologiques d’un lieu: chaque site est caractérisé par un microclimat. Dès lors, travailler l’architecture d’un bâtiment en faisant abstraction de son environnement paraît impensable.

La lumière disponible dépend de l’environnement direct du bâtiment par le jeu de différents paramètres : le relief du terrain, les constructions voisines, le coefficient de réflexion du sol, la végétation,…. Ces éléments ne doivent pas être négligés; la présence d’un gratte-ciel, d’un lac ou d’un arbre peut radicalement transformer la lumière d’un espace.

Lors de la conception d’un bâtiment, il est donc important de mesurer l’impact de l’environnement existant sur le nouvel édifice afin de profiter au mieux des possibilités offertes par le terrain pour capter la lumière.

Le relief du terrain peut provoquer de l’ombre sur un bâtiment ou au contraire favoriser son ensoleillement. L’éclairement d’un site en pente dépend de la géométrie solaire ainsi que de l’orientation et de l’inclinaison du terrain. Les pentes sud jouissent d’une meilleure insolation que les terrains plats. Il faut prendre en compte les caractéristiques naturelles du site et tirer profit du profil du terrain, que l’on pourra au besoin remanier localement.

On appelle « masque solaire » tout corps empêchant le rayonnement solaire d’atteindre une surface que l’on désire ensoleiller. En ville, en hiver, il est parfois difficile de capter quelques rayons solaires à cause des bâtiments voisins qui leur font écran.

La quantité d’énergie solaire reçue en un endroit dépend souvent de l’ombrage des bâtiments avoisinants. En Belgique, en hiver, le soleil est bas sur l’horizon. Tous les masques de l’environnement, immeubles ou grands arbres, qui interceptent le soleil pendant cette période gêneront grandement l’utilisation de la lumière naturelle.

Les simulations ci-dessous présentent la diminution du niveau d’éclairement intérieur de notre local suite à l’ajout d’un masque urbain formé par un bâtiment de 30 m de long et de 15 m de haut, placé parallèlement au local simulé, à 18 m de la fenêtre. Cet obstacle correspond à un angle horizontal d’obstruction de 40° et à un angle vertical d’obstruction de 37° depuis le milieu de la fenêtre. La quantité de lumière intérieure est fortement réduite à cause de cette construction: sous ciel couvert, le 15 décembre à 13 huniv., l’éclairement n’est plus que de 80 lx à 2 m de la fenêtre pour le local ombragé par le bâtiment alors que, sans ce masque urbain, il y a environ 200 lx.

Graphe résultat simulation sans bâtiment.

Graphe résultat simulation avec bâtiment.

L’effet de rue est caractérisé par le masque solaire que créent les bâtiments situés de l’autre côté de la rue. Il dépend de la hauteur de ces constructions et de la distance qui sépare les deux côtés de la rue.

Pour profiter au maximum de la lumière naturelle, il importe de ne pas négliger le facteur de réflexion des surfaces extérieures environnant le bâtiment. En effet, des surfaces claires et réfléchissantes augmentent la quantité de lumière qui peut pénétrer dans le bâtiment.

Des surfaces réfléchissantes placées au sol telles qu’un dallage brillant ou un plan d’eau peuvent contribuer à capter davantage de lumière. Ainsi, l’eau, en réfléchissant le ciel et l’environnement, intensifie l’impression lumineuse d’un lieu.

Les graphes ci-dessous montrent la variation de la lumière naturelle dans un bâtiment en fonction du coefficient de réflexion du sol qui entoure le bâtiment, le 15 juin à 13 heures universelles sous ciel couvert. Trois matériaux différents ont été simulés : la terre (r = 0,22), qui correspond au facteur de réflexion utilisé pour le sol extérieur de l’ensemble des simulations de ce chapitre, le béton neuf (r = 0,35) et la neige (r = 0,9). Le local est d’autant mieux éclairé que le coefficient de réflexion du sol extérieur est élevé.

Graphe résultat simulation sol extérieur en terre.

Graphe résultat simulation sol extérieur en béton.

Graphe résultat simulation sol extérieur couvert de neige.

L’emploi de matériaux réfléchissants peut également influencer l’exposition effective d’un bâtiment. Un édifice orienté au nord et doté de larges vitrages clairs pour tirer parti de la lumière naturelle peut se trouver dans une situation sud si on construit en face de lui un bâtiment équipé de vitrages réfléchissants, précisément pour se protéger de l’ensoleillement. A l’évidence, les conditions de confort du premier bâtiment sont profondément modifiées par la construction du second.

Des éléments liés au bâtiment lui-même, tels que des murs de refends, des surplombs, des light shelves,….peuvent aussi provoquer un ombrage en fonction de leur taille, de leur réflectivité et de leur orientation.

La mise en place d’auvents ou de surplombs fixes destinés à réduire les problèmes d’éblouissement et de surchauffe pénalisera bien sûr la quantité de lumière captée par le bâtiment. En général, il est souhaitable en Belgique que les angles d’obstruction ne dépassent pas 45° pour l’angle horizontal et 25° pour l’angle vertical.

La végétation se distingue des autres écrans parce qu’elle peut être saisonnière, ce qui est le cas des arbres à feuilles caduques, et que par ailleurs elle ne possède qu’une opacité partielle. Elle se contente de filtrer la radiation lumineuse plutôt que de l’arrêter.

Annexe : les paramètres de simulation

Les simulations présentées ci-dessus proviennent du logiciel SUPERLITE, programme d’éclairage naturel faisant partie du progiciel ADELINE.

Elles sont toutes réalisées à partir d’un module de base de 7,2 m de profondeur, 4,8 m de largeur et 3 m de hauteur, éclairé par une fenêtre latérale de 4,58 m de large et de 1,13 m de haut, centrée horizontalement. Le plan de travail et le rebord inférieur de l’ouverture sont situés à 0,75 m du sol. La fenêtre couvre une aire de 5,2 m², ce qui correspond à 15 % de la superficie du plancher de ce local.

Schéma paramètres de simulation.

Les simulations tiennent compte d’un double vitrage, dont le coefficient de transmission lumineuse est de 78 %. Cette vitre est placée en retrait de 0,15 m par rapport au plan de la façade. Le module simulé est situé en site parfaitement dégagé, sans élément d’ombrage. Les coefficients de réflexion des parois intérieures valent 15 % pour le sol, 45 % pour les murs et 70 % pour le plafond.

Les données météorologiques utilisées pour les calculs sont celles d’Uccle (Bruxelles) : 50,8° de latitude (nord), – 4,4° de longitude (est) et 100 m d’altitude. Le moment de la journée simulé est toujours précisé en fonction des heures universelles. Chaque fois qu’un paramètre de ce module de base a été modifié dans une simulation, le changement effectué est clairement précisé.

Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Automatiser les protections mobiles ?

Trois modes de manipulation

Il existe trois degrés de manipulation des protections solaires amovibles :

  • Manuelle (par manivelle, cordon ou chaînette),
  • motorisée (commande avec bouton poussoir ou télécommande, commande groupée ou individuelle),
  • automatisée.

Quel est le rôle de la gestion automatique ?

Augmenter la protection

Lorsque des apports solaires risquent d’entraîner des surchauffes des locaux et une production de froid importante ou l’éblouissement des occupants, la régulation peut décider le déploiement de la protection.

Cette action peut être préventive et intervenir avant que l’inconfort réel n’apparaisse. En hiver, la nuit venue, la régulation peut prendre en charge l’ajout d’une isolation complémentaire aux fenêtres.

Diminuer la protection

En période de chauffe, des apports extérieurs sont les bienvenus. La régulation peut décider la suppression de la protection pour diminuer les frais de chauffage.

L’automatisation permet en outre de ne pas exposer les protections à des contraintes extérieures excessives (vent, pluie, vandalisme).

La libération automatique des fenêtres en cas d’incendie est également un point à considérer.

Pourquoi automatiser la protection ?

Le rôle de la gestion automatique pourrait être assuré manuellement par un occupant consciencieux. Cependant, il existe plusieurs objections à cela :

    1. L’optimalisation des dépenses énergétiques n’est généralement pas le souci premier des occupants des bâtiments du secteur tertiaire.Exemple : en hiver, qui pensera à baisser son store le soir avant son départ ?
    2. L’oubli de la protection et la non-surveillance des conditions extérieures.

Exemple : une protection extérieure restant déployée durant la nuit alors que le vent se lève risque de se détériorer.

    1. Ou tout simplement l’absence d’occupant dans un local, alors que celui-ci est chauffé ou refroidi.
      Exemple : les apports solaires dans les locaux orientés à l’est peuvent devenir importants avant l’arrivée du personnel. Dans les locaux orientés à l’ouest, les apports les plus importants se produisent en fin de journée. Qui pensera alors à protéger la fenêtre pour empêcher toute accumulation inutile de chaleur après le départ des occupants ? De même dans des locaux inoccupés, il faut prévenir toute accumulation de chaleur qui augmentera ultérieurement ou sur le moment même la nécessité de refroidissement. Ces exemples peuvent être transposés en période de chauffe lorsque les apports extérieurs sont alors les bienvenus.

En conclusion

L’automatisation des protections solaires mobiles permet donc de suppléer à l’absence des occupants ou à leurs carences en matière de gestion des apports énergétiques extérieurs. Cependant, une dérogation est toujours recommandée pour offrir à l’occupant une possibilité d’interagir sur son environnement. Cela lui permettra, en autres, de se protéger d’un éventuel inconfort (dû à l’éblouissement par exemple) ou de satisfaire un besoin d’intimité.

Quelles caractéristiques pour le système d’automatisation ?

Les grandeurs de référence

L’ensoleillement

Un capteur mesure l’intensité lumineuse et active le système de protection en cas de dépassement des valeurs programmées.

La température extérieure

Une sonde de température extérieure empêchera le déploiement des protections en dessous d’une certaine valeur.

La température intérieure

Un thermostat d’ambiance peut commander la protection en fonction de la température intérieure.

La vitesse du vent

Un anémomètre mesure la vitesse du vent et commande un retrait des protections extérieures en cas de menace de tempête.

La présence de pluie

Une sonde détecte la présence de pluie et entraîne le retrait immédiat de la protection.

La date et l’heure

Une horloge quotidienne et hebdomadaire commandera à heures fixes les protections.

Le danger d’incendie

Un détecteur de fumée commande le retrait des protections pour garantir l’accès aux fenêtres et une évacuation possible.

Toutes ces grandeurs ne doivent pas forcément être reprises. Pour les protections extérieures la protection au vent sera la configuration minimale. Son association avec une sonde d’ensoleillement sera aussi couramment rencontrée. La protection contre la pluie n’est importante que pour les protections extérieures horizontales (auvents). Par contre le vent et la pluie n’ont pas d’influence sur les protections intérieures.

Lorsque plusieurs grandeurs sont prises en considération, le régulateur actionnera (en tout ou rien ou en modulation) les protections en fonction d’un des paramètres considéré comme prioritaire ou en fonction d’une combinaison de paramètres.

La temporisation

La temporisation des commandes de l’automatisme est indispensable. En effet, de petites variations passagères des paramètres ne peuvent entraîner des modifications incessantes des protections.

Exemple : le passage d’un nuage, légères variations de température, …

Si tel était le cas, l’abandon de l’automatisme pour un mode manuel serait rapidement opéré par les utilisateurs.

Commande centralisée et dérogation

Une centralisation permet de commander une série de protections pour des locaux d’orientation identique.

Exemple : toute l’aile d’un hôpital, …

Dans ce cas, un local de référence devra accueillir la sonde de température ambiante éventuelle.

Malgré l’automatisation, une dérogation doit rester possible pour les utilisateurs d’un local particulier. Cette liberté sera, au même titre que la protection proprement dite, source de confort et donc d’efficacité pour les occupants. Cependant la dérogation et le fonctionnement en mode manuel ne peuvent rester permanents un retour au mode automatique est obligatoire si on ne veut pas perdre tous les avantages de l’automatisation. Ce retour peut se faire en fonction du temps de dérogation, d’un horaire précis ou de la variation d’un des paramètres. Les paramètres prévenant toute détérioration (vent, pluie) des protections seront prioritaires et indérogeables.

Protection du système

L’automatisation doit être munie d’un système permettant de détecter tout mauvais fonctionnement de la sonde de vent. Par exemple si le régulateur ne détecte aucun mouvement de l’anémomètre durant une période déterminée, il commande le retrait immédiat de la protection et bloque l’automatisme.

Quel est le coût du système de commande ?

Il est difficile de fixer dans l’absolu le surcoût relatif à la motorisation et à l’automatisation des protections mobiles.

Paramètres

Cela dépend  :

  • Du nombre de protections manipulables et gérables simultanément,
  • de l’orientation des locaux,
    Exemple : un local avec une façade vitrée au sud et une à l’ouest devra disposer de deux capteurs d’ensoleillement
  • du nombre de grandeurs prises en compte,
  • du précâblage existant dans le bâtiment,
  • …

Pour fixer les idées

D’une manière générale, on peut dire que l’installation de protections motorisées a un coût semblable à l’installation de protections à commande manuelle. Lorsque le nombre de protections gérables simultanément devient important, la commande électrique peut même devenir moins onéreuse que la commande manuelle, grâce à des commandes groupées et à une main d’œuvre nécessaire moins importante (le branchement électrique est plus facile à réaliser que le placement d’une manivelle au travers du châssis ou du mur).

Notons également que la commande électrique des protections sollicite moins les parties mobiles que la commande manuelle et donc leur garantit une durée de vie plus longue.

En fonction du degré de sophistication demandé, le coût d’une gestion automatique se situe dans une fourchette de 250 à 1250 €. Lorsque le nombre de protections gérées est important, on se rend compte que le surcoût relatif de l’automatisation devient nettement moins lourd.

De plus, certains capteurs du système de gestion peuvent déjà faire partie de l’installation de chauffage ou de climatisation comme capteur principal ou de compensation.

Un projet d’installation de protections solaires peut être planifié sur plusieurs années. Si le besoin se fait ressentir, des protections motorisées peuvent être équipées d’une gestion automatique a posteriori sans surcoût important par rapport à un projet initial complet.

Exemple d’automatisation d’une protection mobile

L’exemple ci-contre, se rapporte à un bâtiment précis. Les valeurs de consigne qui y sont mentionnées peuvent varier en fonction de la saison et du type d’inertie du bâtiment. Si le bâtiment est sensible à l’ensoleillement même durant la saison de chauffe, la consigne de température extérieure peut être abaissée. De même, une anticipation face à la surchauffe peut être réalisée en diminuant la température de consigne intérieure. En effet plus le bâtiment est inerte thermiquement, plus l’apparition de la surchauffe sera retardée par rapport à l’ensoleillement.

Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Choisir une protection mobile, fixe ou permanente

Choisir une protection mobile, fixe ou permanente

Stores enroulables mobiles.

Brise-soleil fixes.

Films pare-soleil permanents.

Pourquoi moduler la protection ?

Des besoins variables

Les besoins de protection des locaux vis-à-vis des apports du soleil sont la plupart du temps variables sur une journée ou encore sur une année :

  • Les apports énergétiques peuvent être souhaités en hiver et au printemps (température extérieure moyenne < 8°C) mais risquent de devenir indésirables en été ou en automne (température extérieure moyenne > 15°C).
  • Les apports solaires seront importants le matin pour les locaux orientés à l’est et le soir pour les locaux orientés à l’ouest.
  • Une augmentation de l’isolation thermique des vitrages est souhaitable durant les nuits d’hiver mais au contraire défavorable au refroidissement du bâtiment durant les nuits en été.
  • L’éblouissement dépend très fort de la hauteur du soleil et donc de l’orientation et de la saison.
  • En absence de soleil, la lumière du jour est souvent la bienvenue.

Optimaliser les besoins de chaleur et de froid

Adapter le degré de protection à ces besoins permettra de gérer les apports gratuits et d’optimaliser les productions de chaud ou de froid (pour autant que celles-ci tiennent compte des apports externes : présence de vannes thermostatiques, sonde extérieure,…) et l’éclairage artificiel des locaux.

L’optimalisation de la protection solaire en fonction des besoins réels dépendra de plusieurs facteurs :

La mobilité de la protection elle-même : certaines protections peuvent être fixes, d’autres complètement amovibles. Le degré d’automatisation de la protection : la manipulation de nombreuses protections peut être motorisée et automatisée. Dans ce cas, le degré de protection sera automatiquement réglé en fonction de grandeurs représentatives des climats intérieurs et extérieurs.

Le comportement des occupants : dans le cas de protections manuelles, le rôle de l’occupant sur l’optimalisation de la protection est important et souvent difficile. Dans le cas de protections automatisées, il faut tenir compte de la liberté de l’occupant et de son pouvoir sur la mise en dérogation du système.

Les protections mobiles

La protection peut varier selon les souhaits de l’utilisateur, quelle que soit l’heure ou la saison.

Exemple : les stores vénitiens, enroulables, à lamelles.

L’adaptation aux besoins en protection ou en apports solaires peut se faire par retrait partiel ou complet (latéral ou vertical en fonction du type de store) ou par inclinaison des lamelles. Cette modulation peut être gérée par l’occupant de façon manuelle ou motorisée (il existe aussi des systèmes avec télécommande) ou de façon automatique grâce à un régulateur.

Store vénitien
intérieur.

Store enroulable
extérieur.

Les protections fixes

Le système est fixe et le degré de protection varie systématiquement en fonction de l’heure et de la saison.

Exemple : les brise-soleil, les avancées architecturales.

Souvent les éléments fixes sont des avancées horizontales au-dessus de la fenêtre, soit des avancées verticales de part et d’autre de la fenêtre.

Le pourcentage de protection de la fenêtre dépend :

  • De la position de la protection par rapport à la fenêtre,
  • de la hauteur du soleil,
  • du rapport entre la largeur de la protection et la hauteur ou longueur (en position verticale) de la fenêtre,
  • de l’espacement et de l’orientation des lames éventuelles.

Brise-soleil.

Avancée architecturale.

Façades sud

Les façades d’orientation proches du sud seront les plus faciles à protéger. Une protection fixe est à même d’éliminer complètement le rayonnement direct estival sans pour autant porter une ombre indésirable en hiver.

Façades est et ouest

Par contre, aucune protection fixe, horizontale ou verticale, ne permet de résoudre le problème propre aux façades est et ouest. Dans ces situations, une protection mobile sera de loin la plus préférable.

En général, une protection optimale, c’est-à-dire adaptée toute l’année aux besoins en chaud ou en froid, est difficile à obtenir avec des protections fixes. En tout état de cause, une étude précise tenant compte des risques de surchauffe et d’éblouissement dus à l’ensoleillement en fonction de la position du soleil et de la saison doit être menée préalablement à tout projet.

calculs 

 Pour obtenir une méthode de dimensionnement des protections fixes : cliquez ici !

Exemple : une protection fixe horizontale pour une fenêtre orientée au sud.

en été :
la protection est maximum lorsque le soleil est au zénith

en hiver :
la protection est inopérante

en mi-saison :
aux mois de septembre et de mars, la protection est partielle

En hiver

En hiver, l’absence de protection permet aux apports du soleil de diminuer les frais de chauffage. La situation est intéressante. Cependant, elle ne le sera que si la régulation de l’installation de chauffage tient compte des apports gratuits et que l’ensoleillement ne crée pas de surchauffe en saison froide. Par contre l’éblouissement dû au soleil bas en hiver ne peut être résolu par cette disposition. Pour limiter celui-ci, une protection légère intérieure (rideaux) peut être associée à une protection fixe.

En mi-saison

En mi-saison, on voit que l’ensoleillement des locaux sera le même au printemps qu’en automne, alors que les besoins sont différents. En effet, au mois de septembre, la température moyenne en journée est d’environ 18°C. L’ensoleillement peut dans ce cas devenir source de surchauffe. Au mois de mars, la température moyenne est de 8°C. Dans ce cas, les apports du soleil peuvent être les bienvenus.

Cas particulier : la végétation

La végétation à feuilles caduques apporte une protection qui est naturellement variable. En été, le feuillage apporte un ombrage aux fenêtres et en hiver, la chute des feuilles fait profiter les locaux des apports gratuits du soleil.

Schéma protection solaire végétale.

