13 décembre 2007 - Energie Plus Le Site

Choisir le type d’éclairage : direct, mixte ou indirect ?

Éclairage direct

C’est l’éclairage direct qui donne les meilleurs résultats en termes de conception énergétique. On peut arriver à des valeurs de puissance spécifique sous certaines conditions de l’ordre de 1,5 W/m²/100 lux. Suivant l’usage des locaux ou des espaces dans les locaux, trois types d’éclairage ou un mixte des trois seront envisagés :

un éclairage général uniforme ;
un éclairage général orienté ;
un éclairage ponctuel.

Éclairage général uniforme

L’éclairage général uniforme permet d’avoir une grande flexibilité des postes de travail. Attention toutefois que ce genre de considération conduit souvent à un surdimensionnement inutile des installations d’éclairage. La dernière version de la norme NBN EN 12464-1 palie à ce risque de surdimensionnement. En effet, dans la zone dite « de fond », le niveau d’éclairement peut être réduit au tiers de celui de la zone de travail et l’uniformité à 0,1. Ce qui permet d’envisager un éclairage général uniforme de faible niveau d’éclairement et de prévoir des zones de travail mobiles et flexibles avec l’uniformité et le niveau d’éclairement requis. Énergétiquement parlant, c’est acceptable et vivement conseillé.

Exemple
Soit un hall d’usinage qui demande une très grande flexibilité par rapport à la position des postes de travail. Le niveau d’éclairement pour certains postes de travail pourrait être de 750 lux. Selon la NBN EN 12464-1, le niveau d’éclairement moyen devrait s’élever à 250 lux.

Cette configuration de luminaires permet d’envisager :

De modifier complètement la disposition du hall sans toucher à l’éclairage ;
Une disposition variable des postes de travail sur toute la surface du hall ;
L’installation de nouveaux équipements.

Les caractéristiques des luminaires peuvent être les suivantes :

Une répartition de façon non préférentielle ;
Des luminaires à caractéristiques modifiables (position des lampes, type de réflecteur, …) ;
Des luminaires montés sur rails porteurs, donc facilement déplaçables ; ce qui avait été envisagé dans l’étude de cas réalisée.

Éclairage général orienté

Lorsque la position des zones de travail est fixe (tableau d’une salle de cours, écran d’une salle de réunion, machines-outils fixes, …), localiser l’éclairage près des zones de travail est une excellente méthode pour limiter la puissance installée.
Attention toutefois au recommandation de la norme NBN EN 12464-1 : Éviter des contrastes trop élevés. Dans la zone dite « de fond », le niveau d’éclairement peut être réduit au tiers de celui de la zone de travail et l’uniformité à 0,1.
De manière générale, ce type d’éclairage permet :

D’envisager un niveau d’éclairement plus faible pour les circulations.
D’éviter de trop éclairer des zones où la lumière naturelle est présente en abondance sachant que lorsqu’il fait noir dehors, l’éclairage de la zone devant la baie vitrée n’est pas nécessaire.
Par le choix de luminaires asymétriques, obtenir un éclairement suffisant sur des plans verticaux comme dans les rayonnages des archives par exemple.

Le choix de l’éclairage général orienté devra aussi composer avec la structure du plafond et l’emplacement des poutres de structures qui risquent de faire écran à la disposition de la lumière ; à méditer !

	Attention toutefois qu’un éclairage orienté mal positionné provoque des ombres indésirables et peut être dangereux notamment dans les ateliers où les postes de travail sont, par exemple, des machines tournantes.
	Lorsqu’un atelier comporte des machines-outils dangereuses, des marquages appropriés doivent délimiter les zones de circulation et de travail, ainsi que les zones de danger. L’éclairage doit alors appuyer ces mesures en insistant sur les trois types de zone.

Éclairage ponctuel

Ce type d’éclairage permet de disposer d’un éclairement important au niveau des postes de travail de précision, sans augmenter exagérément le niveau d’éclairement général. Cette solution est toute profitable d’un point de vue énergétique.