Les protections permanentes

Le système est fixe et le degré de protection est constant quelle que soit l’heure et la saison.

Exemple : les films collés contre le vitrage, les vitrages spéciaux (réfléchissants et/ou absorbants).

Photo films collés contre le vitrage. Sous notre climat belge, la probabilité d’ensoleillement est inférieure à 20 % en hiver (moins d’un jour sur cinq) et à 50 % en été (moins de un jour sur deux).
Une protection relativement efficace en été est inconciliable avec la valorisation de l’éclairage naturel en absence d’ensoleillement et des apports énergétiques gratuits en hiver.
Sauf exception (locaux informatiques où il faut gérer la surchauffe et l’éblouissement), ce type de protection est donc peu recommandable dans nos régions.

Conscients de ce problème, les fabricants de vitrages ont développé des vitrages présentant une protection contre l’énergie solaire correcte (FS = 0,39) et une transmission lumineuse qui se rapproche de celle des doubles vitrages clairs (TL = 0,71).

Signalons également que des vitrages anti-solaires dont les caractéristiques de protection peuvent varier automatiquement en fonction des besoins sont développés par les grands fabricants. Ils ne sont malheureusement pas accessibles à tout le monde !

Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Choisir une protection insérée dans un double vitrage

Choisir une protection insérée dans un double vitrage

La description du système

Schéma protection insérée dans un double vitrage. Schéma protection insérée dans un double vitrage. La protection, composée d’une toile enroulable ou d’un store vénitien, est intégrée dans l’espace entre les deux vitres d’un double vitrage.

Les avantages par rapport aux systèmes classiques

L’efficacité contre les surchauffes et l’éblouissement

Les performances face à l’ensoleillement sont semblables aux performances des protections intérieures réfléchissantes et peuvent se rapprocher des performances de protections extérieures parallèles au vitrage. Il faudra cependant se méfier de l’augmentation de la température interne de la surface du vitrage qui peut provoquer un léger inconfort (rayonnement chaud).

La résistance mécanique et à l’encrassement

Les éléments sont montés à l’intérieur d’une partie étanche. Ils ne sont soumis ni aux perturbations extérieures, ni aux perturbations intérieures. N’étant pas sujet à l’encrassement et à l’empoussièrage, ce système de protection peut s’appliquer aux locaux où une grande hygiène est souhaitée. Il ne demande aucun entretien.

L’esthétique

La présence de la protection est discrète. Elle ne modifie pas la structure des façades, ni à l’extérieur, ni à l’intérieur.

La ventilation naturelle

La liberté d’ouverture des fenêtres est totale.

Le pouvoir isolant

Le coefficient de transmission thermique U du double vitrage clair est amélioré, jusqu’à 20 à 30 % pour un double vitrage clair standard (air) grâce à une protection solaire insérée entre les vitres.

Les inconvénients par rapport aux systèmes classiques

Placement en rénovation

Le placement de la protection implique le remplacement du vitrage, ce qui limite son application dans le cadre de la résolution d’un problème de surchauffe ou d’éblouissement.

Diminution de la surface utile de la fenêtre

L’encombrement du mécanisme des systèmes escamotables (par exemple les stores enroulables) peut diminuer de façon non négligeable la surface utile de la fenêtre.

Dépannage et étanchéité du double vitrage

La position intégrée des protections rend difficile un dépannage en cas de dysfonctionnement du mécanisme de retrait. Il peut également en résulter une perte d’étanchéité du vitrage.

Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Choisir entre une protection intérieure ou extérieure

L’efficacité contre les surchauffes et l’éblouissement

L’effet de serre se produit lorsque les rayons du soleil sont absorbés par une matière située derrière le vitrage. Dès lors, une protection solaire sera efficace contre les surchauffes :

Protections extérieures Les protections extérieures seront toujours efficaces contre les surchauffes car elles arrêtent les rayons du soleil avant qu’ils n’atteignent le vitrage. Pour les stores de type « toile »,  une plus grande efficacité sera atteinte pour de facteur d’ouverture faible et des couleurs foncées.
Protections intérieures Les protections intérieures ne seront efficaces contre les surchauffes que si elles repoussent les rayons du soleil ayant traversé le vitrage. Pour cela, elle doit être non absorbante et réfléchissante (couleur clair au minimum).

Un même store en tissu (gris non réfléchissant avec un coefficient d’ouverture de 4.2) à l’extérieur ou à l’intérieur combiné à un double vitrage argon clair et basse émissivité :

FS = 0,05

FS = 0,55

Par contre, une même protection solaire installée à l’extérieur ou à l’intérieur, permettra un contrôle presqu’identique de la luminosité.

Les contraintes mécaniques

Protections extérieures Les protections extérieures sont soumises aux perturbations atmosphériques (vent, pluie) ou encore au vandalisme. La sensibilité de certaines de ces protections (notamment en toile) peut limiter leur utilisation pour les bâtiments élevés ou en zone exposée (vent important) ou encore à hauteur d’homme dans des lieux fréquentés (vandalisme).
Pour prévenir toute détérioration, notamment la nuit, il sera nécessaire de conscientiser les occupants à la nécessité de retrait de ces protections durant leur absence ou à envisager leur automatisation.
Par contre, il existe des protections extérieures conçues pour résister aux contraintes extérieures. C’est le cas par exemple des brise-soleil ou des stores vénitiens en aluminium.
En outre, dans les zones urbaines fort fréquentées, l’encrassement des protections extérieures peut être assez rapide.
Protections intérieures Les protections intérieures devront résister aux sollicitations des occupants qui peuvent être importantes notamment dans les locaux publics. La position intérieure des stores peut faciliter leur nettoyage notamment pour les bâtiments élevés.

L’esthétique

Protections extérieures Les protections extérieures modifient peu (stores enroulables) ou beaucoup (brise-soleil, avancées architecturales, stores vénitiens) la structure architecturale des façades. En ce sens, certaines protections extérieures risquent de ne pas s’adapter à une rénovation.
Protections intérieures Des protections intérieures ayant une efficacité limitée contre les surchauffes (par exemple, les stores vénitiens ou à lamelles) sont parfois installées uniquement pour leur aspect décoratif.

Les protections intérieures efficaces contre les surchauffes et les déperditions de chaleur auront un aspect réfléchissant qui peut ne pas être au goût de chacun.

Le pouvoir isolant

Protections extérieures Les protections extérieures n’apportent qu’une légère amélioration de l’isolation thermique supplémentaire à la fenêtre car elles ne sont généralement pas étanches..
Protections intérieures Certaines protections intérieures peuvent avoir un impact plus important sur la diminution des déperditions d’un vitrage. De plus, elles peuvent aussi avoir un impact plus important sur la sensation de confort à proximité de la baie (protection contre le rayonnement « froid » de la baie).

Pour autant que la surface intérieure de la protection soit réfléchissante, le coefficient de transmission thermique d’une fenêtre équipée de double vitrage peut diminuer de 25 %. Une diminution de 40 % peut être atteinte avec des stores réfléchissants insérés dans des guides étanches.

Remarquons que l’inétanchéité de la protection, outre la diminution de l’isolation par rapport à l’optimum, risque d’entraîner l’apparition de condensations importantes sur la surface intérieure de la fenêtre. Celles-ci peuvent endommager les menuiseries.

La ventilation naturelle des locaux

Le déploiement de certaines protections solaires rendra impossible l’ouverture des fenêtres pour pratiquer une ventilation naturelle des locaux.

Protections extérieures Aucune protection extérieure n’empêchera physiquement l’ouverture des fenêtres permettant ainsi une ventilation naturelle associée à la protection solaire. Une restriction existe cependant : les protections en toile déroulées devant les fenêtres risquent de ne pas résister aux contraintes mécaniques dues aux courants d’air éventuels.
Protections intérieures L’installation de protections solaires intérieures limite souvent les possibilités d’ouverture des fenêtres. Les protections peuvent être fixées aux ouvrants. Dans le cas de châssis oscillo-battants ou basculants, la combinaison de la protection solaire et de la ventilation naturelle est possible. Cependant, les fabricants de stores enroulables risquent de ne pas couvrir une détérioration due à de l’air s’infiltrant entre la protection et le vitrage du fait de fenêtres voisines ouvertes.

Si la protection est fixée sur le dormant, l’ouverture des fenêtres n’est guère possible lorsque la protection est déployée, que ce soit pour des raisons de maintien de la protection dans ses guides ou de leur résistance mécanique aux courants d’air. De même, lorsque la protection est abaissée, il est bon de prévenir l’ouverture subite d’une fenêtre suite à un courant d’air.

Lorsque la protection intérieure est relevée, il faut pouvoir conserver la liberté d’ouverture de la fenêtre :

  • Si la protection est fixée au dormant ou au linteau, l’ouvrant ne peut heurter ni la protection repliée, ni ses guides.
  • Si la protection est solidaire de l’ouvrant, les charnières latérales de la fenêtre doivent se situer suffisamment loin des retours de fenêtre pour garantir une ouverture complète.
Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Choisir le facteur lumineux

Transmission lumineuse d’un vitrage simple TL = 0,9.

Quelle transmission lumineuse faut-il choisir ?

La transmission lumineuse de la protection doit être suffisamment faible pour supprimer l’éblouissement des occupants et suffisamment élevée pour que la diminution de la quantité de lumière pénétrant à l’intérieur du local ne rende pas obligatoire l’utilisation de la lumière artificielle. La possibilité de vue de l’intérieur vers l’extérieur sera en outre souvent recherchée.

Fixons les ordres de grandeur par un exemple :

Définition d’un bureau type

Illustration bureau type.

Les murs sont de couleur claire et le sol recouvert de moquette.

Éclairement recommandé

Type d’activité Éclairement
Travail de bureau (attention soutenue). min. 500 lux
Activité ne demandant pas une attention soutenue
(ex : un séjour).		 min. 200 lux
Travail sur ordinateur. max. 1 000 lux

Apports lumineux enregistrés dans le local

Schéma apports lumineux enregistrés dans le local.

La figure ci-dessus représente l’éclairement dans la pièce, au niveau d’un plan de travail, en fonction de la distance à la fenêtre, avec :

  • un double vitrage clair,
  • un double vitrage et une protection peu transparente (TL de la protection = 0,10),
  • un double vitrage avec une protection transparente (TL de la protection = 0,19).

Cette simulation se déroule le 15 juin à 16h, par ciel serein.
La fenêtre est orientée à l’ouest. Les conditions d’ensoleillement sont donc très favorables pour l’éclairage naturel du local (soleil fort pénétrant). Les valeurs minimum de transmission lumineuse déduites de cet exemple peuvent donc être considérées comme des extrêmes à ne pas dépasser sous peine de rendre le local trop obscur.

Transmission lumineuse recommandée

Le tableau suivant reprend les valeurs de transmission lumineuse minimum que doivent respecter les protections pour garantir un éclairement suffisant (300 lux) dans la pièce pour assurer le confort visuel lorsque la protection est déployée en période d’ensoleillement.

– Ouest Sud Est
Distance à la fenêtre Juin
16 h (1)		 Décembre
14 h		 Juin
12 h		 Décembre
12 h		 Juin
7 h		 Décembre
9 h
1 m 0.01 0.08 0.03 0.04 0.01 0.08
2 m 0.06 0.20 0.09 0.05 0.02 0.16
3 m 0.11 0.40 0.17 0.06 0.08 0.29
4 m 0.20 0.58 0.28 0.07 0.14 0.46
5 m 0.26 0.79 0.38 0.08 0.19 0.65

(1) Heure universelle; heure réelle en été = heure universelle + 2 h; heure réelle en hiver = heure universelle + 1 h.

Exemple.

Si l’on souhaite garantir 300 lux sur une table de travail, à 3 m de la fenêtre, dans un local orienté à l’ouest, on choisira un store dont le TL est :

  • Supérieur à une valeur de 0.11 si le store n’est utilisé qu’en été,
  • supérieur à une valeur de 0.40 si le store est aussi utilisé en hiver.
Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Choisir le facteur solaire (FS)

Facteur solaire d’un vitrage simple FS = 0,86.

Quel facteur solaire faut-il atteindre ?

Le choix du facteur solaire minimum à rechercher est fonction de chaque cas. Il n’est donc pas possible de citer un chiffre unique.

Fixons des ordres de grandeur par un exemple.

Valeur de référence

Dans les immeubles de bureaux, on peut estimer qu’un refroidissement devient nécessaire en été lorsque la somme des apports internes et externes atteint  60 W/m² au sol du local. Si on estime d’une manière générale les apports internes d’un bureau moyennement équipé comme suit : un ordinateur (+ 150 W/ordinateur), une personne (70 W/pers.), l’éclairage (10 W/m²) et 1 personne/13 m² au sol, les apports internes totalisent 27 W/m². Pour éviter le recours à la climatisation, il est donc nécessaire de limiter les apports solaires à 33 W/m² au sol.

Apports thermiques

Le tableau suivant représente pour une journée ensoleillée du mois de juillet, la puissance énergétique maximum due à l’ensoleillement, réellement transmise à l’ambiance d’un local de 30 m² au sol, en fonction de l’inertie du bâtiment. La fenêtre du local est équipée d’un double vitrage clair (de 6 m²) orienté respectivement à l’est, au sud et à l’ouest.

– Bâtiment lourd Bâtiment moyen Bâtiment léger
Est 245 49 267 53 351 70
Sud 198 40 210
42
252
 50
Ouest 250 50 263 53 356 71
– W/m² de vitrage W/m² au sol W/m² de vitrage W/m² au sol W/m² de vitrage W/m² au sol

Facteur solaire recommandé

– Bâtiment lourd Bâtiment moyen Bâtiment léger
Est 0.51 0.47 0.36
Sud 0.63 0.60 0.50
Ouest 0.50 0.47 0.35
– FS FS FS

Facteur solaire minimum de l’ensemble vitrage + protection nécessaire
pour limiter les apports solaires à 33 W/m² au sol.

Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Objectifs d’une protection solaire

Objectifs d'une protection solaire

Limiter les surchauffes

En période d’ensoleillement la quantité d’énergie solaire transmise au travers de vitrages peut entraîner par effet de serre, des surchauffes inadmissibles pour le confort des occupants. Dans le cas de locaux climatisés, la présence de protections solaires efficaces doit permettre une diminution notable de la quantité de froid à produire.

Améliorer

 En cliquant ici, vous pouvez visualiser les résultats d’une simulation du comportement d’un bureau standard. On y a comparé les coûts d’achat et d’exploitation d’un climatiseur et d’un store extérieur.

De plus, malgré une température ambiante supportable, le rayonnement chaud du vitrage et le rayonnement direct du soleil sur une partie du corps peuvent devenir rapidement insupportable pour les occupants.

Comment déterminer si le soleil est à l’origine de la surchauffe ?

Dans les locaux fortement vitrés et orientés à l’est, au sud ou à l’ouest, les gains solaires constituent souvent les apports gratuits les plus importants.
Notons que l’orientation ouest est souvent la plus critique car les apports solaires viennent s’ajouter à la chaleur emmagasinée durant la journée.

Rénovation énergétique 

 Pour en savoir plus sur comment repérer l’origine de la surchauffe, cliquez-ici !

Calculs

 On peut établir un bilan de l’ensemble des apports de chaleur d’un local en cliquant ici !

Il calcule la puissance frigorifique nécessaire pour maintenir une température de consigne (24°C par exemple) dans le local, alors que la température extérieure est de 30°C. Il est possible ainsi de mesurer l’impact d’une protection solaire sur les besoins en froid. On peut également visualiser l’importance d’avoir un local avec une inertie thermique importante. Ou encore une toiture isolée.

Limiter l’éblouissement

L’ensoleillement direct pour être aveuglant tout comme une luminance trop élevée d’une paroi peut impacter le confort visuel. Hors, le confort visuel joue un rôle important sur la possibilité de réalisation de certaines tâches et donc sur la productivité des occupants d’un local.

Ce phénomène n’est pas forcément le plus crucial pour des fenêtres orientées au sud durant la saison chaude. Les problèmes d’éblouissement sont également très importants lorsque le soleil est bas sur l’horizon : le matin pour les fenêtres orientées à l’est, le soir pour l’orientation ouest, ou encore au sud en hiver. De même, dans les locaux nord, la vision directe d’un ciel trop lumineux peut devenir gênante et nécessiter aussi une protection.

Les objectifs secondaires

Augmenter le pouvoir isolant de la fenêtre

L’utilisation de protections solaires modifie de façon plus ou moins importante les caractéristiques de transmission thermique des vitrages. Cette propriété sera principalement recherchée durant les nuits en hiver.

Assurer l’intimité des occupants ou occulter un local

Ces deux objectifs sont des cas particuliers. On parlera alors plus d’occultation que de protection solaire.

Quelles soient intérieures ou extérieures, les protections parallèles au vitrage permettront d’apporter une certaine intimité voire d’occulter le local. Cette propriété dépendra principalement des vides laissés par la protection solaire et de sa couleur.

Décorer la fenêtre

De nombreuses protections ont un but décoratif plutôt qu’énergétique. Cet objectif est souvent associé avec le souhait de garantir l’intimité des occupants.

Institut du Monde Arabe – Paris.

Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Choisir la fenêtre comme capteur de lumière naturelle [Les fenêtres]

Favoriser l’éclairage naturel extérieur

Dans une démarche de construction ou de rénovation lourde, on privilégiera l’utilisation de la lumière naturelle à la place de l’éclairage artificiel. La qualité « spectrale » de la lumière naturelle ainsi que sa variabilité et ses nuances offrent une perception optimale des formes et des couleurs. L’éclairage artificiel devrait donc être considéré comme un complément à la lumière naturelle. Aussi, d’un point de vue énergétique, l’utilisation de l’éclairage naturel comme « source » lumineuse est gratuite ; ce qui signifie que la facture en électricité sera d’autant plus réduite que l’éclairage naturel exploité.

Dans bien des projets de conception ou de rénovation de bâtiments tertiaires, en confort lumineux, l’objectif premier est de privilégier l’ouverture des espaces de travail vers la lumière naturelle tout en sachant qu’une trop grande ouverture des façades est souvent synonyme d’éblouissement, de surchauffe et déperditions thermiques au travers des baies vitrées. Le compromis reste de rigueur !

Bien des paramètres viennent influencer de manière plus ou moins significative la pénétration de la lumière dans les espaces de travail :

  • L’orientation des façades ;
  • La présence d’ombres reportées (bâtiments ou autres façades du bâtiment étudié faisant de l’ombre) ;
  • La taille, la forme et la position des baies vitrées dans les façades ;
  • La forme et les dimensions des trumeaux ;
  • Les caractéristiques des vitrages ;
  • La présence de protection solaire (fixe, mobile, …) ;
  •  …

Vitrage clair.           Vitrage sélectif.           Auvent.           Lamelles.           Ombre reportée.

Pour un projet de taille importante, une étude par un bureau spécialisé est toujours intéressante sachant qu’il est possible d’optimiser conjointement les conforts lumineux et thermiques par des simulations dynamiques tenant compte de l’ensoleillement et du climat à tout moment de l’année disponible sous forme de bases de données type « météonorm » par exemple.

L’éclairage naturel extérieur n’est pas uniforme

L’intensité de la lumière naturelle varie fortement en fonction du type de ciel, du moment de l’année, de l’heure dans la journée, de l’orientation de l’ouverture, de son inclinaison et de son environnement.

Les études d’éclairage naturel des locaux sont basées, conventionnellement, sur un ciel couvert donnant un niveau d’éclairement de 5 000 lux sur une surface horizontale en site dégagé (Commission Internationale de l’Énergie).

Or, en Belgique, un tel éclairement est dépassé 80 % du temps entre 8h00 et 16h00, par ciel couvert. Et ce ciel couvert ne se présente que 36 % du temps de l’année.

À l’extrême, en juin, à midi et par ciel serein, l’éclairement dépasse 100 000 lux! (Franchement, de quoi se plaint-on ?!)

Lumière solaire directe ou lumière solaire diffuse ?

La lumière solaire directe dispense un flux considérable, facile à capter et à diriger. Elle présente une dynamique intéressante (création de reliefs dans le bâtiment) et peut être utilisée en tant qu’énergie thermique. Par contre, le rayonnement solaire direct est souvent une source d’éblouissement et parfois de surchauffe du bâtiment. De plus, sa disponibilité est épisodique et dépend de l’orientation des ouvertures.

La lumière diffuse du ciel est disponible dans toutes les directions. Elle suscite peu d’éblouissement, ne provoque pas de surchauffe, mais elle peut être insuffisante dans de nombreux cas. En outre, elle crée peu d’ombres et de très faibles contrastes. Une lumière diffuse est donc idéale pour des locaux de travail où il est important d’avoir un éclairage constant, sans source d’éblouissement. La lumière du nord est assurément une lumière diffuse (depuis toujours exploitée dans les ateliers d’artistes). Mais il est possible de valoriser également la lumière directe venant des autres orientations, pour autant qu’une protection masque le disque solaire ou qu’un rideau intérieur diffuse la lumière incidente.

L’influence de l’environnement

Lors de la conception d’un bâtiment, il est donc important de mesurer l’impact de l’environnement existant sur le nouvel édifice afin de profiter au mieux des possibilités offertes par le terrain pour capter la lumière.

Le relief du terrain, les constructions voisines, … peuvent modifier fortement l’apport.

L’effet de rue est caractérisé par le masque solaire que créent les bâtiments situés de l’autre côté de la rue. Il dépend de la hauteur de ces constructions et de la distance qui sépare les deux côtés de la rue.

Des surfaces réfléchissantes placées au sol telles qu’un dallage brillant ou un plan d’eau peuvent contribuer à capter davantage de lumière. Ainsi, l’eau, en réfléchissant le ciel et l’environnement, intensifie l’impression lumineuse d’un lieu.

Mais la présence d’un bâtiment voisin équipé de vitrages réfléchissants, précisément pour se protéger de l’ensoleillement, risque de provoquer un éblouissement excessif des occupants.

Des éléments liés au bâtiment lui-même, tel que des murs de refends, des surplombs, des light shelves, … peuvent aussi provoquer un ombrage en fonction de leur taille, de leur réflectivité et de leur orientation.

La végétation se distingue des autres écrans parce qu’elle peut être saisonnière, ce qui est le cas des arbres à feuilles caduques, et que par ailleurs elle ne possède qu’une opacité partielle. Elle se contente de filtrer la radiation lumineuse plutôt que de l’arrêter.

Sélectionner la fenêtre comme espace capteur de lumière

Pour quels locaux ?

A priori, tous les locaux devraient disposer d’un éclairage naturel (sauf archives et locaux techniques). On peut parler de nécessité pour les « locaux de vie » (où les occupants séjournent plusieurs heures par jour) et de souhait pour les sanitaires et les circulations (où les occupants ne font que passer).

Voici deux couloirs du même bâtiment, avec les mêmes orientations.
Dans le premier cas, l’architecte a introduit une dissymétrie dans la distribution des locaux, et des ouvertures vers l’extérieur pour introduire de la lumière naturelle.
Faut-il préciser que la première mise en œuvre est plus chère ?..
On parle ici de qualité de l’ambiance intérieure dans un lieu de travail.

Ouverture latérale ou zénithale ?

Ouverture latérale et ouverture zénithale.

Au niveau de l’apport de lumière naturelle, une ouverture zénithale s’ouvre sur la totalité de la voûte céleste. Elle induit une meilleure pénétration de lumière, particulièrement par temps nuageux. La distribution lumineuse obtenue par une ouverture zénithale est aussi beaucoup plus homogène que celle produite par une fenêtre latérale. De plus, la lumière entre dans les locaux par le plafond, ce qui limite a priori les phénomènes d’éblouissement. L’éclairage zénithal convient spécialement à la pénétration de la lumière naturelle dans les bâtiments bas et profonds.

Distribution de lumière très homogène,
mais défavorable à la perception du relief.

Mise en évidence du relief par l’éclairage latéral,
malgré un couloir rectiligne.

Par contre, la lumière latérale est favorable à la perception du relief. L’entretien est également plus facile que pour une ouverture zénithale. De plus, le bilan thermique est en faveur d’une ouverture verticale. En été, les apports peuvent être limités (particulièrement au sud, via une « casquette » architecturale).

Tandis que les apports d’été sont toujours excédentaires au niveau d’une ouverture en toiture.

Seule solution : la décapotable ! Si la coupole ou la verrière peut être largement ouverte en été, le problème peut être résolu. Reste la gestion de la pluie et du vent…

Quelle orientation de la fenêtre latérale ?

Les pièces orientées au nord bénéficient toute l’année d’une lumière égale et du rayonnement solaire diffus. Il est judicieux de placer des ouvertures vers le nord lorsque le local nécessite une lumière homogène, peu variable ou diffuse, et lorsque les apports internes sont élevés.

Les pièces orientées à l’est profitent du soleil le matin, mais le rayonnement solaire est alors difficile à maîtriser, car les rayons sont bas sur l’horizon. L’exposition solaire y est faible en hiver, mais elle permet d’apporter des gains solaires au moment où le bâtiment en a le plus besoin. Par contre, en été, l’orientation est présente une exposition solaire supérieure à l’orientation sud, ce qui est peu intéressant.

Une orientation ouest présente un risque réel d’éblouissement et les gains solaires ont tendance à induire des surchauffes. En effet, les vitrages tournés vers l’ouest apportent des gains solaires l’après-midi, au moment où le bâtiment est depuis longtemps en régime.

Une orientation sud entraîne un éclairement important. De plus, les pièces orientées au sud bénéficient d’une lumière plus facile à contrôler. En effet, en hiver, le soleil bas (environ 17°) pénètre profondément dans le bâtiment, tandis qu’en été, la hauteur solaire est plus élevée (60°) et la pénétration du soleil est donc moins profonde. En été, les apports solaires sur une surface verticale sont également nettement inférieurs au sud qu’à l’est ou à l’ouest, car ils sont diminués par un facteur égal au cosinus de l’angle d’incidence.

Les dimensions de l’ouverture

On peut quantifier l’apport de lumière naturelle dans un local par le facteur de lumière du jour (FLJ). Exprimé en %, il exprime le rapport entre l’éclairement intérieur sur le plan de travail dans le local, et l’éclairement extérieur sur le plan horizontal, en site dégagé, par ciel couvert.

Plus le facteur de lumière du jour est élevé, plus le temps d’utilisation des locaux avec la lumière naturelle est élevé, limitant ainsi la consommation d’éclairage artificiel.

Un objectif raisonnable est d’arriver à un temps d’utilisation de l’éclairage naturel d’au moins 60 %. Ceci entraîne un facteur de lumière du jour de 2,5 (exigence de 300 lux) à 4 % (exigence de 500 lux) dans les locaux de vie, et de 1,5 % dans les circulations et sanitaires (exigence de 100 lux).

Une méthode approchée permet d’évaluer le Facteur de Lumière du Jour moyen d’un local donné, en fonction de sa surface vitrée.

L’emplacement de l’ouverture

Bien sûr, plus la surface est importante, plus l’éclairage naturel est élevé. Mais on sait que les apports solaires augmenteront eux aussi et donc le risque de surchauffe du local. Il nous faut donc optimiser l’efficacité lumineuse de la fenêtre.

Pour évaluer l’influence de l’emplacement de la fenêtre sur la répartition de la lumière dans un local, nous comparons trois fenêtres identiques, situées à 3 hauteurs différentes.

Plus la fenêtre est élevée, mieux le fond du local est éclairé et plus la zone éclairée naturellement est profonde. Si le fond du local (situé à 7 m de la façade dans notre test) reçoit une valeur de référence 100 pour la fenêtre basse, il recevra 128 pour la fenêtre à mi-hauteur et 143 pour la fenêtre haute.

A surface égale, l’efficacité lumineuse d’une fenêtre est donc maximale au niveau d’un bandeau horizontal, situé en partie supérieure de la paroi.

Une telle fenêtre en hauteur procure les avantages suivants :

  • Une répartition très uniforme de la lumière dans l’espace ainsi qu’un bon éclairage du fond du local.

 

  • Une source de lumière au-dessus de la ligne de vision, ce qui réduit les risques d’éblouissement direct.

Cependant, le seuil se trouve au-dessus du niveau de l’oeil, la vue sur l’extérieur est impossible. La fenêtre ne peut jouer son rôle de lien entre un local et son environnement. De plus, une zone d’ombre est formée à proximité du mur de fenêtre. En général, il est préférable de coupler une telle fenêtre avec une fenêtre classique, équipée de protections solaires.

Pour maximiser les apports de lumière naturelle, on peut également interrompre un faux plafond à proximité de la fenêtre pour favoriser la pénétration de la lumière naturelle par cette ouverture. Ce procédé est connu sous le nom de « plafond biaisé ».

De cette étude, on peut déduire une autre conclusion très intéressante : c’est la zone inférieure d’une fenêtre qui est la moins efficace en matière d’éclairage naturel. La présence d’une allège opaque est donc thermiquement préférable (présence d’une isolation pour diminuer les pertes en hiver et opacité vis-à-vis des apports solaires).

La forme de la fenêtre

Analysons l’influence de la forme de la fenêtre en comparant la répartition lumineuse fournie par trois fenêtres de proportions différentes, pour une surface vitrée identique et une hauteur de l’allège constante.

Lorsque la largeur de la fenêtre diminue, la répartition devient moins uniforme, bien que l’éclairement moyen soit pratiquement le même dans les trois cas étudiés. Par contre, l’éclairement du fond du local augmente avec la hauteur de la fenêtre. Pour une même surface vitrée, une fenêtre haute éclaire davantage en profondeur. L’idéal réside donc dans une fenêtre horizontale, mais dont le linteau est élevé. En première approximation, une pièce est convenablement éclairée jusqu’à une profondeur de 2 à 2,5 fois la hauteur du linteau de la fenêtre par rapport au plancher.

Analysons l’influence de la répartition des ouvertures dans une façade : comparons la grande fenêtre centrée et deux fenêtres plus petites, placées symétriquement.

Dans les deux cas, les fenêtres ont une superficie vitrée totale identique et la même hauteur; leur allège est située au même niveau par rapport au sol. La moyenne des éclairements varie peu, mais la répartition de la lumière dans la partie du local avoisinant les fenêtres est différente. Dans le cas de deux fenêtres séparées, une zone d’ombre apparaît entre celles-ci, ce qui peut créer des problèmes de confort visuel pour les occupants.

Le type de châssis

Le type et la taille du châssis modifient la vue vers l’extérieur et la quantité de lumière admise dans un édifice.

Le châssis fixe sera sans conteste le plus mince mais il empêche le plaisir du contact direct avec l’air extérieur…

Le matériau utilisé pour le châssis détermine également son encombrement : en général, un châssis en bois est plus mince qu’un cadre en aluminium à coupure thermique. Les châssis en PVC sont les plus larges.

Mais les innovations récentes permettent de plus en plus de diminuer l’impact visuel des châssis et d’augmenter ainsi la quantité de lumière captée.

Cafétéria dans un lycée.

Valoriser l’éclairage naturel capté

Les dimensions du local

La profondeur du local ne devra pas dépasser le double de la hauteur du linteau de la fenêtre, puisque l’intensité de la lumière naturelle décroît très rapidement en fonction de l’éloignement de la fenêtre.

Ainsi, la profondeur des bureaux devrait être limitée à 6 mètres.

À noter qu’une variation de la hauteur sous plafond (pour une même baie vitrée et une surface de plancher identique) induit une très faible différence dans la répartition lumineuse du local. Le niveau d’éclairement est cependant un petit peu plus élevé dans les pièces ayant un plafond plus bas.

La réflexion sur les parois

La nature et la couleur des surfaces intérieures influencent directement l’éclairage naturel dû aux réflexions intérieures. Une bonne distribution de la lumière nécessite des parois et du mobilier de couleurs claires.

L’importance de la clarté des surfaces est due à un double effet

  • les facteurs de réflexion plus élevés permettent à la lumière d’être davantage réfléchie.

 

  • l’œil humain analyse des niveaux de luminance : sous les mêmes conditions d’éclairage, une surface claire est donc subjectivement perçue comme mieux éclairée qu’une surface foncée.

On peut dire que si le facteur de réflexion moyen des murs d’un volume quelconque est inférieur à 50 %, la lumière pénétrera difficilement en profondeur dans cet espace. Or la plupart des matériaux architecturaux ont de faibles facteurs de réflexion. Un plancher clair peut avoir un facteur de réflexion de 30 %, mais pas beaucoup plus, ce qui est nettement plus bas que les murs (~ 50 % ) et que les plafonds (~ 70 %).

Dès lors, pour favoriser la pénétration de la lumière dans un local, on adoptera un revêtement du sol et du mobilier relativement clair, possédant donc un facteur de réflexion élevé. De plus, la clarté des tables de travail s’avère un élément favorable au confort visuel dans la mesure où la réduction du contraste entre le papier et le support de la table induit une diminution des efforts d’accommodation que l’œil doit effectuer à chacun de ses mouvements.

En revanche, les sols sont souvent de couleur relativement sombre afin de faciliter leur entretien. Il faut donc envisager un compromis susceptible de satisfaire simultanément les exigences de confort et de maintenance.

Comme le plafond ne reçoit la lumière naturelle que de manière indirecte, son influence sur la répartition de la lumière est relativement faible. En revanche, lorsqu’un dispositif de distribution lumineuse dévie la lumière vers le haut, par exemple à l’aide d’un  light shelf, le plafond reçoit une grande quantité de lumière qu’il doit répartir dans toute la pièce; le facteur de réflexion de cette surface doit alors être élevé (> 70 %), valeur correspondant à celle du plâtre blanc propre.

Lorsque les matériaux de revêtement présentent une certaine brillance, la lumière arrive plus facilement en fond de pièce.

En contrepartie, les surfaces en question acquièrent une luminance élevée et peuvent donc devenir des sources d’éblouissement.

De manière générale, les surfaces brillantes sont donc à conseiller comme moyen de transmission de la lumière naturelle, mais elles sont à éviter dans les locaux de travail, dans la mesure où les activités (lecture, écriture,…) peuvent être perturbées lorsque l’environnement lumineux est fort contrasté.

Distribuer l’éclairage dans les locaux

L’inconvénient de la lumière naturelle par rapport à la lumière artificielle réside dans la grande inhomogénéité des éclairements qu’elle induit. La répartition de la lumière représente donc un facteur clef pour assurer un éclairage de qualité.

Un éclairage naturel direct engendre des risques importants d’éblouissement et entraîne une répartition des luminances très irrégulière dans le local.

L’éclairage naturel indirect utilise les réflexions des rayons lumineux sur une paroi pour obtenir une distribution lumineuse plus homogène. Cependant, le niveau d’éclairement assuré dépend fortement du coefficient de réflexion de la paroi et donc de sa maintenance régulière.

Le Kimbell Art Museum, conçu par L. Kahn, renferme un exemple d’éclairage naturel indirect fabuleux.

De longs plafonds cylindriques laissent pénétrer la lumière naturelle en leur centre grâce à un système filtrant et réfléchissant, qui redirige la lumière solaire éclatante du Texas sur les voûtes du musée.

L’aménagement des parois intérieures

La distribution de l’éclairage dépend aussi de l’organisation des espaces intérieurs. Utiliser des cloisons transparentes ou translucides permet à la lumière de se répandre dans les deux pièces séparées par la surface vitrée. À l’intérieur d’un bâtiment, l’architecte est tributaire des effets de lumière qui se créent : il dote les espaces intérieurs de l’atmosphère désirée par une disposition étudiée des ouvertures et des obstacles à la lumière. Par exemple, un local disposé à l’est peut, par le truchement des baies intérieures, recevoir un peu de lumière de l’ouest.

Dans un long couloir, la présence de fenêtres translucides donne un relief agréable et permet d’éviter l’éclairage artificiel (bandes verticales à côté des portes ou impostes au-dessus des portes).

Les meubles sont parfois de réels obstacles qui empêchent la transmission de la lumière vers certaines parties de la pièce. Il est donc essentiel de réfléchir au type de meubles, ainsi qu’à leur emplacement, de manière à favoriser la pénétration de la lumière naturelle.

Ces deux modes d’éclairage peuvent aussi être combinés pour créer un éclairage direct/indirect, alliant une ouverture directe à la lumière naturelle à un système d’éclairage indirect. Un exemple de ce type d’éclairage est une façade qui unit une fenêtre normale et un light shelf. Ce mode d’éclairage possède, en général, les avantages de l’éclairage indirect, mais la partie directe permet en plus de créer des ombres, qui mettent en valeur le relief des objets. D’autre part, la maintenance des coefficients de réflexion des parois est un peu moins critique vu qu’une partie de l’éclairage entre de manière directe dans l’espace.

Gérer l’éclairage artificiel en fonction de l’éclairage naturel

Force est de constater que les occupants d’un bâtiment tertiaire sont peu motivés à éteindre leurs luminaires, même si l’éclairage naturel est suffisant. De plus, la modulation ON-OFF n’est pas souple et provoque un choc psychologique lors de l’extinction.

      

Par exemple, il est possible aujourd’hui de placer une cellule sensible à l’intensité lumineuse en dessous du luminaire. Si, en présence de soleil, celle-ci dépasse les 500 Lux souhaités, l’alimentation électrique du luminaire est automatiquement réduite. Sans que l’occupant ne s’en rende compte, l’éclairage naturel est directement valorisé. C’est « la vanne thermostatique » du luminaire !

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la mise en place d’une technique de gestion de l’éclairage artificiel.

Renforcer l’éclairage naturel à l’intérieur du bâtiment

Le puits de lumière

Certaines zones centrales dans un bâtiment n’ont pas d’accès direct à la lumière du jour. Dès lors, un conduit de lumière, passant à travers différentes pièces, permet de répandre la lumière naturelle captée en toiture ou en façade dans ces locaux aveugles.

Signalons toutefois que les puits de lumière risquent d’occuper un assez grand volume dans le bâtiment. Leur surface interne doit être d’autant plus réfléchissante que la lumière naturelle doit être amenée profondément dans le bâtiment. Pour limiter au maximum les pertes par absorption, il faut utiliser des matériaux très performants au niveau photométrique.

Architecte : M. Botta.

Utilisation du verre
dans des éléments de sol ou d’escalier.

Si le puits de lumière prend de plus larges dimensions, on parle d’atrium. Sa gestion thermique est souvent difficile (refroidissement par la surface vitrée en hiver, surchauffe par l’excès d’apports solaires en été). Un équilibre dans le degré d’ouverture doit donc être trouvé pour favoriser l’éclairage des pièces centrales, tout en évitant un déséquilibre thermique … coûteux en climatisation !

   

Exemple d’un atrium bien dimensionné.

Au Lycée Vinci de Calais, une dynamique est donnée par les 3 ouvertures : bandeau lumineux sur toute la longueur, coupole en toiture, pignons vitrés aux deux extrémités.

Si toute la toiture avait été ouverte, l’énergie incidente aurait entraîné des surchauffes en été.

Le conduit solaire

Un conduit solaire transmet la lumière solaire directe au cœur même du bâtiment. Le rayonnement solaire est capté au moyen d’un système de miroirs et de lentilles ou de capteurs paraboliques, éléments qui se meuvent en fonction de la trajectoire du soleil. La transmission du rayonnement solaire se fait par des systèmes de miroirs, de lentilles, de prismes réflecteurs, de fibres optiques, de baguettes acryliques, de fluides de cristaux liquides ou des conduits creux, dont les faces intérieures sont recouvertes de métaux polis. Les faisceaux lumineux ainsi obtenus peuvent alors être dirigés sur une surface précise ou diffusés dans l’espace.

Ce conduit, beaucoup moins volumineux qu’un puits de lumière, peut facilement atteindre une longueur de 15  mètres. Il est parfois associé à un puits de lumière.

Le conduit solaire apporte un flux lumineux nettement plus important et plus concentré que le puits de lumière. Cependant, tous ces systèmes de gestion du rayonnement solaire direct sont relativement chers à installer et s’appliquent donc plus particulièrement aux régions fortement ensoleillées.

Le « light shelf »

Un light shelf est un auvent, dont la surface supérieure est réfléchissante.

L’objectif est double

  1. Rediriger la lumière naturelle vers le plafond, ce qui permet de faire pénétrer la lumière profondément dans la pièce.
  2. Protéger l’occupant des pénétrations directes du soleil (éblouissement et rayonnement direct).