Les luminaires individuels complémentaires peuvent augmenter localement le niveau d’éclairement et accentuer certains contrastes.

Leur emplacement doit être approprié pour ne pas générer des situations dangereuses de travail :

	Soit le ou les luminaires sont placés dans les allées encadrant les postes de travail, et ce en veillant à ce que la lumière provienne des côtés et qu’il n’y ait ni ombre ni d’éblouissement gênant.
	Soit le ou les luminaires sont placés contre les postes de travail. Idéalement, ces luminaires devraient être équipés d’un gradateur de lumière. La position et l’orientation de ces luminaires doivent être réglables pour éviter les réflexions sur les objets éclairés.

Conseil : pensez éventuellement à placer un interrupteur ou un détecteur de présence/d’absence à chaque poste de travail pour éviter que ces lampes restent allumées inutilement à des postes non-occupés.

Pour éviter de trop grandes variations de luminance dans le champ de vision des utilisateurs, maintien d’un niveau d’éclairement général suffisant par rapport à l’éclairement de la tâche :

Éclairement général = 3 x (Éclairement ponctuel)½

Exemple dans les commerces

Dans les commerces d’ancienne génération, on se souvient tous, même les plus jeunes, du surdimensionnement de l’éclairage général uniforme de manière à couvrir l’ensemble de la surface de vente avec des niveaux d’éclairement de l’ordre de 750 lux. « Question de marketing, disaient les vendeurs ! »

Cependant, cet éclairage présente le risque de créer des zones d’ombre qui peuvent se révéler gênantes. Ce risque est d’autant plus important que la hauteur sous plafond est grande et que l’on utilise des luminaires suspendus. De plus, énergétiquement parlant, ce n’était pas la meilleure manière de travailler.

Le système direct à deux composantes est à préférer au système direct lorsque l’on veut mettre en valeur des objets, créer des contrastes de luminosité. On réalisera des économies d’énergie d’autant plus importantes que le niveau d’éclairement à assurer est supérieur au niveau d’éclairement général nécessaire (censé permettre un déplacement par exemple). On économisera de l’énergie en augmentant l’éclairage localement via un deuxième circuit plus intensif que le premier. Dans la pratique, on vérifiera ce constat théorique en réalisant une étude comparative des systèmes « directs » et « à deux composantes ».

Éclairage indirect

Un éclairage indirect via le plafond a l’avantage de ne pas provoquer d’éblouissement par la vue directe des lampes. La probabilité d’ombre est inférieure. Mais son efficacité énergétique est faible et fort dépendante des coefficients de réflexion des parois (généralement le plafond). Comme ceux-ci n’atteignent que rarement les 0.85, il faudra surdimensionner l’installation d’éclairage (en première approximation entre 15 et 30% voire 50% dans locaux où la hauteur sous plafond est importante) pour réaliser un éclairement équivalent à celui fourni par un éclairage direct. Ce système sera fortement dépendant de l’état de propreté des parois du local (ceci peut aussi conduire à la nécessité de surdimensionner l’installation de plus d’une vingtaine de pour cent par rapport à un éclairage direct).

Exemple dans les commerces

Ce type d’éclairage sera proscrit sachant que, typiquement dans les commerces de type grande surface, les plafonds sont parcourus par des gaines de ventilation, des chemins de câbles électriques, … La tendance actuelle, bien comprise par un certain nombre de responsables énergie de magasin de grande distribution, est de prescrire un éclairage direct bien positionné avec un plafond sombre pour masquer sensiblement les techniques spéciales apparentes.

Éclairage mixte

Du point de vue efficacité énergétique, ce système se situe entre les systèmes directs et indirects. Plus la composante directe sera prépondérante, moins énergivore le système sera.

Il est à noter que les pertes complémentaires dues à la partie indirecte de l’éclairage seront en partie compensées par un rendement total du luminaire mixte souvent plus important que celui du luminaire direct.