La surface du light shelf doit être aussi réfléchissante que possible, mais peut-être mate, brillante ou spéculaire. Une surface spéculaire renvoie théoriquement plus de lumière, mais il faut pour cela qu’elle soit nettoyée très régulièrement, ce qui n’est pas toujours aisé. En pratique, un light shelf brillant (semi-spéculaire) est sans doute le meilleur choix.

La couleur du plafond doit être aussi claire que possible, car il joue le rôle de distributeur de la lumière naturelle réfléchie par le light shelf. Sa pente a également de l’importance : un plafond incliné vers le fond du local ou de forme arrondie incurvée vers l’intérieur de l’espace augmentera fortement la profondeur de pénétration de la lumière dans le local.

Architecte : Michael Hopkins and Partners.

Dans nos régions, il est surtout applicable pour des locaux profonds d’orientation sud. Ses performances sont fortement réduites pour des orientations est et ouest, pour lesquelles le rayonnement solaire a un angle d’incidence plus faible.

De manière relative, plus le local est sombre, plus l’apport d’un light shelf peut être intéressant. Si la composante réfléchie interne est déjà grande dans un local, le même système sera proportionnellement moins efficace. L’emploi d’un light shelf en rénovation sera particulièrement profitable dans les pièces dont les murs ont des coefficients de réflexion faibles et un mobilier foncé (à noter qu’il sera moins cher de commencer par repeindre les murs !).

Le choix de la meilleure configuration de light shelf résulte d’un équilibre entre les demandes d’éclairage naturel et les besoins d’ombrage d’un local.

Un light shelf est habituellement situé à environ deux mètres de hauteur, divisant la fenêtre de façade en deux parties. Sa position dépend de la configuration de la pièce, du niveau des yeux et de la hauteur sous plafond pour permettre une vue vers l’extérieur et ne pas causer d’éblouissement. Une position basse augmente la quantité de lumière réfléchie vers le plafond … mais accroît les risques d’éblouissement.

L’augmentation de la profondeur du light shelf limite l’éblouissement, mais diminue aussi la pénétration de la lumière et la vue vers l’extérieur. Le light shelf, affectant la conception architecturale et structurelle d’un édifice, est de préférence introduit au début de la phase de conception puisqu’il nécessite un plafond relativement haut pour être efficace.

Les light shelves horizontaux sont un bon compromis entre une inclinaison du système vers le centre de la pièce ou vers l’extérieur. Tournée vers l’extérieur, le light shelf crée un plus grand ombrage, mais tournée vers l’intérieur il éclaire mieux le fond de la pièce.

On peut classer un light shelf selon sa position : intérieur, extérieur ou combiné.

Ainsi que le montre les simulations de l’éclairage d’un local, sans et avec light shelf,

  • Le light shelf extérieur donne les meilleurs résultats du point de vue du niveau d’éclairement en fond de pièce, tout en ombrant la grande fenêtre.

 

  • Placé à l’intérieur, il réduit le niveau d’éclairement moyen du local, mais offre toutefois un ombrage pour la partie supérieure du vitrage.

 

  • Enfin, le light shelf combiné assure la distribution lumineuse la plus uniforme dans le local; il se révèle également la meilleure protection solaire.
Author Image Posted By : Sylvie 29 Oct, 2007

Choisir la fenêtre comme capteur d’énergie solaire [Les fenêtres]

L’architecture participe à la juste captation des apports solaires, plus recherchés pour leur lumière que pour leur chaleur dans un immeuble tertiaire.

L’immeuble tertiaire se distingue de l’immeuble domestique

Les besoins thermiques d’un immeuble tertiaire (bureaux, écoles, …) sont très différents de ceux d’un bâtiment domestique.

Bâtiment tertiaire Bâtiment domestique

En hiver
Des apports internes élevés sont apportés par les occupants, par l’éclairage et les appareils de bureautique. Les apports internes sont limités, exceptés dans la cuisine.
Le profil de demande de chaleur est essentiellement concentré sur la relance du matin, avant l’arrivée des occupants.

Lorsque le soleil arrive, le bâtiment est déjà chaud, particulièrement pour les locaux orientés à l’Ouest (soleil l’après-midi).

Dans une classe d’école par exemple, il n’est plus nécessaire de chauffer lorsque les élèves sont présents (nous parlons bien ici d’un nouveau bâtiment bien isolé).

 Le profil de demande de chaleur est variable suivant l’occupation, mais il est marqué par une demande qui se prolonge en soirée, après le coucher du soleil.

Un des objectifs sera de stocker la chaleur solaire de la journée dans les parois, pour lisser la pointe de température en journée et libérer la chaleur en soirée.

En été
L’exigence de confort est importante afin d’améliorer la productivité des occupants. L’occupant accepte plus facilement un inconfort temporaire et attend la fraîcheur de la soirée.

Il peut facilement adapter sa tenue vestimentaire et son activité.
L’environnement extérieur ne permet pas toujours une ouverture des fenêtres (bruit, air pollué, …) Généralement, l’environnement permet plus facilement l’ouverture des fenêtres.

Conclusions

En hiver, le profil de demande thermique d’un immeuble tertiaire est peu en coïncidence avec le profil de l’apport solaire, surtout pour les immeubles de bureaux dont les apports internes sont élevés.

Le profil de demande de chaleur est essentiellement concentré sur la relance du matin, avant l’arrivée des occupants.

En été, , et de plus en plus en mi-saison, la sensibilité du bâtiment et des occupants au risque de surchauffe est élevée.

Quelle place pour les apports solaires de chauffage ?

De ce qui est dit ci-dessus, et des conséquences de l’isolation des bâtiments sur le profil de demande, on déduit que les apports solaires sont peu recherchés pour leur appoint en chauffage dans un nouveau bâtiment bien isolé et avec des apports internes moyens ou élevés (immeubles de bureaux, par exemple).

Concrétisons par un exemple

Voici les résultats d’une simulation réalisée sur un immeuble de bureau-type.

Ramenons à 100 la demande en chaud et en froid de l’immeuble dans sa version de base (50 % de vitrage) et analysons l’impact d’une modification de la surface vitrée :

Pourcentage
de vitrages		 Demande
de chauffage		 Demande
de refroidissement
0 % 77 80
50 % 100 100
70 % 110 108

Il apparaît :

  • que l’augmentation globale de la surface vitrée augmente les déperditions en hiver,
  • que l’apport solaire ne compense pas ces déperditions,
  • que la demande de refroidissement est logiquement en hausse en été.

Avec les modes constructifs actuels, le bâtiment qui aurait le moins besoin de chauffage et refroidissement est celui que n’aurait pas d’ouvertures !

À noter que cette évolution est identique quelle que soit l’orientation du local :

Local Nord Local Sud
Pourcentage
de vitrages		 Demande de chauffage Demande
de refroidissement		 Demande de chauffage Demande
de refroidissement
0 % 84 73 71 84
50 % 103 79 90 120
70 % 116 81 103 134

La valeur 100 correspond à la demande moyenne des locaux, avec 50 % de vitrages.

A noter :

  • L’importance de la demande de refroidissement dans les locaux au Nord, demande essentiellement liée à la présence des apports internes.
  • Une simulation des locaux avec des apports internes faibles présente la même tendance à l’augmentation des consommations avec l’augmentation de la surface vitrée.
  • Le placement de vitrages réfléchissants au Sud génère une diminution de la demande de refroidissement nettement plus forte que l’augmentation de la consommation de chauffage.

Constats (essentiellement pour des immeubles de bureaux)

  • L’idéal thermique restera toujours le vitrage clair équipé d’un store extérieur mobile : la chaleur solaire est captée si nécessaire et le store est abaissé le reste du temps. Toutefois, la convivialité intérieure et l’apport lumineux lorsque les stores sont abaissés laissent à désirer…

 

  • Dans un bâtiment tertiaire vérifiant la réglementation thermique en matière d’isolation et disposant d’apports internes normaux (> 25 W/m²), il y a peu intérêt à capter l’énergie solaire pour diminuer les besoins de chauffage et beaucoup de risque de surchauffe et d’éblouissement.

 

  • Par réalisme, le critère thermique impose une limitation des espaces vitrés dans un bâtiment tertiaire, quelle que soit son orientation; ouvrir la façade « du sol au plafond », c’est créer un problème et devoir user d’artifices coûteux pour gérer l’excédent solaire. Et finalement, c’est nier toute architecture d’une façade, comme succession de pleins et de vides…

 

  • Le pourcentage de vitrage à choisir est essentiellement fonction des besoins d’éclairage naturel et de convivialité recherchée dans le bâtiment.

 

  • Idéalement, les surfaces vitrées seront choisies avec un faible coefficient de transmission thermique pour limiter les pertes en hiver et équipées d’une protection solaire en été. Toutefois, vu la difficulté d’une bonne gestion des protections solaires et le coût des protections automatisées, il est possible également de sélectionner des vitrages avec un faible facteur solaire (FS = 0,4 au maximum) et un bon rendu lumineux (FL = 0,7).

Conclusions : quel pourcentage d’ouverture de la façade ?

Si l’on ne prend en compte que le seul critère thermique, et si une protection solaire très efficace n’est pas prévue, une limitation des espaces vitrés s’impose dans un bâtiment tertiaire bien isolé, quelle que soit son orientation.

Le pourcentage de vitrage à choisir de prime abord pourra généralement être compris entre 30 et 45 % de la surface de façade, cette fourchette variera essentiellement fonction :

  • du rapport au contexte dans lequel le bâtiment s’inscrit,
  • du besoin d’éclairage naturel,
  • du souhait de contacts visuels avec l’extérieur,
  • de la recherche de repères visuels dans le bâtiment.

Voici deux couloirs du même bâtiment, avec les mêmes orientations.
Simplement, dans le premier cas, l’architecte a introduit une ouverture vers l’extérieur pour introduire de la lumière naturelle…
C’est ce qui fait la qualité de l’ambiance intérieure.

A la limite, on peut comprendre une compagnie d’assurance anglaise, qui, vu les apports internes très élevés, a décidé de s’ouvrir principalement au Nord, réservant au Sud l’emplacement de la cafétéria.

Vue des espaces vitrés côté nord.

Remarque importante.

Dans nos conclusions, le vitrage apparaît mal adapté comme capteur d’énergie solaire dans les bâtiments tertiaires. Par contre, et tout particulièrement lorsque le bâtiment présente des besoins d’air neuf élevés (laboratoires, salles de conférence, salles de réunion,…), il est utile d’étudier la valorisation de l’apport solaire pour le préchauffage de l’air neuf. Le principe est alors de placer la prise d’air neuf dans un espace qui par lui-même récupère la chaleur solaire ou la chaleur du bâtiment. On pense tout particulièrement ici à un système de type « double-peaux », mais l’atrium ou le puits canadien sont d’autres manières d’appliquer ce principe.

Une très grande sensibilité aux apports internes

Le résultat des simulations thermiques est très variable en fonction d’un paramètre : la charge interne.

Un bâtiment actuel est souvent à l’équilibre entre ses pertes thermiques et ses apports internes. S’il faut chauffer par période de gel, et refroidir en période de canicule, entre ces 2 extrêmes il existe une large plage où le bâtiment est proche de l’équilibre thermique : les résultats seront alors fonction des hypothèses choisies.

Exemple.

Reprenons l’analyse d’

un immeuble de bureau-type.

Si 100 est la demande en chaud et en froid de l’immeuble dans sa version de base (50 % de vitrage-apports internes moyens), analysons l’impact d’une modification des apports internes :

Apports
internes		 Demande
de chauffage		 Demande
de refroidissement
– 50 % 146 52
moyens 100 100
+ 50 % 23 226

Exemple de diagramme énergétique établi pour cet immeuble de bureaux :

Face à une telle sensibilité, il apparaît

  • Qu’une analyse des besoins thermiques spécifique au bâtiment et à son utilisation (simulation dynamique) est indispensable pour une conception correcte du bâtiment et de ses équipements.
  • Que face à l’incertitude sur le fonctionnement réel du bâtiment (demain et après-demain), même si le refroidissement naturel du bâtiment est recommandé en priorité, l’adjonction éventuelle future d’un système mécanique de refroidissement doit être étudiée dès le début d’un projet d’immeuble de bureaux.

Exemple de situation dont les occupants se plaignent :

Une grande baie vitrée orientée au sud, une faible inertie (tapis et plafond acoustique)… … et la présence de nombreux PC génère de la surchauffe en été.

Une sensibilité aux masques solaires

Toutes les conclusions tirées ci-dessus sont en partie dépendantes de la présence d’un masque solaire éventuellement créé par les bâtiments voisins.

Par exemple, le bilan énergétique du dernier étage est sensiblement différent de celui du rez-de-chaussée.

On peut donc imaginer que le choix du vitrage puisse évoluer en fonction de l’étage.

L’influence de l’orientation de la façade

Lorsque l’apport solaire est recherché (bâtiment avec faibles apports internes), il est important de sélectionner une surface vitrée dont l’efficacité est maximale : capter un maximum d’énergie en hiver et un minimum en été.

Gains solaires par ciel serein en Belgique,
à travers un double vitrage.

(La lettre indique l’orientation et le nombre est l’inclinaison. Les orientations ouest et sud-ouest correspondent approximativement aux orientations est et sud-est.)

À première vue, la surface vitrée verticale orientée au sud (= S 90) paraît très intéressante, puisque plus d’apports en mi-saison qu’en été.

À l’opposé, on trouve la surface horizontale (coupole en toiture) dont la spécificité est de capter très peu d’énergie en hiver et de provoquer de la surchauffe en été.

Les surfaces à l’est et à l’ouest (= E 90) présentent également un bilan contraire à l’évolution des besoins du bâtiment.

Par contre, si la façade ne comporte pas de masques, un bâtiment de bureaux avec des apports internes moyens ou élevés sera en surchauffe très rapidement, dès l’arrivée du soleil.

Dans ce cas, l’apport solaire total étant plus important au Sud, c’est cette orientation qui sera la plus défavorable en matière de refroidissement annuel (malgré une légère diminution des consommations d’hiver).

C’est ce que montre notre exemple de

bureau-type :

Local Ouest Local Sud
Pourcentage
de vitrages		 Demande de chauffage Demande
de refroidissement		 Demande de chauffage Demande
de refroidissement
50 % 103 104 90 120

La valeur 100 correspond à la demande moyenne des locaux, avec 50 % de vitrages.

Exemple de protection architecturale très efficace sur une façade Sud… et qui participe à l’architecture de la façade !

Mais l’avantage de la façade au Sud est de profiter d’un soleil très haut sur l’horizon. Les auvents créés par l’architecture de la façade formeront une protection solaire efficace.

Au contraire, les protections architecturales ne sont pas efficaces à l’Est et à l’Ouest : le soleil est trop bas sur l’horizon pour être arrêté par le masque architectural.

Un éblouissement important en résulte.

Seuls des stores sont possibles, mais le coût et la maintenance en sont élevés.

Conclusions

Partons d’un bâtiment rectangulaire dont on se poserait la question : quelles orientations des façades des grands côtés du rectangle ?

1° Sans protections solaires, le choix de l’orientation d’un bâtiment est à faible impact énergétique : la consommation totale (chaud + froid) plus importante au Sud est compensée par une consommation totale plus faible au Nord.

Il est préférable :

  • Soit de privilégier l’ouverture au nord pour favoriser l’éclairage naturel (et de limiter les espaces vitrés au sud et à l’ouest),

 

  • Soit de placer pour les orientations sud, est et ouest, des vitrages réfléchissant le rayonnement solaire toute l’année. Il existe des vitrages qui ne laissent passer que 40 % de l’énergie solaire thermique, tout en laissant passer 70 % de la lumière.

2° Si des protections solaires sont prévues, les grands côtés Nord et Sud sont plus faciles à gérer : une protection architecturale fixe est très efficace au Sud et ne nécessite que peu d’entretien.

Par contre, les grands côtés est et ouest demanderaient des protections mobiles pour limiter les apports de chaleur et l’éblouissement des occupants. C’est plus coûteux, mais cela peut induire plus de vie dans le bâtiment, car la lumière est toujours présente dans les locaux.

En simplifiant, on pourrait dire que dans des locaux d’hébergement, on privilégierait les côtés est et ouest avec protections solaires, et que dans les immeubles de bureaux, on choisirait les façades nord et sud, avec avancées architecturales.

L’influence de l’inclinaison du vitrage

Ce diagramme montre évolution de l’énergie captée par une surface orientée au Sud en fonction de l’inclinaison.

Conclusions

On limitera les surfaces vitrées horizontales (coupole, toiture d’atrium, …) aux seuls besoins d’éclairage naturel des locaux situés au dessous.

Dans l’immeuble ci-contre, il paraît énergétiquement peu opportun de créer une telle surface de captation. Elle risque d’entraîner soit une surchauffe élevée, soit une consommation d’énergie frigorifique importante

concevoir

 Pour plus d’informations sur le choix des vitrages.

Quelle protection contre les apports solaires d’été ?

Dans un bâtiment bien isolé et avec des apports internes élevés, la limitation des surchauffes devient une priorité du concepteur, dès le stade de l’esquisse.

La meilleure protection solaire… c’est une surface de vitrage limitée !

La façade est aujourd’hui libérée de la fonction de portance. Elle ne doit plus remplir qu’une fonction d’enveloppe. La mode est à « la transparence », à l’ouverture des façades du sol au plafond… Or la zone inférieure d’une fenêtre est très peu efficace en matière d’éclairage naturel. La présence d’une allège opaque est donc thermiquement préférable (présence d’une isolation pour diminuer les pertes en hiver et opacité vis-à-vis des apports solaires en été).

Cette transparence totale de la façade va générer une sensibilité très forte à la surchauffe (les agriculteurs en sont bien conscients dans leur serre…). D’où la mise en place de doubles façades coûteuses, … pour gérer le problème que l’on a créé !

Double peau globale et double peau par étage.

En hiver, l’intérêt est réel grâce au préchauffage possible de l’air neuf et à la diminution des déperditions de la paroi vitrée. Mais en période de refroidissement, un store doit être placé dans la lame d’air et la double peau peut devenir alors une contrainte pour éliminer la chaleur emprisonnée (par rapport à un simple store extérieur).

Cette technique semble à réserver aux bâtiments nécessitant un apport d’air neuf fort élevé, pour lesquels la double-peau constitue un moyen de préchauffer l’air.

Les surcoûts sont importants et, sans vouloir tirer ici des conclusions trop rapides, on est en droit de se poser la question si ce budget ne serait pas mieux utilisé dans d’autres améliorations énergétiques, plus efficaces et plus simples à gérer dans le temps ? À titre d’exemple, un récupérateur de chaleur sur l’air extrait apporte lui aussi une possibilité de préchauffer l’air neuf, mais avec un coût d’installation incomparable…

Aula Magna de Louvain La Neuve.

Détail de la double peau,  qui n’est pas en communication avec l’ambiance intérieure.

La présence d’une protection solaire

On ne peut imaginer la conception d’un immeuble, climatisé ou non, sans l’organisation d’une protection solaire efficace.

Dans un bâtiment climatisé, elle permet une diminution drastique des coûts d’exploitation. Dans les autres, elle limite le risque de surchauffe.

Dans les deux cas, elle permet de gérer l’éblouissement, tout particulièrement pour faciliter le travail sur ordinateur. Des stores intérieurs compléteront utilement le dispositif.

Les éléments architecturaux (balcons, débords de toiture, décrochements, …) sont particulièrement efficaces au Sud puisque le soleil est alors haut sur l’horizon.

En été…   … et en hiver.

   

Stores verticaux, simultanément capteurs solaires photovoltaïques.

   

Bâtiment Sedilec à LLN.

Certaines protections architecturales tentent de stopper le soleil, tout en privilégiant la réflexion du rayonnement lumineux vers le plafond (« light-shelves« ).

Les stores mobiles extérieurs sont les plus efficaces pour contrôler le flux solaire en fonction du besoin réel. Mais ils sont délicats en terme de maintenance et nécessitent un contrôle automatique pour être relevés en cas de vent. La réduction du champ visuel de l’occupant en est un autre inconvénient.

Se croirait-on sur la Poztdammer Platz de Berlin ?

Panneaux de bois coulissants.

concevoir

 Pour plus d’informations sur la mise en place de protections solaires.

Protections végétales ?

Des végétations plantées à proximité du bâtiment peuvent participer à la gestion des apports solaires.

Les arbres à feuilles caduques ont l’avantage de perdre leurs feuilles et de permettre ainsi l’exposition au soleil en hiver.

Mais il s’agit là d’un appoint, plutôt à vocation domestique, et non d’une solution complète, ne fut-ce que pour les étages supérieurs.

Annexe : les paramètres du bureau-type

L’immeuble de bureaux-type utilisé ci-dessus présente les caractéristiques suivantes :

Dimensions extérieures : 60 x 18 m, sur 3 plateaux, soit un total de 3 240 m²

Dans la version dite « de base » :

  • l’orientation des façades principales est Nord-Sud,
  • le pourcentage de vitrages est de 50 % sur toutes les façades,
  • le vitrage est double avec un traitement basse émissivité (k = 1,9 W/m².K),
  • l’isolation est de 6 cm en façade, 12 cm en toiture et 3 cm dans les planchers sur sol,
  • les apports internes dans les bureaux sont de 35 W/m² (un PC de 160 W, une lampe individuelle de 18 W, un éclairage généralisé de 13 W/m² et une personne dont le métabolisme apporte 81 W pour une surface de travail de 12 m²).
Author Image Posted By : Sylvie 26 Oct, 2007

Placer l’isolant dans le versant ou dans le plancher des combles ? [Améliorer]

Placer l'isolant dans le versant ou dans le plancher des combles ?

Isolation dans le plancher des combles et dans le versant de toiture.

Ainsi, lorsque les combles ne sont pas prévus pour être occupés et donc chauffés (ni après travaux, ni ultérieurement), le plancher de celui-ci constitue la limite supérieure de l’espace protégé. C’est donc à ce niveau que doit être posé l’isolant. Ce qui permet :

  • d’utiliser une surface d’isolant moindre que s’il fallait isoler les versants de toiture,
  • d’éviter d’avoir à traiter toutes les infiltrations d’air souvent nombreuses dans les combles inoccupés,
  • de permettre la ventilation des combles en été.

Par contre, les combles qui seront occupés et chauffés doivent être isolés de l’ambiance extérieure.

Le toit incliné est dans ce cas la limite de l’espace protégé. C’est donc à ce niveau que doit être posé l’isolant.

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Conductivité thermique des matériaux (λ)

Conductivité thermique des matériaux (λ)

 

Remarques générales

  • Les valeurs  de conductivité thermique reprises ici sont des valeurs par défaut, issues de la réglementation (Extrait de l’AGW du 17 avril 2008, Annexe A de l’Annexe VII).
  • Le site www.epbd.be produit conjointement par les trois régions donne des valeurs reconnues pour le calcul PEB. Elles concernent notamment la conductivité thermique, la résistance thermique et la masse volumique des principaux produits d’isolation et de construction opaque disponibles sur le marché belge.
  • L’emploi des valeurs λU,e ou  λU,i  dépend des conditions d’utilisation du matériau :
    •  λU,i : Conductivité thermique utilisée pour un matériau dans une paroi intérieure ou dans une paroi extérieure, à condition que ce matériau soit protégé contre l’humidité due à la pluie ou à la condensation.
    • λU,e : Conductivité thermique utilisée pour un matériau dans une paroi extérieure qui n’est pas protégé contre l’humidité due à la pluie ou à la condensation.
  • La masse volumique des blocs/briques perforés  correspond au rapport entre leur masse réelle et leur volume hors-tout.
  • Les blocs creux ne sont pas des blocs perforés. En effet, pour ces blocs,  la chaleur se propage en même temps par conduction, convection et rayonnement (la valeur λ n’est donc pas représentative).  Leur résistance thermique RU est directement calculée en laboratoire. Les normes reprennent des valeurs par défaut pour ces composants.

Pour en savoir plus sur la conductivité thermique d’un matériau : cliquez ici !

Les métaux

Tableau A.1  – Métaux

Matériau

 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)		 Chaleur massique c
J/(kg.K)		 Masse volumique
ρ (kg.m³)

Plomb

 35 35  130  11 300

Cuivre

 380 380  380  8 900

Acier

 50 50  450  7 800

Aluminium 99%

 160 160  880  2 800

Fonte

 50 50  450  7 500

Zinc

 110 110  380  7 200

Les pierres naturelles

Tableau A.2  – Pierres naturelles
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)

Matériau

 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)		  

Masse volumique
ρ (kg.m³)

Pierres lourdes (granit, gneiss, basalte, porphyre)

 3.50 3.50 2 700 ≤ ρ ≤ 3 000

« Petit granit » (pierre bleue), pierre calcaire

 2.91 3.50 2 700

Marbres

 2.91 3.50 2 800

Pierres dures

 2.91 2.68 2 550

Pierres fermes

 1.74 2.09 2 350

Pierres demi-fermes (o.a. moellon)

 1.40 1.69 2 200

Les briques en terre cuite

Tableau A.3 – Briques en terre cuite
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ ≤ 700 0.22 0.43
700 < ρ ≤ 800 0.25 0.49
800 < ρ ≤ 900 0.28 0.56
900 < ρ ≤ 1000 0.32 0.63
1000 < ρ ≤ 1100 0.35 0.70
1100 < ρ ≤ 1200 0.39 0.77
1200 < ρ ≤ 1300 0.42 0.84
1300 < ρ ≤ 1400 0.47 0.93
1400 < ρ ≤ 1500 0.51 1.00
1500 < ρ ≤ 1600 0.55 1.09
1600 < ρ ≤ 1700 0.60 1.19
1700 < ρ ≤ 1800 0.65 1.28
1800 < ρ ≤ 1900 0.71 1.40
1900 < ρ ≤ 2000 0.76 1.49
2000 < ρ ≤ 2100 0.81 1.61

Les briques/blocs silico-calcaires

Tableau A.4 – Briques/blocs silico-calcaires
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ ≤ 900 0.36 0.78
900 < ρ ≤ 1000 0.37 0.81
1000 < ρ ≤ 1100 0.40 0.87
1100 < ρ ≤ 1200 0.45 0.97
1200 < ρ ≤ 1300
 0.51 1.11
1300 < ρ ≤ 1400 0.57 1.24
1400 < ρ ≤ 1500 0.66 1.43
1500 < ρ ≤ 1600 0.76 1.65
1600 < ρ ≤ 1700 0.87 1.89
1700 < ρ ≤ 1800 1.00 2.19
1800 < ρ ≤ 1900 1.14 2.49
1900 < ρ ≤ 2000 1.30 2.84
2000 < ρ ≤ 2100 1.49 3.25
2100 < ρ ≤ 2200 1.70 3.71

Les blocs de béton avec granulats ordinaires

Tableau A.5 – Blocs de béton avec granulats ordinaires
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ ≤ 1600 1.07 1.39
1600 < ρ ≤ 1700 1.13 1.47
1700 < ρ ≤ 1800 1.23 1.59
1800 < ρ ≤ 1900 1.33 1.72
1900 < ρ ≤ 2000
 1.45 1.88
2000 < ρ ≤ 2100 1.58 2.05
2100 < ρ ≤ 2200 1.73 2.24
2200 < ρ ≤ 2300 1.90 2.46
2300 < ρ ≤ 2400 2.09 2.71

Les blocs de béton d’argile expansé (billes d’argex par exemple)

Tableau A.6 – Blocs de béton d’argile expansé
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ ≤ 400 0.14 (1)
400 < ρ ≤ 500 0.18 (1)
500 < ρ ≤ 600 0.21 0.28
600 < ρ ≤ 700 0.25 0.33
700 < ρ ≤ 800
 0.30 0.39
800 < ρ ≤ 900 0.33 0.44
900 < ρ ≤ 1000 0.38 0.50
1000 < ρ ≤ 1100 0.43 0.57
1100 < ρ ≤ 1200 0.49 0.65
1200 < ρ ≤ 1300 0.55 0.73
1300 < ρ ≤ 1400 0.61 0.80
1400 < ρ ≤ 1500 0.67 0.88
1500 < ρ ≤ 1600 0.75 0.99
1600 < ρ ≤ 1700 0.83 1.10

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n’est en règle générale pas recommandée.

Les  blocs de béton léger

Tableau A.7 – Blocs de béton avec d’autres granulats légers
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ ≤ 500 0.30 (1)
500 < ρ ≤ 600 0.33 0.43
600 < ρ ≤ 700 0.37 0.47
700 < ρ ≤ 800 0.41 0.52
800 < ρ ≤ 900
 0.46 0.58
900 < ρ ≤ 1000 0.51 0.65
1000 < ρ ≤ 1100 0.57 0.73
1100 < ρ ≤ 1200 0.64 0.82
1200 < ρ ≤ 1300 0.72 0.91
1300 < ρ ≤ 1400 0.82 1.04
1400 < ρ ≤ 1500 0.92 1.17
1500 < ρ ≤ 1600 1.03 1.31
1600 < ρ ≤ 1800 1.34 1.70

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n’est en règle générale pas recommandée.

Les  blocs de béton cellulaire autoclavés

Tableau A.8 – Blocs de béton cellulaire autoclavés
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ ≤ 300 0.10 (1)
300 < ρ ≤ 400 0.13 (1)
400 < ρ ≤ 500 0.16 (1)
500 < ρ ≤ 600 0.20 0.32
600 < ρ ≤ 700
 0.22 0.36
700 < ρ ≤ 800 0.26 0.42
800 < ρ ≤ 900 0.29 0.48
900 < ρ ≤ 1000 0.32 0.52

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n’est en règle générale pas recommandée.

Les éléments de construction sans joints en béton lourd normal

Tableau A.9 – Béton lourd normal
La chaleur massique vaut 1 000 J/(kg.K)

Béton lourd normal

 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)		  Masse volumique ρ (kg/m³)

Armé

 1.70 2.20 2 400

Non armé

 1.30 1.70 2 400

Les éléments de construction sans joints en béton léger

Tableau A.10 – Béton léger en panneaux pleins ou en dalle(2) (béton d’argile expansé, béton cellulaire, béton de laitier, de vermiculite, de liège, de perlite, de polystyrène, etc.)
La chaleur massique c vaut 1000 J/(kg.K). Si des valeurs λ sont mentionnées dans les tableaux A.3 à A.8 pour ces produits, ces dernières seront utilisées. Les valeurs ci-dessous ne sont alors pas d’application.
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ < 350 0.12 (1)
350 ≤ ρ < 400 0.14 (1)
400 ≤ ρ < 450 0.15 (1)
450 ≤ ρ < 500 0.16 (1)
500 ≤ ρ < 550
 0.17 (1)
550 ≤ ρ < 600 0.18 (1)
600 ≤ ρ <650 0.20 0.31
650 ≤ ρ < 700 0.21 0.34
700 ≤ ρ < 750 0.22 0.36
750 ≤ ρ < 800 0.23 0.38
800 ≤ ρ < 850 0.24 0.40
850 ≤ ρ < 900 0.25 0.43
900 ≤ ρ < 950 0.27 0.45
950 ≤ ρ < 1000 0.29 0.47
1000 ≤ ρ < 1100 0.32 0.52
1100 ≤ ρ < 1200 0.37 0.58

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n’est, en règle générale, pas recommandée.
(2) Dans le cas où les dalles ou les panneaux sont pourvus d’une armature parallèle au sens du flux thermique (ex. colliers, treillis d’armature), le transfert thermique sera pris en compte dans la détermination de la valeur U selon la NBN EN 10211.

Les plâtres

Tableau A.11 – Plâtre avec ou sans granulats légers
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)
Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)
ρ ≤ 800 0.22 (1)
800 < ρ ≤ 1 100 0.35 (1)
1 100 < ρ 0.52 (1)

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n’est en règle générale pas recommandée.

Les  enduits

Tableau A.12 – Enduits
La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K)

 Enduits

 Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)

Mortier de ciment

 1 900 0.93 1.50

Mortier de chaux

 1 600 0.70 1.20

Plâtre

 1 300 0.52 (1)

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures, avec entre autre un risque d’humidification par la pluie, n’est en règle générale pas recommandée.

Les bois

Tableau A.13 – Bois et dérivés de bois

 Matériau

 Masse volumique
ρ (kg.m³)		 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)		  c
[J/kg.K]

Bois de charpente en

 ≤ 600 0.13 0.15  1880
> 600 0.18 0.20  1880

Panneau de contreplaqué

 <400 0.09 0.11 1880
400 ≤ ρ < 600 0.13 0.15
600 ≤ ρ < 850
 0.17 0.20
≥ 850 0.24 0.28

Panneau de particules ou d’aggloméré

 < 450 0.10 (1)   1880
450 ≤ ρ < 750 0.14 (1)
≥ 750 0.18 (1)

Panneau de fibres liées au ciment

 1200 0.23 (1)  1470

Panneau d’OSB
(oriented strand board)

 650 0.13 (1)  1880

Panneau de fibres de bois (y compris MDF)

 < 375 0.07 (1)  1880

 
375 ≤ ρ < 500 0.10 (1)
500 ≤ ρ < 700 0.14 (1)
≥ 700 0.18 (1)

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n’est, en règle générale, pas recommandée.

Les matériaux d’isolation thermique

Tableau A.14  – Matériaux d’isolation thermique

Matériau d’isolation

 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)		  

Chaleur
massique
J/(kg.K)

Liège (ICB)

 0.050 (1) 1 560

Laine minérale (MW)

 0.045 (1) 1 030

Polystyrène expansé (EPS)

 0.045 (1) 1 450

Polyéthylène extrudé (PEF)

 0.045 (1) 1 450

Mousse phénolique – revêtu (PF)

 0.045(2) (1) 1 400

Polyuréthane – revêtu (PUR/PIR)

 0.035 (1) 1 400

Polystyrène extrudé (XPS)

 0.040 (1) 1 450

Verre cellulaire (CG)

 0.055 (1) 1 000

Perlite (EPB)

 0.060 (1) 900

Vermiculite

 0.065 (1) 1 080

Vermiculite expansée (panneaux)

 0.090 (1) 900

(1) L’exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n’est en règle générale pas recommandée.
(2) Pour les panneaux d’isolation revêtus en mousse de phénol à cellules fermées, cette valeur est ramenée à 0.030 W/(m.K)

Matériaux divers

Tableau A.15  – Matériaux divers

Matériau

 λUi
W/(m.K)		 λUe
W/(m.K)		  

Chaleur
massique
J/(kg.K)

 Masse volumique
ρ (kg/m³)

Verre

 1.00 1.00 750  2 500

Carreaux de terre cuite

 0.81 1.00 1 000  1 700

Carreaux de grès

 1.20 1.30 1 000  2 000

Caoutchouc

 0.17 0.17 1 400  1 500

Linoléum, carreaux de PVC

 0.19 – 1 400  1 200

Panneaux en ciment renforcé de fibres minérales naturelles

 0.35 0.50 1 000  1 400 < ρ <1 900

Asphalte coulé

 0.70 0.70 1 000  2 100

Membrane bitumeuse

 0.23 0.23 1 000  1 100

 

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Valeurs de coefficients de transmission thermique (U) de parois types

Valeurs de coefficients de transmission thermique (U) de parois types

Type de paroi Coefficient de transmission thermique (U) (en W/m²xK)
Fenêtre avec simple vitrage 6
Fenêtre avec double vitrage traditionnel 3
Fenêtre avec double vitrage HR 1,5
Porte en bois 2,5
Porte en aluminium isolé 1,5
Mur plein de 29 cm 2,2
Mur plein de 39 cm 1,8
Mur creux non isolé 1,7
Mur creux isolé 0,45
Mur plein bardé non isolé 1,8
Mur plein bardé isolé 0,5
Mur de pierre non isolé de 30 cm 3,9
Mur de pierre non isolé de 40 cm 3,5
Mur de pierre non isolé de 50 cm 3,2
Mur de pierre non isolé de 60 cm 2,9
Mur de béton cellulaire de 25 cm (collé) 0,7
Mur de béton cellulaire de 30 cm (collé) 0,6
Mur de béton cellulaire de 35 cm (collé) 0,5
Toiture plate en béton non isolée 2,8
Toiture plate en béton isolée 0,45
Toiture inclinée isolée (6 cm de laine) 0,6
Toiture inclinée isolée (8 cm de laine) 0,45
Toiture inclinée isolée (10 cm de laine) 0,37
Plancher en bois de combles inoccupés non isolé 1,7
Plancher en bois de combles inoccupés isolé 0,4
Plancher en béton de combles inoccupés non isolé 2,6
Plancher en béton de combles inoccupés isolé 0,4
Plancher sur cave en béton non isolé 2
Plancher sur sol en béton non isolé 3,2
Plancher sur cave en béton isolé 0,7
Plancher sur sol en béton isolé 0,9
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Coefficient de résistance à la diffusion de vapeur des matériaux

Coefficient de résistance à la diffusion de vapeur des matériaux

QUELQUES VALEURS DE µ (coefficient de résistance à la diffusion de vapeur d’un matériau)
(suivant publication du Ministère de la Région Wallonne :
Isolation thermique des logements neufs en région wallonne
Caractéristiques hygrothermiques des matériaux.
Édition 88.002.)
Matériau µ sec µ humide

Air

1
Métaux infini

Granit, basalte, porphyre, marbre

 infini infini

Pierre bleue (petit granit)

 infini infini

Schiste ardoisier

 > 600

Pierre ferme

 2 160 – 2 349 kg/m³ 70 – 90

Pierre tendre

 1 650 – 1 839 kg/m³ 26 – 32
1 100 – 1 500 kg/m³ 5 – 10 5 – 10

Maçonnerie de briques, légère

 700 – 1 000 kg/m³ 5 – 10

Maçonnerie de briques, moyenne

 1 300 kg/m³ 7.5
1 500 kg/m³ 8

Maçonnerie de briques, lourde

 1 700 – 1 900 kg/m³ 9 – 14
2 100 kg/m³ 31

Blocs pleins de béton cellulaire

 500 – 549 kg/m³ 6 3

Blocs pleins de béton cellulaire

 600 – 699 kg/m³ 10 6

Blocs pleins de béton très léger

 500 – 800 kg/m³ 5 – 10

Blocs pleins de béton mi-lourd

 < 1 400 kg/m³ 5 – 10
> 1 401 kg/m³ 10 – 15

Maçonnerie en briques silico-calcaire

 < 1 400 kg/m³ 5 – 10
> 1 400 kg/m³ 15 – 25
2 000 kg/m³ 25

Maçonnerie en blocs de plâtre

 9 6

Béton plein très léger

 200 kg/m³ 2.8
300 kg/m³ 3.5
500 kg/m³ 4.5

Béton plein léger

 700 kg/m³ 5.5

Béton plein moyennement léger

 1 000 kg/m³ 6.5
1 300 kg/m³ 7.5
1 600 kg/m³ 8

Béton plein lourd

 1 900 kg/m³ 13
2 300 kg/m³ 135 30

Béton lourd non compacté non armé

 2 200 kg/m³ 23 – 200
2 400 kg/m³ 31 – 200

Béton lourd non compacté, armé

 2 300 kg/m³ 27 – 200

Béton lourd compacté, armé

 2 500 kg/m³ 37 – 200

Béton plein isolant

 300 – 700 kg/m³ 4.5 – 5.5

Béton plein de granulats EPS

 350 – 400 kg/m³ 7.5 – 11

Béton plein cellulaire
(ciment ou chaux)

 400 – 750 kg/m³ 3.7 – 6.5

Béton plein cellulaire

 400 kg/m³ 3 – 7.5
480 kg/m³ 6 3
600 kg/m³ 11 5
700 kg/m³ 4.5 – 7.5
1 000 kg/m³ 5.5 – 7.5
1 300 kg/m³ 7.5 – 9

Béton plein d’argile expansé

 550 – 1 000 kg/m³ 5 – 6.5
1 000 – 1 800 kg/m³ 6.5 – 12

Béton plein de bims

 700 – 1 000 kg/m³ 6
1 000 – 1 400 kg/m³ 6.5 – 12

Béton plein à base de granulés d’argile expansé

 900 – 1 000 kg/m³ 10 – 16 10 – 16

Béton plein de laitier de haut fourneau

 1 000 kg/m³ 6.5
1 300 kg/m³ 8
1 600 kg/m³ 10
1 900 kg/m³ 14

Béton plein de laitier de haut fourneau + sable du Rhin

 1 500 kg/m³ 10
1 700 kg/m³ 40
1 900 kg/m³ 60

Béton plein aggloméré « en granulés »

 2 100 kg/m³ 18 16

Enduit en mortier de ciment

 15 – 41

Enduit en mortier de chaux

 9 – 41

Enduit en plâtre

 6 – 10

Enduit de résine synthétique

 10 – 125

Saule, bouleau, hêtre tendre

 120 18

Teck

 37 – 370

Chêne, hêtre, frène, noyer, méranti

 370 40

Pin

 370 9

Epicéa

 9 – 370

Sapin rouge du Nord, Orégon

 120 18

Bois résineux

 18 – 120

Sapin

 18 – 120

Pitchpine

 370 40

Multiplex

 400 – 499 16
500 – 599 175 50
700 40 – 100
800 50 – 400

Contreplaqué marin

 1 000 46 – 75

Panneau de particules type tendre

 < 300 5

Panneau de copeaux colle U.F.