En ce qui concerne le confort, ce type de système peut trouver son utilité dans le cas de locaux possédant une grande hauteur sous plafond, pour éviter la création d’une zone d’ombre trop importante. Ce constat est d’autant plus marqué si l’on utilise des luminaires suspendus. Dans ce cas, une faible proportion de flux lumineux dirigée vers le haut suffira.

Bien entendu, si la hauteur sous plafond est raisonnable, la réflexion sur les murs et le sol suffira à éclairer suffisamment le plafond.

Comme dans le cas du système indirect, ce système sera dépendant de l’état de propreté des parois du local (ceci peut conduire à la nécessité de surdimensionner l’installation de plus d’une vingtaine de pour cent par rapport à un éclairage direct).

Exemple des commerces

Lorsque les plafonds ou faux plafonds sont de qualité acceptable et ne sont pas encombrés par des techniques spéciales apparentes, on pourra envisager ce type d’éclairage en favorisant la composante directe des luminaires, la composante indirecte donnant un « look » commercial intéressant.
« Il en faut pour tous les goûts ! »

Un autre exemple éclairant

On peut considérer que seul le flux dirigé vers le bas est efficace. En effet, la plupart du temps les luminaires sont situés au-dessus de la marchandise à éclairer. La plupart du temps seulement, car dans certains cas, la lumière émise vers le haut peut avoir un effet utile (éviter la présence d’une ombre gênante au niveau du plafond…).

Si l’on considère que seule la lumière dirigée vers le bas est utile, alors on peut introduire la notion de rendement utile du luminaire. Soit un appareil possédant les rendements suivants :

Rendement vers le bas : 30 %	⇒ Rendement total : 90 %
Rendement vers le haut : 60 %

La lumière dirigée vers le haut, avant d’atteindre la marchandise, devra être réfléchie par le plafond. Si on considère que cette surface possède un coefficient de réflexion de 0.7, alors 30 % de la lumière émise vers le haut sera « perdue ». On peut donc estimer que le luminaire possède les rendements utiles suivants :

Rendement vers le bas : 30 %	⇒ Rendement total : 72 %
Rendement vers le haut : 60 * 0.7 = 42 %

Le rendement du luminaire a ainsi diminué de 20 %.

La figure suivante donne le facteur par lequel il faut multiplier le rendement pour trouver son équivalent « utile » en fonction du type d’éclairage choisi et pour un coefficient de réflexion de 0.7 pour le plafond. Notez que cette valeur est celle prise de manière standard. Cette valeur est assez élevée puisqu’elle correspond à un plafond peint en blanc. La valeur de ce coefficient descend à 0.25 si la peinture est brune et à 0 dans le cas d’un plafond noir.

Bien entendu, ce calcul est simplifié. Pour être exact, on devrait tenir compte de l’influence du système d’éclairage sur l’uniformité des niveaux d’éclairement, des autres réflexions sur les murs du local, …

Le but de cet exemple est de montrer qu’il est essentiel, lorsque l’on vise l’efficacité énergétique de limiter la composante supérieure du flux émis.

Comparaison en termes d’efficacité énergétique

Un point de comparaison s’impose entre les différents éclairages :

Comparaison de trois systèmes d’éclairage pour une même puissance installée : 6 luminaires de 2 x 36 W (et ballast électronique), pour une classe de 7 m x 8 m x 3,2 m, soit 7,7 W/m², coefficients de réflexion : 0,7 (plafond); 0,5 (murs); 0,3 (sol).
Système d’éclairage	Direct	Mixte	Indirect
Éclairement sur le plan de travail	348 lux	350 lux	231 lux
Éclairement au sol	310 lux	304 lux	207 lux
Type de lampes	Tubes fluo	Tubes fluo	Tubes fluo
Puissance spécifique/100 lux sur le plan de travail	2,2 W/m²	2,2 W/m²	3,3 W/m²

Parmi les choix énergétiquement corrects, on retiendra le direct et le mixte. L’indirect sera juste réservé pour créer des ambiances bien spécifiques lorsque ce choix se révèle incontournable comme dans certains locaux d’hôtel (bar, accueil, …), des chambres d’hôpital, …

Découvrez ces exemples de rénovation de l’éclairage : un établissement scolaire au centre de Liège et une fabrique de peinture à Lausanne.