 550 – 700 40 – 140 +/- 25

Panneau de copeaux colle mélam.

 550 – 700 30 – 100 +/- 30

Panneau de copeaux colle P.F.

 600 – 700 50 – 150 +/- 20

Panneau de particules type lourd

 1 000 46 – 75

Panneaux de fibre de bois au ciment

 3.7 – 10 4

Laine minérale

 1.1 – 1.8

Liège expansé

 4.5 – 29

Liège expansé imprégné

 9 – 46

Polystyrène expansé

 15 – 150

Polystyrène extrudé avec peau de surface

 115 – 300

Mousse de polyuréthane

 23 – 185

Perlite expansée pure

 50 – 80 kg/m³ 1.5

Perlite expansée en panneau

 170 kg/m³ 7 5

Vermiculite expansée pure

 80 – 100 kg/m³ 1.5

Vermiculite expansée en panneau

 350 kg/m³ 8

Verre cellulaire en plaque

 70 000 – infini

Verre cellulaire en granulés

 1.5

Verre

 infini

Céramique de verre

 infini

Carreaux de céramique

 150 – 300

Caoutchouc

 900

Linoléum

 1 800

Asbeste-ciment

 800 14
1 600 – 1 900 37 – 150

Bitume oxydé

 70 000 – 120 000

Feutre bitumé

 15 000

Polyisobuthylène

 80 000 – 260 000

EPDM

 65 000

Butyl

 300 000

PVC

 20 000 – 40 000

Feutre bitumé, goudronné et sablé

 50

Voile de verre bitumé

 20 – 180

Tuiles de terre cuite

 36 – 44

Vernis d’adhérence

 400 – 900

Papier

 100

Feuille de PVC

 10 000 – 100 000

Feuille de polyisobutylène

 360 000

Feuille de Polyester

 13 000

Feuille de Polyéthylène

 50 000 – 320 000 285 000
Author Image Posted By : Sylvie 26 Oct, 2007

Tableau des grandeurs hygrométriques de l’air humide

Tableau des grandeurs hygrométriques de l'air humide

T (°C) pvs (Pa)

ρvs (kg/m³) x10-3

 xs (g/kg)
– 10 260 2,14 1,6
– 9 284 2,33 1,75
– 8 310 2,53 1,91
– 7 338 2,75 2,08
– 6 368 2,98 2,27
– 5 401 3,24 2,47
– 4 437 3,52 2,69
– 3 476 3,81 2,94
– 2 517 4,13 3,19
– 1 562 4,47 3,47
0 611 4,84 3,78
1 657 5,19 4,07
2 705 5,56 4,37
3 759 5,95 4,70
4 813 6,35 5,03
5 872 6,79 5,40
6 935 7,25 5,79
7 1 002 7,74 6,21
8 1 073 8,26 6,65
9 1 148 8,80 7,13
10 1 228 9,38 7,63
11 1 313 10,00 8,15
12 1 403 10,70 8,75
13 1 498 11,40 9,35
14 1 599 12,10 9,97
15 1 706 12,80 10,6
16 1 818 13,60 11,4
17 1 938 14,50 12,1
18 2 065 15,40 12,9
19 2 197 16,30 13,8
20 2 340 17,30 14,7
21 2 487 18,30 15,6
22 2 645 19,40 16,6
23 2 810 20,60 17,7
24 2 985 21,70 18,8
25 3 169 23,00 20,0
26 3 362 24,40 21,4
27 3 565 25,80 22,6
28 3 781 27,20 24,0
29 4 006 28,70 25,6
30 4 244 31,70 27,2

Avec , ρv : la concentration de vapeur = le nombre de kg de vapeur d’eau par m³ d’air sec (kg/m³); ρvs , cette même valeur à la saturation.

Les valeurs pvs et xs ci-dessus peuvent également être trouvées par calcul à partir de la température.

Author Image Posted By : Sylvie 26 Oct, 2007

Condensation : généralités

Condensation : généralités

La condensation se produit si, à un endroit, la pression partielle de vapeur devient égale à la pression de vapeur de saturation correspondant à la température régnant
à cet endroit.

Author Image Posted By : Sylvie 25 Oct, 2007

Confort acoustique

Confort acoustique

Les courbes de Noise Rating (NR)

Pour imposer un niveau de confort, la première idée consiste à imposer un niveau de bruit maximal, un seuil en décibel à ne pas dépasser.

Mais la sensibilité de l’oreille humaine est variable suivant la fréquence : pour notre oreille, 60 dB à 1 000 Hz est plus dérangeant que 60 dB à 250 Hz (la sensibilité est optimum entre 2 et 5 kHz).

Pour déterminer les différents critères du confort acoustique d’un local, on s’est dès lors basé sur l’allure générale des courbes de niveau d’isosonie de l’oreille.

L’Organisation Internationale de Normalisation (ISO) a proposé plusieurs courbes qui correspondent toutes à un certain degré de confort acoustique (ou de gêne) : courbes d’évaluation du bruit, ou courbes NR (Noise Rating). Grâce à ces courbes, il est possible de déterminer au moyen d’un seul chiffre le niveau de pression acoustique maximum autorisé dans chaque bande d’octave : par exemple, l’indice NR 40.

Pour obtenir le degré de nuisance d’un bruit, il suffit de tracer le spectre de ce bruit par bandes d’octave sur le réseau de courbes NR et de prendre l’indice de la courbe NR de rang le plus élevé atteint par le spectre. On verra alors immédiatement sur quelles fréquences il faudra porter l’attention afin de diminuer la gêne.

Le bruit dont on repère le spectre ci-dessus est de niveau NR 66.

On retrouve parfois dans les catalogues de fournisseur de matériel de ventilation la notion de « NC », tout à fait semblable à « NR ». Ces deux grandeurs sont reliées par la relation :

NC ≈ NR – 2 dB

Un niveau de confort acoustique NR 35 équivaut donc à un niveau de confort NC 33.

À titre d’information, la courbe NR 30 passe par la pression acoustique de 30 dB à une fréquence de 1 000 Hz, tandis que la courbe NC 30 passe par la pression acoustique de 30 dB à une fréquence de 2 000 Hz.

Des critères de confort

Ces courbes NR permettent de proposer des critères de confort acoustique, du type :

NR 20 Conditions excellentes d’écoute,
salles de concert, studios d’enregistrement
NR 25 Très bonnes conditions d’écoute,
auditoires, théâtres, églises, salles de conférence
NR 20 – 30 Condition de séjour, de repos, de sommeil,
maisons d’habitation, hôtels, appartements
NR 30 – 35 Bonnes conditions d’écoute,
bureaux de direction, salles de classe, bibliothèques
NR 35 – 40 Conditions d’écoute normales,
grands bureaux, restaurants calmes, commerces
NR 40 – 45 Conditions d’écoute modérées
laboratoires, restaurants, bureaux de dessin
NR 45 – 55 Conditions de travail acceptables avec un minimum de compréhension de la parole
NR 50 – 70 Usines, atelier

La précision du niveau NR permet de quantifier les exigences acoustiques au niveau des cahiers des charges.

Si, par exemple, on trouve dans un cahier des charges que l’installation de climatisation ne doit pas dépasser NR 35, cela veut dire que le spectre du bruit de la climatisation ne peut, dans aucune bande d’octaves, dépasser les valeurs admises par le spectre limite NR 35.

En général, un faible pourcentage de personnes est dérangé lorsque le bruit émis par une source isolée dépasse de 5 dB le bruit de fond. Si ce dépassement est de 10 dB, l’ensemble des personnes en ressent l’inconvénient.

La mesure du niveau NR d’un local peut s’effectuer grâce à un sonomètre, en mesurant le spectre sonore.

Les niveaux de l’ambiance sonore résultant des activités extérieures

Selon le contexte urbanistique, c’est à dire selon qu’il s’agisse d’une zone rurale, d’une zone de séjour récréatif, d’une zone résidentielle, etc… et selon le moment de la journée, un certain niveau de bruit est habituellement rencontré :

Valeurs indicatives de niveau sonore mesurée à l’air libre [dB (A)] (zone d’activités extérieures)

de jour

en soirée

de nuit
1. Zones rurales et zones de séjour récréatif, à l’exception des zones reprises aux points 2, 3, et 8. 40 35 30
2. Zones résidentielle, zones rurales et zones de loisirs situées à moins de 500 m d’une zone industrielle non citée au point 3 ou d’une zone d’équipements collectifs ou d’utilité publique. 50 45 45
3. Zones résidentielles, zones rurales, zones de séjour récréatif à moins de 500 m d’une zone d’activités artisanales, d’une zone de PME, d’une zone de services ou d’une zone d’exploitation pendant la période d’activité. 50 45 40
4. Zones résidentielles, excepté celles reprises au point 2 et 3. 45 40 35
5. Zones industrielles, zones de services, zones d’équipements collectifs ou d’utilité publique et zones d’exploitation pendant la période d’activité. 60 55 55
6. Zones de loisirs, à l’exception de celles reprises au point 2, et zones de séjour récréatif. 50 45 40
7. Autres zones à l’exception des zones tampons, domaines militaires et zones auxquelles s’appliquent des valeurs indicatives fixées par décret particulier. 45 40 35
8. Zones tampons. 55 50 50

Valeurs indicatives de niveau de l’ambiance sonore mesurée à l’intérieur [dB(A)](zone d’activités intérieures)

de jour

en soirée

de nuit
1. Zones rurales et zones de séjour récréatif. 30 25 25
2. Zones industrielles, zones de services, zones d’équipement collectifs ou d’utilité publique et zones d’exploitation pendant la période d’activité. 33 28 28
3. Zones résidentielles et autres zones, à l’exception de celles citées aux points 1 et 2. 33 28 28

« Tableau des valeurs indicatives de niveau de l’ambiance sonore résultant des activités ».

Author Image Posted By : Sylvie 19 Oct, 2007

Pompes à chaleur (27.080) [Réglementations]

Pompes à chaleur (27.080) [Réglementations]

NBN EN 255-1:1997 R6X 9 R72

Climatiseurs, groupes refroidisseurs de liquide et pompes à chaleur avec compresseur entraîné par moteur électrique Mode chauffage – Partie 1: Termes, définitions et désignations (2e éd.)

NBN EN 255-2:1997 R6X 13 R72
Climatiseurs, groupes refroidisseurs de liquide et pompes à chaleur avec compresseur entraîné par moteur électrique Mode chauffage – Partie 2: Essais et exigences de marquage pour les appareils de chauffage des locaux (1e éd.)

NBN EN 255-3:1997 R6X 16 R71
Climatiseurs, groupes refroidisseurs de liquide et pompes à chaleur avec compresseur entraîné par moteur électrique Mode chauffage – Partie 3: Essais et exigences de marquage pour les appareils pour eau chaude sanitaire (1e éd.)

NBN EN 255-4:1997 R6X 12 R71
Climatiseurs, groupes refroidisseurs de liquide et pompes à chaleur avec compresseur entraîné par moteur électrique Mode chauffage – Partie 4: Exigences pour les appareils de chauffage des locaux et pour les appareils pour eau chaude sanitaire (1e éd.)

NBN EN 378-1:1994 R6X 12 R57
Systèmes de réfrigération et pompes à chaleur – Exigences de sécurité et d’environnement – Partie 1: Exigences de base (1e éd.)

NBN EN 814-1:1997 R6X 11 R71
Climatiseurs et pompes à chaleur avec compresseur entraîné par moteur électrique – Mode réfrigération – Partie 1: Termes, définitions et désignations (1e éd.)

NBN EN 814-2:1997 R6X 13 R71
Climatiseurs et pompes à chaleur avec compresseur entraîné par moteur électrique – Mode réfrigération – Partie 2: Essais et exigences de marquage (1e éd.)

NBN EN 814-3:1997 R6X 12 R71
Climatiseurs et pompes à chaleur avec compresseur entraîné par moteur électrique – Mode réfrigération – Partie 3: Exigences (1e éd.)

NBN EN 60335-2-40:1995 R6X 12 R61
Sécurité des appareils électrodomestiques et analogues Partie 2 : Règles particulières pour les pompes à chaleur électriques, les climatiseurs et les déshumidificateurs (1e éd.)

NBN EN 60335-2-40/Al:1997 R6X 3 R71
Sécurité des appareils électrodomestiques et analogues Partie 2 : Règles particulières pour les pompes à chaleur électriques, les climatiseurs et les déshumidificateurs (1e éd.)

Author Image Posted By : Sylvie 18 Oct, 2007

Installations alimentées au gaz

Installations alimentées au gaz

Domaine d’applications des différentes normes relatives aux installations au gaz :

Norme NBN D 51-003

La norme NBN D 51-003 de 2004, « Installations intérieures alimentées en gaz naturel et placement des appareils d’utilisation : dispositions générales » et son addendum A1 de 2005 énonce les conditions générales techniques et de sécurité applicables aux cas suivants :

  • Installation intérieures neuves ou parties neuves d’installations intérieures dont la pression maximale de service admissible est de 100 mbar et dont : (1) le diamètre nominal des canalisations est inférieur à DN 50 et (2) les canalisations ne sont pas enterrées.
  • Placement et mise en service des appareils d’utilisation dans les installations mentionnées ci-dessus.

Norme NBN D 51-004

La norme NBN D51-004 de 1992, « Installations alimentées en gaz combustible plus léger que l’air distribué par canalisation : installations particulières » et son erratum A1 de 2003 énonce les conditions générales techniques et de sécurité applicables aux cas suivants :

  • Installations dont la pression maximale de service est supérieure à 100 mbar et inférieure ou égale à 15 bar.
  • Installations dont la pression maximale de service est inférieur à 100 mbar mais dont : (1) le diamètre nominal des canalisations est supérieur à DN50 ou (2) les canalisations sont enterrées.

Norme NBN D 51-006

Le NBN a publié en 2005 une série de trois normes pour les installations alimentées en gaz butane ou propane :

  • NBN D 51-006-01 (2005) : « Installations intérieures alimentées en butane ou propane commercial en phase gazeuse à une pression maximale de service de 5 bar et placement des appareils d’utilisation : dispositions générales, partie 1, terminologie ».
  • NBN D 51-006-02 (2005) : « Installations intérieures alimentées en butane ou propane commercial en phase gazeuse à une pression maximale de service de 5 bar et placement des appareils d’utilisation : dispositions générales, partie 2, installations intérieures ».
  • NBN D 51-006-03 (2005) : « Installations intérieures alimentées en butane ou propane commercial en phase gazeuse à une pression maximale de service de 5 bar et placement des appareils d’utilisation : dispositions générales, partie 3, placement des appareils d’utilisation ».
Author Image Posted By : 16 Oct, 2007

Choisir le programme de maintenance [Eclairage]

Pour chaque topologie, il est nécessaire de réaliser une étude permettant de définir quel sera le type de programme à appliquer (maintenance curative, maintenance préventive, combinaison de ces deux programmes). Cette étude permettra de définir, en plus du type de maintenance optimal :

  • L’intervalle de temps entre deux relamping
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des parois
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires

Cela dans le but d’optimiser la valeur du facteur de maintenance.

Comme vu précédemment certaines caractéristiques du système ne résultent pas d’un choix de l’utilisateur. C’est le cas notamment :

  • de la catégorie d’environnement
  • du nombre d’heures de fonctionnement de l’installation

Pour diminuer la consommation électrique du système d’éclairage, il est néanmoins possible de jouer :

Dans la suite de cette page vous trouverez une telle étude. Celle-ci a été réalisée dans le cas d’un système d’éclairage comprenant des lampes fluorescentes triphosphores.

Calculs

 Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance, cliquez ici !

Calculs

 Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance préventive ou mixte (curative et préventive), cliquez ici !

Calculs

 Pour accéder au fichier Excel permettant de réaliser cette comparaison, cliquez ici !

Exemple de planification de la maintenance

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur trois étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

  1. de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel accessible ci-dessus ;
  2. dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux qui permet de tenir compte du facteur de maintenance de l’installation ;
  3. faire l’étude économique du système ;
  4. comparer les différents systèmes à l’aide du troisième fichier Excel référencé ci-dessus.

Données du problème

  • Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.103 €/kWh.
  • Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h.
  • Durée de l’intervention :
    • 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe,
    • 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe,
    • 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire.

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ ouverture d'une nouvelle fenêtre ! ICEDD et disponible sur le site de la ouverture d'une nouvelle fenêtre ! CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

  • Dimensions du local : 20*15*2.8 m3.
  • Catégorie d’environnement : normale.
  • Durée de fonctionnement par an : 3100 h.
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
    • Plafond : 0.7,
    • Murs : 0.5,
    • Sol : 0.2.
  • Lampes utilisées :
    • Type : fluorescente triphosphore,
    • Coût hors taxe :6.85 €/lampe,
    • Puissance : 28 W/lampe.
  • Luminaires utilisés :
    • Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement),
    • Coût hors taxe : 150 €/luminaire,
    • Puissance (lampe incluse) : 32 W/luminaire.
  • Pas de nettoyage des parois du local.
  • Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 0.5 an. Ceci correspond à un facteur de maintenance des luminaires de 0.91.

Comme dit précédemment, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Cette option ne semblant pas être envisageable en pratique, nous considérons que ce nettoyage n’est pas effectué.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous supposons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures.

Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 80 % de la valeur initiale

Calcul du facteur de maintenance

Le respect de ce critère conduit à la nécessité de réaliser un relamping tous les 5 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF*LSF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.84.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes hors services avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 6.03 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF
 0.9
LSF
 0.94
LMF
 0.91
RSMF
 0.83
MF
 0.64
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 110 luminaires,
  • 110 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 520 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 110*150 = 16 500 €
Achat des lampes 110*6.85 = 753.50 €
Installation des luminaires 110*30 = 3 300 €
Total
 20 553.50 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.520 = 10 912 kWh/an
Coût de fonctionnement 10 912*0.103 = 1123.936 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 110*6.85 = 753.5 €
Remplacement lampes 110*5 = 550 €
Total sur 5 ans 1303.5 €
Total par an
 260.7 €/an

Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 90 % de la valeur initiale

Calcul du facteur de maintenance

Le respect de ce critère conduit à la nécessité de réaliser un relamping tous les 2 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF*LSF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes hors services avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 0.93 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF
 0.92
LSF
 0.99
LMF
 0.91
RSMF
 0.83
MF
 0.69
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 99 luminaires,
  • 99 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 168 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 99*150 = 14 850 €
Achat des lampes 99*6.85 = 678.15 €
Installation des luminaires 99*30 = 2 970 €
Total
 18 498 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.168 = 9 820.80 kWh/an
Coût de fonctionnement 9 820.80*0.103 = 1011.542 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 99*6.85 = 678.15 €
Remplacement lampes 99*5 = 495 €
Total sur 2 ans 1 173.15 €
Total par an
 586.575 €/an

Programme 3 : Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans

Calcul du facteur de maintenance

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes changées avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 104.89 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF
 0.9
LSF
 1
LMF
 0.91
RSMF
 0.83
MF
 0.68
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 100 luminaires,
  • 100 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 200 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 100*150 = 15 000 €
Achat des lampes 100*6.85 = 685 €
Installation des luminaires 100*30 = 3 000 €
Total
 18 685 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.2 = 9 920.00 kWh/an
Coût de la consommation électrique 9 920.80*0.103 = 1 021.760 €/an
Achat des lampes  
  • Sur 10 ans
 100*(104.89/100)*6.85 = 718.497 €/(10 ans)
  • Sur 1 an
 718.497/10 = 71.497 €/an
Remplacement lampes  

 
  • Sur 10 ans
 100*(104.89/100)*15 = 1 573.35 €/(10 ans)
  • Sur 1 an
 1 573.35/10 = 157.335 €/an
Coût de fonctionnement 1 250.945 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 100*6.85 = 685 €
Remplacement lampes 100*5 = 500 €
Total sur 10 ans 1 185 €
Total par an
 118.5 €/an

Programme 4 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important

Calcul du facteur de maintenance

Entre 6.5 et 6.8 ans, le service de maintenance devra remplacer un peu plus de 50 % des lampes dans le cadre d’une maintenance curative. Il semble naturel de réaliser une maintenance préventive au bout de 6.5 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF.

La valeur minimale de LLMF est de 0.90, comme dans le cas précédent.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampe changée avant intervention. Dans le cas présent, ce dernier vaut 50.13 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF
 0.9
LSF
 1
LMF
 0.91
RSMF
 0.83
MF
 0.68
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 100 luminaires,
  • 100 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 200 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 100*150 = 15 000 €
Achat des lampes 100*6.85 = 685 €
Installation des luminaires 100*30 = 3 000 €
Total
 18 685 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.2 = 9 920.00 kWh/an
Coût de la consommation électrique 9 920.80*0.103 = 1 021.760 €/an
Achat des lampes  
  • Sur 6.5 ans
 100*(50.13/100)*6.85 = 343.391 €/(6.5 ans)
  • Sur 1 an
 343.391/6.5 = 52.829 €/an
Remplacement lampes  
  • Sur 6.5 ans
 100*(50.13/100)*15 = 751.95 €/(6.5 ans)
  • Sur 1 an
 751.95/6.5 = 115.684 €/an
Coût de fonctionnement 1 190.274 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 100*6.85 = 685 €
Remplacement lampes 100*5 = 500 €
Total sur 6.5 ans 1 185 €
Total par an
 182.308 €/an

Programme 5 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées

Calcul du facteur de maintenance

Le remplacement des lampes doit dans ce cas être effectué tous les 4.5 ans

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF est encore une fois de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes changées avant intervention. Dans le cas présent, ce dernier vaut 3.3 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF
 0.9
LSF
 1
LMF
 0.91
RSMF
 0.83
MF
 0.68
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 100 luminaires,
  • 100 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 200 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 100*150 = 15 000 €
Achat des lampes 100*6.85 = 685 €
Installation des luminaires 100*30 = 3 000 €
Total
 18 685 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.2 = 9 920.00 kWh/an
Coût de la consommation électrique 9 920.80*0.103 = 1 021.760 €/an
Achat des lampes  
  • Sur 4.5 ans
 100*(3.3/100)*6.85 = 22.605 €/(4.5 ans)
  • Sur 1 an
 22.605/4.5 = 5.023 €/an
Remplacement lampes  
  • Sur 4.5 ans
 100*(3.3/100)*15 = 49.5 €/(4.5 ans)
  • Sur 1 an
 49.5/4.5 = 11 €/an
Coût de fonctionnement 1 037.783 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 100*6.85 = 685 €
Remplacement lampes 100*5 = 500 €
Total sur 4.5 ans 1 185 €
Total par an
 263.33 €/an

Programme 6 : Relamping juste avant que le LLMF ne descende sous les 0.95

Dans ce cas, aucune lampe ne claquera avant le relamping. La maintenance sera donc de type préventif.

Calcul du facteur de maintenance

Le remplacement des lampes doit dans ce cas être effectué tous les ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF.

La valeur minimale de LLMF est encore une fois de 0.95.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF
 0.95
LSF
 1
LMF
 0.91
RSMF
 0.83
MF
 0.72
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 99 luminaires,
  • 99 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 128 W.
Étude économique du système

L’installation sera donc la même que celle du programme 2. Les coûts d’investissement et de fonctionnement seront donc identiques. Les coûts relatifs à la maintenance augmenteront.

Enfin, par rapport au programme 2, l’impact écologique sera plus négatif. En effet cette solution conduit à la production de plus de déchets et aussi à la nécessité de produire plus de lampes, et donc d’augmenter la quantité d’énergie grise relative à ce système d’éclairage.

Synthèse

 

– – Programme 1
 Programme 2
 Programme 3
 Programme 4
 Programme 5
    Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.8
 Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.9 Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
 

Dimensionnement

 Périodicité relamping 5 2 10 6.5 4.5
MF
 0.64 0.69 0.68 0.68 0.68
Pourcentage de lampes hors services avant relamping (maintenance préventive) (%)
 6.03 0.93      
Pourcentage de lampes changées avant relamping (maintenance mixte) (%)     104.89 50.13 3.3
Nombre luminaires (= nombre lampes)
 110 99 100 100 100
Puissance installée (W)
 3520 3168 3200 3200 3200
Investissement Investissement (€)
 20 553.50 18 498 18 685 18 685 18 685
 

Fonctionnement

 Énergie consommée par le système (kWh/an)
 10 912 9 820.80 9 920 9 920 9 920
Coût de la consommation électrique(€/an) 1 123.936 1 011.542 1 021.760 1 021.76 1 021.76
Coût achat et remplacement des lampes (€/an)     228.832 168.513 16.023
Coût de fonctionnement (€/an) 1 123.936 1 011.542 1 250.945 1 190.274 1 037.783
Relamping Coût de la maintenance (€) 1 303.5 1 173.15 1 185 1 185 1 185
Coût de la maintenance (€/an) 260.7 586.575 118.5 182.308 263.33  

Le graphique suivant permet de comparer les différents programme de maintenance :

 

Le programme le plus intéressant économiquement est donc le programme 5, c’est-à-dire un remplacement curatif des lampes et un relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées.

Ce graphique montre tout l’intérêt d’assurer un facteur de maintenance élevé. En effet, si on étudie en détail les coûts de fonctionnement, on s’aperçoit que la facture électrique représente toujours la part la plus importante de ceux-ci.

Il montre également l’intérêt d’un remplacement curatif des lampes, qui permet à moindres frais de maintenir le facteur de maintenance à une valeur acceptable.

Économiquement, la fréquence des relamping est d’une grande importance et vouloir maintenir un facteur de maintenance élevé en augmentant celle-ci ne semble pas être la solution optimale.

Enfin, rappelons qu’une telle étude doit être menée pour chaque réalisation et que les résultats obtenus ici ne sont pas applicables de manière générale.
Author Image Posted By : 10 Oct, 2007

EUROVENT 2/2 : taux de fuite dans les conduits de distribution d’air en métal

EUROVENT 2/2 : taux de fuite dans les conduits de distribution d'air en métal

EUROVENT ?

Comment comparer les rendements de 2 machines frigorifiques si les valeurs annoncées ont été mesurées dans des conditions différentes (température intérieure et extérieure, niveau acoustique, …) ?

Certains gros fabricants du secteur ventilation et climatisation, irrités de la concurrence exercée par des producteurs peu scrupuleux de la qualité du matériel, ont décidé de définir des références communes de comparaison.

Le logo « EUROVENT » n’est pas un label de qualité en soi. Il certifie que le matériel a été testé dans des conditions standards admises par les différents membres de l’association.

Le standard EUROVENT 2/2

Le standard EUROVENT 2/2 est basée sur des tests réalisés en laboratoire et sur site sur des conduits mis en œuvre suivant les codes de bonne pratique. Elle concerne le taux de fuite dans les conduits allant de la sortie de la centrale de traitement d’air aux éléments terminaux.

Un certain degré de fuite dans les réseaux de ventilation est inévitable (et toléré sauf évidemment dans les réseaux transportant des gaz dangereux). Il est en outre reconnu que le transport, le stockage et la mise en œuvre est source d’aggravation des risques de fuite.

Le standard EUROVENT 2/2 définit des classes d’étanchéité basées sur le rapport entre la quantité de fuite dans les conduits et la surface du réseau de distribution d’air, bien que les fuites proviennent principalement des joints.

Classe d’étanchéité à l’air des conduits de ventilation selon le standard EUROVENT 2/2

Mesure sur des conduits installés
Taux de fuite
[s-1.m-2]
p = pression statique d’essai [Pa]

Surface de fuite équivalente en cm² par m² de conduit

Classe EUROVENT
0.009 x p0,65 <…< 0.027 x p0,65 0.21 <…< 0.64 A
0.003 x p0,65 <…< 0.009 x p0,65 0.07 <…< 0.21 B
< 0.003 x p0,65 < 0.07 C

Mesure en laboratoire

Taux de fuite
[s-1.m-2]
p = pression statique d’essai [PA]

Surface de fuite équivalente en cm² par m² de conduit

Classe EUROVENT
0.0045 x p0,65 <…< 0.0135 x p0,65 0.21 <…< 0.64 A
0.0015 x p0,65 <…< 0.0045 x p0,65 0.07 <…< 0.21 B
< 0.0015 x p0,65 < 0.07 C

Classe d’étanchéité à l’air des conduits de ventilation selon le standard EUROVENT 2/2.

Author Image Posted By : 9 Oct, 2007

Choisir entre les différentes caractéristiques influençant le programme de maintenance [Eclairage]

Choisir entre les différentes caractéristiques influençant le programme de maintenance [Eclairage]

Le type de lampe

Il y a lieu de considérer ici sept grandes catégories de sources lumineuses  :

En ce qui concerne les deux autres types de lampes :

  • Les lampes à induction présentent un prix et une durée de vie élevés. Elles seront utilisées quand la maintenance est difficile, ou coûteuse, et dans des situations requérant de longues périodes de fonctionnement.
  • Les lampes au sodium haute pression possèdent un très mauvais IRC. Elles sont principalement utilisées pour l’éclairage des autoroutes, car l’efficacité lumineuse doit être très élevée et que le rendu des couleurs n’est pas primordial.

Du point de vue de la maintenance, les différents types de lampes vont se distinguer par leur :

  • facteur de survie
  • facteur de maintien de flux lumineux

Il est important de noter que les tables permettant de calculer le facteur de maintenance d’une installation reprennent des valeurs moyennes par catégorie de lampe. Dans les faits, il existe une grande dispersion autour de ces valeurs moyennes.

Par exemple, les halogénures métalliques possèdent les caractéristiques suivantes :

  • Une durée de vie moyenne comprise entre 10 000 et 18 000 heures et donc un facteur de survie (LSF) variant fortement d’une lampe à l’autre (la durée de vie moyenne est définie par un LSF de 0.5).

durée de vie moyenne de lampes aux iodures métalliques

Le schéma ci-dessus montre la chute du flux lumineux de différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

  • Une durée de vie utile comprise entre 6 000 et 10 000 heures et donc un facteur de maintien du flux lumineux variant fortement d’une lampe à l’autre (la durée de vie utile est définie par un LLMF de 0.8).

Evolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d'un fabricant donné.

Le schéma ci-dessus indique l’évolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

Les différents types de lampes sont également définis par leur efficacité moyenne. En pratique, il y aura lieu de comparer le produit de ces trois facteurs, comme le montre le graphique suivant :

Il est essentiel de garder à l’esprit que ce graphe se base sur les valeurs moyennes de l’efficacité, du facteur de maintenance du flux lumineux et du facteur de survie de chaque type de lampes.

Ce graphique montre que selon la durée de fonctionnement (avant relamping ou remplacement complet du luminaire) souhaitée, le type de lampe le plus efficace sera différent.

Par exemple si l’installation est sensée fonctionner 13 000 heures, alors le type de lampes le plus efficace (en moyenne) sera celui des fluorescentes triphosphores (1.12 fois plus efficace que les lampes sodium haute pression et 1.71 fois plus que les lampes aux halogénures métalliques).

Si le système est sensé fonctionner 3 000 heures, alors le type de lampes le plus efficace sera celui des halogénures métalliques, qui sera 1.06 fois plus efficace que le type fluorescente triphosphore et 1.25 fois plus efficace que les types flocompacte et sodium haute pression.

Il est essentiel de garder à l’esprit que les courbes donnant le pourcentage de flux lumineux restant en fonction de la durée de fonctionnement n’auront pas toutes la même allure. Ce serait donc une erreur de s’intéresser uniquement à l’efficacité lumineuse initiale des lampes.

Ce diagramme permet également de voir simplement que les lampes incandescentes classiques et halogènes possèdent de très mauvaises caractéristiques (faible efficacité, diminution rapide du flux lumineux, et facteur de survie très bas).

Calculs

 Si vous voulez comparer des lampes de type différent en fonction de leur efficacité lumineuse. (xls)

Lampes halogènes classiques ou lampes aux halogénures métalliques

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur quatre étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

  1. de déterminer les valeurs du facteur de survie des lampes choisies en fonction de la durée de vie annoncée par le constructeur ;
  2. de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel ;
  3. dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux ;
  4. faire l’étude économique du système à l’aide d’un troisième fichier Excel.

Données du problème

  • Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.104 €/kWh.
  • Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h.
  • Durée de l’intervention :
    • 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe ;
    • 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe ;
    • 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ICEDD disponible sur le site de la CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

  • Dimensions du local : 7*6*2.8 m³.
  • Catégorie d’environnement : propre.
  • Durée de fonctionnement par an : 2 580 h.
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2.
  • Luminaires utilisés :
    • Luminaires à ventilation forcée de type downlight pouvant accueillir des lampes halogènes ou des lampes à halogénures métalliques
  • Pas de nettoyage des parois du local.
  • Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 1 an. Ceci correspond (pour les luminaires choisis et la catégorie d’environnement) à un facteur de maintenance des luminaires de 0.99.

Comme dit précédemment, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Cette option ne semblant pas être envisageable en pratique, nous considérons que ce nettoyage n’est pas effectué.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous considérons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures.

Les lampes utilisées

Comme dit précédemment, les luminaires choisis ici peuvent aussi bien accueillir des halogènes ou des halogénures métalliques. Les luminaires, peu importe le type de lampes qu’ils accueillent, présentent le même rendement et la même courbe photométrique (distribution à caractère intensif).

Si la topologie du système d’éclairage est imposée par des critères esthétiques, il y a lieu de choisir des lampes possédant des flux lumineux équivalents. Ce choix est de plus conforté par le fait que nous utiliserons le même type de luminaire et donc la même courbe photométrique (à peu de chose près) à caractère intensif. Augmenter le flux des lampes aura pour conséquence première d’augmenter l’éclairement dans l’axe du luminaire et ne permettra donc pas d’utiliser moins de luminaires.

Notre choix se portera donc sur les lampes suivantes :

Lampe halogène
 Lampe aux halogénures métalliques
Puissance luminaire (W)
 300
 82
Flux lumineux (lm)
 5 600
 5 900
Efficacité lumineuse (lm/W)
 18.67
 71.95
Température de couleur (K)
 2 900
 4 200
Indice de rendu des couleurs
 100
 85
Durée de vie moyenne (h)
 2 000
 9 000
Prix lampe (€ HTVA)
 5.36
 28
Prix luminaire (€ HTVA) 147
 159.25

Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF descende sous la barre des 0.9

Il n’est malheureusement pas possible de satisfaire ce critère avec les lampes halogènes, à moins de les remplacer tous les 4 mois.

Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF descende sous la barre des 0.76

> Système réalisé à base de lampes halogènes

Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un relamping tous les 6 mois.

Caractéristiques du système d'éclairage avec relamping.

Avant le relamping, 22 % des lampes seront hors services.

La valeur minimale de LLMF*LSF est de 0.76.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont :

LLMF
 0.97
LSF
 0.78
LMF
 0.99
RSMF
 0.94
MF
 0.7
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 8 luminaires
  • 8 lampes

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 2 400 W
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 8*147 = 1 176 €
Achat des lampes 8*5.36 = 42.88 €
Installation des luminaires 8*30 = 240 €
Total
 1 458.88 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 2 400*2.58 = 6 192 kWh/an
Coût de la consommation électrique 6 192*0.103 = 637.776 €/an
Coût de fonctionnement 637.776 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 8*5.36 = 42.88 €
Remplacement lampes 8*5 = 40 €
Total sur 0.5 an 82.88 €
Total par an
 165.76 €/an

> Système réalisé à base de lampes à halogénures métalliques

Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un relamping tous les 1.5 ans.

Caractéristiques du système d'éclairage avec relamping.

Avant le relamping, 9.51 % des lampes seront hors services.

La valeur minimale de LLMF*LSF est de 0.81.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont :

LLMF 0.89
LSF
 0.90
LMF 0.99
RSMF 0.94
MF 0.75
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 8 luminaires
  • 8 lampes

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 656 W
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 8*159.25 = 1 274 €
Achat des lampes 8*28 = 224 €
Installation des luminaires 8*30 = 240 €
Total
 1 738 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 656*2.58 = 1 692.48 kWh/an
Coût de la consommation électrique 1 692.48*0.103 = 174.325 €/an
Coût de fonctionnement 216.197 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 8*28 = 224 €
Remplacement lampes 8*5 = 40 €
Total sur 1.5 an 264 €
Total par an
 176 €/an
Comparaison

Schéma, comparaison économique des différents programmes.

Cet exemple montre à quel point les halogènes donnent des résultats médiocres tant du point de vue énergétique qu’économique. L’utilisation d’halogénures métalliques à leur place permet de diminuer la consommation énergétique du système de près de 75 %. Et cela, pour un surcoût à l’investissement d’environ 230 €.

Il est à noter que les 5 % gagné sur la valeur du facteur de maintenance n’ont pas permis de réduire le nombre de luminaires. Cela est dû à la topologie du système (disposition rectiligne, dimensions du local…) et à la nécessité de satisfaire les critères de confort visuel (un facteur de maintenance de 0.84 aurait permis de limiter le nombre de luminaires à halogénures métalliques à 6).

Cela montre bien que la planification de la maintenance ne se limite pas à la détermination du facteur de maintenance. Elle permet également de déterminer la périodicité de la maintenance et les coûts qui lui sont liés. Dans le cas qui nous occupe, les surcoûts rattachés à l’achat d’halogénures métalliques, une dizaine d’euros par an, sont largement compensés par la diminution de la facture électrique.

Comme le montre le graphique suivant, l’utilisation d’halogénures métalliques plutôt que d’halogènes est rentabilisée en un an. On aura ainsi économisé (investissement compris) 160 € en un an, 922 en deux.

Les résultats calculés ici se basent sur l’emploi de lampes aux halogénures métalliques possédant une dure de vie moyenne (9 000 heures) assez faible si on la compare aux standards de sa catégorie. En effet, la plupart des halogénures métalliques possèdent une durée de vie moyenne de 18 000 heures.

Ces lampes présentent tout de même un bon indice de rendu des couleurs ainsi qu’une température de couleur plus proche de celle de la lumière naturelle.

Les fichiers ayant permis la réalisation de cette étude sont accessibles ici :

Calculs

 Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance.

Calculs

 Pour déterminer les valeurs du facteur de survie catalogue.

Calculs

 Pour planifier une maintenance préventive ou mixte.

Le graphique suivant montre qu’il existe une grande dispersion autour de ces valeurs moyennes :

Pour finir, il ne faut pas oublier que d’autres facteurs jouent également dans le choix d’une lampe :

  • Indice de Rendu des Couleurs
  • Spectre lumineux complet et régulier
  • …

Le type de luminaire

Il y a lieu de considérer ici 7 grandes catégories de luminaires :

Illustration luminaire tube nu.

Tube nu.

 Illustration luminaire ouverts sur le dessus.

Luminaires ouverts sur le dessus
(ventilés naturellement).
Illustration luminaire fermé sur le dessus.

Luminaires fermés sur le dessus
(non ventilés).

 Illustration luminaires fermés IP2X.

Luminaires fermés IP2X,
protégés contre les corps solides
supérieurs à 12 mm.
Illustration luminaires fermés IP5X.