Posted By : 13 Déc, 2007

Choisir la cellule de refroidissement ou de congélation rapide [Concevoir – Froid alimentaire]

Quand doit-on choisir une cellule de refroidissement rapide ?

Dans tout atelier traiteur par exemple où l’on a opté pour une liaison froide, il est recommandé d’abaisser la température au cœur des aliments de + 65 °C à + 10 °C en moins de 2 heures. La cellule de refroidissement rapide est l’équipement idéal pour atteindre ces performances.

Il ne s’agit pas d’une obligation, mais d’une bonne pratique de fabrication qui est recommandée si l’on veut refroidir des aliments cuits en toute sécurité et si on veut prouver que des procédures de sécurité sont appliquées conformément à l’art. 3 et 4 de l’A.R du 07/02/97.

Cette bonne pratique provient, en fait, d’une réglementation qui s’applique aux établissements de transformation de la viande : A.R. du 4 juillet 1996 relatif aux conditions générales et spéciales d’exploitation des abattoirs et d’autres établissements / annexe chapitre V point 5, qui dépendent de l’IEV (Institut d’Expertise Vétérinaire).

Il convient de noter que le choix de la liaison froide peut se faire pour l’ensemble des menus ou pour une partie seulement. Il existe, par exemple, certaines cuisines collectives qui proposent chaque jour des plats végétariens en plus du menu du jour, mais pour ne pas avoir à fabriquer chaque jour deux plats, les plats végétariens sont préparés un jour par semaine, par exemple, en liaison froide.

Choix du procédé de production du froid

Il existe deux procédés de production du froid dans une cellule de refroidissement rapide :

le froid mécanique
le froid cryogénique

Les coûts d’utilisation d’une cellule de froid mécanique sont nettement (10 x) plus faibles que ceux d’une cellule de froid cryogénique. Par contre, les coûts d’investissement pour une cellule cryogénique sont nettement plus faibles que pour une cellule mécanique.

Pour une utilisation régulière de la cellule, la cellule mécanique sera donc beaucoup plus intéressante. Dans le seul cas d’une utilisation occasionnelle, une cellule cryogénique peut être intéressante.

Lorsque le refroidissement rapide est utilisé régulièrement, il paraît risqué de n’avoir qu’une seule cellule. En cas de panne, la préparation est bloquée. On peut alors songer à investir dans une cellule de refroidissement mécanique principale et une deuxième cellule cryogénique de dépannage.

Parmi les fluides utilisés pour le froid cryogénique, vu la très faible température d’ébullition de l’azote, celui-ci est utilisé lorsque les distances à parcourir entre le lieu de stockage du fluide et le lieu de production du froid sont grandes.

Il faut cependant veiller à bien calorifuger les conduites. Le dioxyde de carbone (CO₂) sera utilisé lorsque ces distances sont plus courtes.

Précautions d’utilisation

Pour obtenir un fonctionnement satisfaisant et économique, on place les préparations sur les clayettes ou les supports prévus à cet effet, afin de favoriser la circulation de l’air, et d’utiliser la cellule à sa capacité nominale.

Capacité et puissance frigorifique des cellules

La capacité (kg)

Elle doit correspondre à celle des appareils de cuisson, c’est-à-dire qu’elle doit permettre de refroidir le nombre de préparations qui peuvent être préparées en une seule fois par les autres appareils de cuisson.

L’ensemble des mets préparés pourra ainsi être refroidi dès la fin de la cuisson. En effet, selon la réglementation, « la durée de refroidissement entre la fin de la cuisson et une température à cœur de 10°C doit être inférieure ou égale à deux heures. »

D’autre part, la cellule pourra ainsi être utilisée à sa pleine capacité. Ce qui permet de travailler au meilleur rendement possible.

La puissance frigorifique

de l’appareil dépend de la durée que prend le refroidissement ou la congélation, de la capacité désirée et de la température à atteindre. Le besoin en frigories est donné par la quantité de chaleur qu’il faut retirer des aliments pour les faire passer de 65°C à 10 °C (ou – 18 °C).