Luminaires fermés IP5X,
protégés contre la poussière.

 Illustration luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Luminaires assurant
un éclairage indirect
ou vers le haut.
Illustration luminaires à ventilation forcée.

Luminaires à ventilation forcée.

Le choix du type de luminaire revêt d’une importance capitale, surtout dans les locaux de catégorie « normal  » et « sale « . Ce choix influence directement la valeur du facteur de maintenance des luminaires (LMF).

Par exemple, si la catégorie d’environnement est sale et que les luminaires sont nettoyés tous les 3ans, les pertes engendrées par l’empoussièrement de ceux-ci seront de :

  • 15 % si l’on utilise des luminaires à ventilation forcée.
  • 21 % si l’on utilise des luminaires fermés IP5X.
  • 27 % si l’on utilise des tubes nus.
  • 32 % si l’on utilise des luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement).
  • 35 % si l’on utilise des luminaires fermés IP2X.
  • 48 % si l’on utilise des luminaires fermés sur le dessus (non ventilés).
  • 55 % si l’on utilise des luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Pour un même intervalle de nettoyage des luminaires, mais pour un environnement normal cette fois, les pertes engendrées seront de :

  • 10 % si l’on utilise des luminaires à ventilation forcée.
  • 16 % si l’on utilise des luminaires fermés IP5X.
  • 21 % si l’on utilise des tubes nus.
  • 26 % si l’on utilise des luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement).
  • 27 % si l’on utilise des luminaires fermés IP2X.
  • 39 % si l’on utilise des luminaires fermés sur le dessus (non ventilés).
  • 45 % si l’on utilise des luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Pour un environnement propre, les pertes vont de 5 à 26 % et pour un très propre de 2 à 15 %.

En règle générale, le classement des luminaires en fonction du facteur de maintenance (LMF) donnera :

Type de luminaire
 LLMF moyen
Luminaires à ventilation forcée. 0.948
Luminaires fermés IP5X, protégés contre la poussière. 0.890
Tube nu. 0.874
Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement). 0.845
Luminaires fermés IP2X, protégés contre les corps solides supérieurs à 12 mm. 0.820
Luminaires fermés sur le dessus (non ventilés). 0.781
Luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut. 0.757

Comme dans le cas du choix du type de lampe à utiliser, il y a lieu de faire attention au rendement des luminaires. Il est cependant plus difficile ici de tirer des conclusions générales étant donné la dispersion de la valeur des rendements dans une gamme donnée.

Le système d’éclairage

On distingue ici trois types de systèmes d’éclairage :

  • Les systèmes directs.
  • Les systèmes indirects.
  • Les systèmes mixtes.

Pour ce qui est des systèmes mixtes, il existe théoriquement une infinité de possibilités. Nous ne nous occuperons ici que des trois cas types suivants :

  • Cas 1 : 100 % direct, 0 % indirect.
  • Cas 2 : 50 % direct, 50 % indirect.
  • Cas 3 : 0 % direct, 100 % indirect.

Du point de vue de l’énergie, plus la composante directe de l’éclairage est importante et plus l’efficacité du système est grande. En effet, dans un système à composante indirecte non nulle, avant d’atteindre la tâche à éclairer, la lumière est réfléchie. Ce mode d’éclairage a donc un moins bon rendement et demande, à niveau d’éclairement égal, une puissance installée supérieure à celle du système direct.

L’éclairement dépend dans ce cas fortement des coefficients de réflexion des parois sur lesquelles la lumière est réfléchie. L’état de propreté des parois aura donc une influence directe sur les valeurs d’éclairement atteintes (via le RSMF), comme le montre l’exemple suivant :

Exemple montrant l’influence du système d’éclairage sur les valeurs de RSMF à utiliser.

Soit un système possédant les caractéristiques suivantes :

  • Environnement normal
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeurs standards) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2

Les valeurs de RSMF vont alors suivre les évolutions suivantes :

Valeurs de RSMF.

Si on planifie un nettoyage des parois tous les 3 ans, les pertes engendrées par l’empoussièrement du local seront de :

  • 10 % dans le cas d’un système d’éclairage direct
  • 17 % dans le cas d’un système d’éclairage 50 % indirect et 50 % direct
  • 28 % dans le cas d’un système d’éclairage indirect

Il est à noter que du point de vue du confort, l’utilisation d’un système d’éclairage mixte va conduire à des différences de luminance nettement moins marquées que dans le cas d’un éclairage direct. Le système mixte est surtout avantageux dans des pièces à plafond haut et évite la perception d’une zone sombre au plafond. Il est cependant nécessaire de garder à l’esprit qu’une faible proportion de flux vers le haut suffit généralement et qu’une proportion de 50 % vers le haut est certainement une valeur trop importante.

À ce sujet, il peut être intéressant de se tourner vers les réglementations. Celle relative aux lieux de travail indique que pour un éclairement de la tâche de 500 lux, les zones environnantes immédiates (bande de 0.5 m autour de la zone de travail) doivent présenter un éclairement de 300 lux, soit 60 % de la première valeur. Il est donc évident que l’éclairement du plafond devra être largement inférieur à 50 % de la valeur d’éclairement de la tâche. La composante indirecte ne devra servir qu’à éviter la création d’une ombre sur le plafond.

La catégorie d’environnement

Catégorie d’environnement

Les coefficients de réflexion des parois d’un local jouent un rôle important sur l’éclairage. L’empoussièrement de celui-ci va conduire à la réduction des facteurs de réflexion du local, et donc à la réduction du niveau d’éclairement atteint. Cette déperdition va dépendre :

  • des proportions du local
  • du facteur de réflexion de chacune des parois du local
  • du type d’éclairage choisi (direct, indirect…)
  • et surtout de la catégorie d’environnement dans laquelle on se trouve (la nature et la densité de la poussière étant des facteurs prépondérants)

On distingue quatre catégories d’environnement :

Très propre Hôpitaux (zones d’interventions), centres informatiques.
Propre Bureaux, écoles, hôpitaux (zones communes), magasins, laboratoires, restaurants, salles de conférence.
Normal Salles d’assemblage.
Sale Ateliers mécaniques, fonderies, laboratoires chimiques.

Le type d’environnement a une grande importance, mais il ne résulte malheureusement pas vraiment d’un choix.

Par exemple pour un système possédant les caractéristiques suivantes :

  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2
  • Système d’éclairage 50 % direct, 50 % indirect
  • Nettoyage des  parois du local tous les deux ans

Les pertes du à l’empoussièrement des parois seront de :

Pertes du à l'empoussièrement des parois.

Soit en résumé :

  • 5 % dans le cas d’un environnement très propre
  • 9 % dans le cas d’un environnement propre
  • 17 % dans le cas d’un environnement normal
  • 25 % dans le cas d’un environnement sale

La catégorie d’environnement va donc influencer directement la valeur du facteur de maintenance du local (RSMF). Mais comme le montre le graphique précédent, de manière générale, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Ce qui dans la pratique ne semble pas envisageable.

La catégorie d’environnement joue également sur le taux d’encrassement des luminaires. Si l’on analyse plus en détail l’évolution du facteur de maintenance des luminaires (LMF) on s’aperçoit qu’il est intéressant de pratiquer un nettoyage des luminaires tous les 6 mois, comme le montre le graphe suivant (catégorie d’environnement « sale « ) :

Le nombre d’heure de fonctionnement

Le tableau suivant indique, dans le cadre d’activités typiques, le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation d’éclairage :

Activité Période d’occupation Gestion en fonction de la lumière du jour Heures de fonctionnement
Shift inclus Nombre de jours Heures/jour Oui/non Heures/an
Industrie
  Continu

365

24

Non

8760
  Process

365

24

Oui

7300
  2 shifts

310

16

Non

4960
  6 jours/semaine

310

16

Oui

3720
  1 shift

310

10

Non

3100
  6 jours/semaine

310

10

Oui

1760
  1 shift

258

10

Non

2580
  5 jours/semaines

258

10

Oui

1550
Commerce
  6 jours/semaine

310

10

Non

3100
Bureaux
  5 jours/semaine

258

10

Non

2580

258

10

Oui

1550
Écoles
  5 jours/semaine

190

10

Non

1900

190

10

Oui

1140
Hôpitaux
  7 jours/semaine

365

16

Non

5840

365

16

Oui

3504

Planification du programme de maintenance

Pour chaque topologie, il est nécessaire de réaliser une étude permettant de définir quel sera le type de programme à appliquer (maintenance curative, maintenance préventive, mix de ces deux programmes). Cette étude permettra de définir, en plus du type de maintenance optimal :

  • L’intervalle de temps entre deux relamping
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages consécutifs des parois
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages consécutifs des luminaires

Cela dans le but d’optimiser la valeur du facteur de maintenance.

Comme vu précédemment certaines caractéristiques du système ne résultent pas d’un choix de l’utilisateur. C’est le cas notamment :

  • de la catégorie d’environnement
  • du nombre d’heures de fonctionnement de l’installation

Pour diminuer la consommation électrique du système d’éclairage, il est néanmoins possible de jouer :

  • Sur le type de lampes utilisé
  • Sur le type de luminaires utilisé
  • Sur le système d’éclairage utilisé
  • Et dans une certaine mesure sur les coefficients de réflexion des parois du local

Dans la suite de cette page, vous trouverez le résumé d’une telle étude. Celle-ci a été réalisée dans le cas d’un système d’éclairage comprenant des lampes fluorescentes triphosphores.

Pour accéder à l’étude complète, est accessible dans la page « Exemple de choix du programme ».

Calculs

 Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance.

Calculs

 Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance préventive.

Calculs

 Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance mixte (curative et préventive).

Exemple de planification de la maintenance

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur trois étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

  1. de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel.
  2. dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux.
  3. faire l’étude économique du système à l’aide d’un troisième fichier Excel.

Données du problème

  • Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.104 €/kWh
  • Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h
  • Durée de l’intervention :
    • 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe
    • 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe
    • 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ICEDD disponible sur le site de la CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

  • Dimensions du local : 20*15*2.8 m3
  • Catégorie d’environnement : normale
  • Durée de fonctionnement par an : 3100 h
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeurs standards) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2
  • Lampes utilisées :
    • Type : fluorescente triphosphore
    • Coût hors taxe :6.85 €/lampe
    • Puissance : 28 W/lampe
  • Luminaires utilisés :
    • Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement)
    • Coût hors taxe : 150 €/luminaire
    • Puissance (lampe incluse) : 32 W/luminaires
  • Pas de nettoyage des parois du local
  • Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 0.5 an. Ceci correspond à un facteur de maintenance des luminaires de 0.91.

Comme dit précédemment, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Cette option ne semblant pas être envisageable en pratique, nous considérons que ce nettoyage n’est pas effectué.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous estimons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures (ce qui correspond au pas de simulation).

Les différents programmes de maintenance

  • Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 80 % de la valeur initiale
  • Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 90 % de la valeur initiale
  • Programme 3 : Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans
  • Programme 4 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important
  • Programme 5 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
  • Programme 6 : Relamping juste avant que le LLMF ne descende sous les 0.95

Dans le cas du programme 6, aucune lampe ne claquera avant le relamping. La maintenance sera donc de type préventif.

Le remplacement des lampes devra dans ce cas être effectué tous les ans.

L’installation sera donc la même que celle du programme 2, avec des coûts d’investissement et de fonctionnement identiques. Les coûts relatifs à la maintenance augmenteront.

Enfin, par rapport au programme 2, l’impact écologique sera plus négatif. En effet, cette solution conduit à la production de plus de déchets et aussi à la nécessité de produire plus de lampes, et donc d’augmenter la quantité d’énergie grise relative à ce système d’éclairage.

Synthèse

    Programme 1
 Programme 2
 Programme 3
 Programme 4
 Programme 5
    Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.8
 Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.9 Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
 

Dimensionnement

 Périodicité relamping 5 2 10 6.5 4.5
MF
 0.64 0.69 0.68 0.68 0.68
Pourcentage de lampes hors services avant relamping (maintenance préventive) (%)
 6.03 0.93      
Pourcentage de lampes changées avant relamping (maintenance mixte) (%)     104.89 50.13 3.3
Nombre luminaires (= nombre lampes)
 110

99

 100 100 100
Puissance installée (W)
 3520 3168 3200 3200 3200
Investissement Investissement (€)
 20 553.50 18 498 18 685 18 685 18 685
 

Fonctionnement

 Énergie consommée par le système (kWh/an)
 10 912 9 820.80 9 920 9 920 9 920
Coût de la consommation électrique (€/an) 1 123.936 1 011.542 1 021.760 1 021.76 1 021.76
Coût achat et remplacement des lampes (€/an)     228.832 168.513 16.023
Coût de fonctionnement (€/an) 1 123.936 1 011.542 1 250.945 1 190.274 1 037.783
Relamping Coût de la maintenance (€) 1 303.5 1 173.15 1 185 1 185 1 185
Coût de la maintenance (€/an) 260.7 586.575 118.5 182.308 263.33    

Le graphique suivant permet de comparer les différents programmes de maintenance :

Calculs

  Pour accéder au fichier Excel permettant de réaliser cette comparaison.

Le programme le plus intéressant économiquement est donc le programme 5, c’est-à-dire un remplacement curatif des lampes et un relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées.

Au bout de 15 ans, ce programme permet une économie de :

  • 800 € par rapport au programme 3
  • 1 100 € par rapport au programme 4
  • 1 700 € par rapport au programme 2
  • 2 200 € par rapport au programme 1

Ce graphique montre tout l’intérêt d’assurer un facteur de maintenance élevé. En effet, si l’on étudie en détail les coûts de fonctionnement, on s’aperçoit que la facture électrique représente toujours la part la plus importante de ceux-ci.

Il met également en exergue l’intérêt d’un remplacement curatif des lampes, qui permet à moindres frais de maintenir le facteur de maintenance à une valeur acceptable.

Économiquement, la fréquence des relamping est d’une grande importance et vouloir maintenir un facteur de maintenance élevé en augmentant celle-ci ne semble pas être la solution optimale.

Enfin, rappelons qu’une telle étude doit être menée pour chaque réalisation et que les résultats obtenus ici ne sont pas applicables de manière générale.
Author Image Posted By : 5 Oct, 2007

Niveau d’isolation thermique : niveau K

Niveau d'isolation thermique : niveau K

La méthode de calcul

Les 3 Régions du pays imposent un niveau d’isolation thermique global des bâtiments minimum pour les constructions nouvelles ou rénovations lourdes.

Voici en résumé les principes de ce calcul. Pour obtenir tous les détails réglementaires de la méthode, on consultera utilement  l’annexe VII de la réglementation relative à la P.E.B.

Calculs

 Pour accéder à un petit logiciel de calcul du niveau K simplifié (ancienne norme NBN B 62-301) d’un bâtiment donné.

Étape 1 : délimiter le volume protégé V

Le volume protégé V d’une construction est constitué par l’ensemble des locaux chauffés (directement ou non).

Délimiter le volume protégé revient à séparer ces locaux d’autres locaux non chauffés. En général, c’est la couche isolante qui détermine ce volume. Un grenier qui sert de chambre fait donc partie du volume protégé, même s’il n’y a pas de radiateur installé.

Dans le premier cas, la cave et le garage ne sont pas chauffés; dans le deuxième cas, il s’agit de deux locaux utilisés et chauffés. En toute logique, on souhaite que ce soit l’ensemble de la frontière de ce volume chauffé qui réponde à un minimum de qualité thermique.

Étape 2 : repérer la superficie de déperdition thermique At

La superficie de déperdition At est la somme de toutes les superficies de toutes les parois qui séparent le volume protégé :

  • de l’ambiance extérieure (1),
  • du sol (2),
  • des espaces voisins qui n’appartiennent pas à un volume protégé (3).

Remarque : les parois mitoyennes ne sont donc pas comptabilisées (puisque le delta de température est considéré comme nul ou négligeable).

Étape 3 : calculer le coefficient de transfert thermique par transmission du bâtiment Ht

HT = HD+Hg+HU    [W/K]

 où :

  • HD = coefficient de transfert thermique par transmission à travers les parois directement en contact avec l’extérieur [W/K] ;
  • Hg= coefficient de transfert thermique par transmission à travers les parois en contact avec le sol [W/K];
  • HU=coefficient de transfert thermique par transmission à travers les parois en contact avec des espaces non-chauffés [W/K];

Chacun de ces coefficients est calculé, pour chaque paroi, de manière générique par la formule suivante :

 où :

  • α : coefficient de pondération tenant compte de l’environnement de la paroi [0<α<1 (environnement extérieur)]La valeur de ce coefficient de pondération « a » a pour but de diminuer les déperditions des parois qui ne sont pas directement en contact avec la température extérieure. Ainsi, en toute logique, on considérera des déperditions différentes selon qu’un même mur soit en contact avec le sol, un espace non chauffé ou l’environnement extérieur.
  • Ai : surface de l’élément de construction i de l’enveloppe du bâtiment, déterminée avec les dimensions extérieures [m²];
  • Ui : valeur U de l’élément de construction i de l’enveloppe du bâtiment, déterminée avec les dimensions extérieures [W/m²K];
  • lk : longueur du pont thermique linéaire k présent determinée avec les dimensions extérieures [m];
  • k : coefficient de transmission thermique linéique du pont thermique linéaire k [W/mK];
  • l : coefficient de transmission thermique ponctuel du pont thermique ponctuel l [W/K].

Étape 4 : déterminer le coefficient de transfert de chaleur moyen du bâtiment « Um »

Um=Ht/At [W/m²K]

Le coefficient Um est donc obtenu par le rapport entre le coefficient de transfert thermique total (Ht) et la surface de déperditions du volume protégé (At). Cette valeur nous donne une idée de la déperdition énergétique moyenne par m² de surface déperditive.

Étape 5 : déterminer la compacité volumique du bâtiment V/At

La compacité volumique est le rapport entre le volume protégé V et la superficie de déperditions At du bâtiment.

C=V/At [m]

Plus grande est la compacité, plus petite est la perte d’énergie par m³ chauffé. La réglementation sera dès lors moins sévère pour des bâtiments avec grande compacité (ex : bloc d’appartements).

À noter que l’on peut en déduire une réflexion sur le plan de la composition architecturale : l’habitation « 4 façades » entourée d’un jardin n’est pas une bonne solution sur le plan environnemental (déperditions par m² élevées…).

Étape 6 : déterminer le niveau K du bâtiment

La réglementation définit conventionnellement le niveau K par la relation :

K= 100 Um/Um,réf

Compacité Um,réf
V/At < 1 m Um,réf = 1
1 m < V/At < 4 m Um,réf = (C+2) / 3
4 m < V/At Um,réf = 2

Le niveau K est donc directement fonction de la compacité volumique V/At et du coefficient moyen de transmission thermique Um.

 Exemple.

Si le Umoyen de l’enveloppe (= Um) est de 0,6 et que la compacité est de 0,9 m , le niveau « K » du bâtiment est « K60 ».
Mais un même Umoyen pour un bâtiment de compacité volumique 5 (immeuble d’appartements) entraîne une valeur « K30 ».
Et si la compacité volumique est de 2, K = (300 x 0,6) / (2 + 2) = 45, soit un bâtiment déclaré « K45 ».

Il est alors possible de comparer ce niveau à celui exigé par la Réglementation :

Calculs

 Pour accéder à un petit logiciel de calcul du niveau K simplifié (ancienne norme NBN B 62-301) d’un bâtiment donné.

Remarques

  • Comme ce logiciel vous le montre, à partir du « K », il est possible d’établir un bilan énergétique très simplifié du bâtiment.
  • Un logiciel beaucoup plus complet Le logiciel PEB est accessible

Exemple chiffré

Voici les données de ce bâtiment très simplifié :

Mur extérieur avec 5 cm laine min.
U= 0,55 [W/m²K] .

Toiture avec 6 cm PS.
U= 0,48 [W/m²K].

Plancher avec 3 cm PS.
U= 0,82 [W/m²K] sur terre-plein
U= 0,73 [W/m²K] sur garage.

Porte extérieure : Ud = 3,5 [W/m²K]
Châssis bois + Double Vitrage : Uw = 2,69 [W/m²K].

Calculs

 Pour accéder un exemple du logiciel de calcul du K d’un bâtiment.

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