Le calcul ci-dessous est statique et purement théorique. Il est donné à titre indicatif. En réalité, pour correspondre à la réalité, le calcul devrait être fait en dynamique. Statique, le bilan ci-dessous néglige les apports de chaleur au travers des parois, relativement négligeables par rapport à la chaleur à extraire des aliments.
En refroidissement rapide

Q = m x Cs x δt

Où :

Q = besoin en frigories (en kWh),
m = poids des aliments dans la cellule (kg),
C_s= chaleur spécifique des aliments (kWh/kg°C),
δt = différence entre la température à l’entrée et à la sortie des aliments (10°C) (K).

En congélation rapide

Q = (m x C_s x δt) + (m x Cl) + (P1 x C_s‘ x δt’)

Où :

Q = besoin en frigories (en Wh),
m = poids des aliments dans la cellule (kg),
C_s = chaleur spécifique au-dessus de 0°C des aliments (Wh/kg°C),
C_l = chaleur latente nécessaire au changement d’état du constituant liquide des aliments (passage à l’état solide) (Wh/kg),
C_s‘ = chaleur spécifique en-dessous de 0°C des aliments (Wh/kg°C),
δt = différence entre la température à l’entrée des aliments et 0°C (K),
δt’ = différence entre 0°C et la température de sortie des aliments (-18°C) (K),

La puissance frigorifique de l’évaporateur

P(W) = Q (Wh) / t (h)

Où :

t = temps maximum légal – temps nécessaire au conditionnement des aliments.

Temps maximum légal = 2 h pour le refroidissement de 65 °C à 10 °C et 3 h pour le passage de 10 °C à -18 °C (congélation).

Exemple.

1. Soit une cellule de congélation rapide, d’une capacité de 20 kg; la congélation doit se faire en 4 h.

Q = 20 x 1,04 x 65 + 20 x 80 + 20 x 0,53 x 18 = 3 143 (Wh) (soit 157 Wh par kg)
P = 3 143 / 4 = 785 W (soit 40 W/ kg.)

2. Soit une cellule de refroidissement rapide, d’une capacité 20 kg; le refroidissement doit se faire en 1h30.

Q = 20 x 1,04 x 55 = 1 144 Wh (soit 57 Wh/kg.)
P = 1 144/1h30 = 762 W (soit 38 W/kg).

En réalité la puissance calculée ci-dessus en statique est une moyenne. Or, la puissance nécessaire varie en fonction du temps, selon une courbe d’allure exponentielle, et la puissance maximale est demandée à l’évaporateur en début de processus (c’est alors que les Δt sont les plus importants). La puissance frigorifique des cellules correspond donc à cette puissance maximale.

Voici les puissances électriques que nous avons relevées dans la documentation d’un fournisseur :

Remarque : entre la puissance frigorifique et la puissance électrique, il y a le COP.

Cellule à clayette – surgélation et refroidissement rapide
	Capacité par cycle (kg)	Puissance électrique installée (W)
	7	2 100
	15	2 280/450*
	25	4 000/580*
	50	6 100/580*

* version équipée sans groupe frigorifique (à distance).

Cellule à chariots – surgélation et refroidissement rapide
	Capacité par cycle (kg)		Puissance électrique installée (W)
	En surgélation	En refroidissement	Puissance électrique installée (W)
	65	65	3 200/900*
	80	110	5 400/4 300*
	160	220	9 600/6 600*
	240	330	11 500*
	320	440	14 000*
	480	660	20 000*

* version équipée sans groupe non comprise l’alimentation du groupe frigorifique (à distance).

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Choisir le type d’éclairage : direct, mixte ou indirect ?

Éclairage direct

Éclairage général uniforme

Éclairage général orienté

Éclairage ponctuel

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Éclairage mixte

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Choix du procédé de production du froid

Précautions d’utilisation

Capacité et puissance frigorifique des cellules

La capacité (kg)

La puissance frigorifique