Définir les objectifs à atteindre en rénovation [Eclairage]

En rénovation, les contraintes sont plus importantes (l’accès à la lumière naturelle et le câblage,…) sont par exemple déterminés).

Selon ces contraintes, les moyens donnés (rénovation partielle ou complète) et les objectifs fixés (diminuer les consommations, diminuer les coûts d’entretien ou améliorer le confort lumineux), on tentera au maximum de se rapprocher des objectifs de performance en conception neuve.

Des exemples de commande et gestion pour les classes

Des exemples de commande et gestion pour les classes


Les classes à aménagement fixe

Les classes sont généralement caractérisées par un taux élevé d’éclairage naturel. Il est donc très rare que l’éclairage artificiel doive, à lui seul, assurer l’éclairage d’un espace.

La commande de l’éclairage général d’une salle de classe peut ainsi s’effectuer par zones. Le plus logique est de piloter les lignes de luminaires parallèles aux baies vitrées de manière à pouvoir éteindre la plus proche de la lumière du jour quand la luminosité extérieure le permet.


Les classes à aménagement variable

Dans une classe à aménagement variable, la mise à disposition de plusieurs allumages permet une grande souplesse d’utilisation du local. Dans le cas d’une classe maternelle, par exemple, le zonage peut être fait selon les différentes « régions » de la classe, en créant différentes ambiances : le coin « lecture », le coin « sieste », le coin découverte, le coin bricolage, … Néanmoins, il risque d’être difficile à réaliser si l’implantation même des « coins » est sujette à modifications fréquentes…


Les salles de projection

Le zonage de l’éclairage en fonction des différentes activités est primordial. Il faudra pouvoir régler le niveau d’éclairement en fonction des différents moyens de projection utilisés, soit par l’utilisation de ballasts électroniques HF dimmables (c’est-à-dire permettant un réglage en continu du flux lumineux des lampes), soit par l’emploi de veilleuses commandées séparément. Dans le cas de grands auditoires, cette commande sera placée à proximité de l’orateur.


Le tableau

L’éclairage du tableau doit pouvoir être commandé séparément. En effet, il est très fréquent que l’éclairement dû à la lumière naturelle soit suffisant sur les tables et insuffisant sur le tableau. La consommation de l’éclairage du tableau est suffisamment faible pour qu’il puisse rester allumé pendant une grande partie des heures de cours.

Le bureau du professeur

Pendant le passage de diapositives, un éclairage situé dans le voisinage du bureau de l’enseignant lui permet d’être vu pendant sa présentation et de compulser ses notes. Ceci nécessite une commande séparée pour l’éclairage du bureau du professeur.

En résumé, pour les classes à aménagement fixe

Proposition de commande de l’éclairage pour une salle de classe, à deux portes d’entrée, utilisée le jour et le soir :

Schéma classes à aménagement fixe.

L’interrupteur commandant les rangées de luminaires les plus éloignées des fenêtres doit être mis en évidence, par exemple en étant de couleur rouge. Cela incitera les utilisateurs à d’abord allumer les deux rangées côté couloir, avant d’allumer éventuellement la rangée proche des fenêtres.

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Salles de sport

Salles de sport


Qualité de l’éclairage naturel

La qualité de l’éclairage naturel dans un hall de sports réside dans son aptitude à éclairer les surfaces de jeux le plus longtemps possible sans risque d’éblouissement et de surchauffe.

Spécifiquement dans les halls sportifs, il est intéressant d’exploiter la lumière zénithale de par la disponibilité de grandes surfaces peu encombrées par rapport aux façades.

En éclairage naturel zénithal, l’orientation a toute son importance. Par exemple, l’orientation au nord permet de bénéficier d’un éclairage « diffus » très important et constant sous nos latitudes. L’avantage de l’orientation au nord des baies vitrées réside aussi dans l’absence d’éblouissement direct du rayonnement solaire.


Étude en éclairage naturel

Lors de la conception d’un hall de sports, une attention toute particulière doit être apportée à la quantité et à la qualité de lumière du jour apportée aux plateaux sportifs.

À partir de la modélisation d’un hall de sports classique, l’influence de la proportion d’ouvertures en toiture et de l’orientation du bâtiment sur l’éclairage naturel du plateau sportif principal a été évaluée. Cette évaluation a été validée par une simulation dynamique d’éclairage naturel (réalisée à l’aide du logiciel Daysim).

Hypothèses

Lanterneau

L’éclairage naturel est réalisé via une ouverture zénithale située au faîte de la toiture. Cette ouverture consiste en un lanterneau en polycarbonate opalin à triple parois de 32 x 4 m (soit 128 m² de base) orienté le long de l’axe NNE-SSO (244° de décalage par rapport au nord).

Photo lanterneau 01.   Photo lanterneau 02.Photo lanterneau 03.

Ouverture zénithale classique : hall de sport de Grez-Doiceau.

Aucune baie vitrée n’est placée dans les parois verticales de la salle, à l’exception de la surface vitrée communiquant avec la cafétéria en partie supérieure des gradins.

Plateaux de sports

Les caractéristiques des plateaux sportifs sont les suivantes :

  • Dimensions principales de la pièce : 44,66 x 26,70 m
  • Hauteur du faîte de toiture : 12,73 m
  • Surface de calcul : 40 x 20 m (aire de jeu)
  • Aucun masque solaire lointain
  • Horaire d’occupation : de 9 à 23 h
  • Niveau d’éclairement souhaité : 300 lux
  • Transmission lumineuse du lanterneau opalin : 36 %
  • Facteurs de réflexion des parois :
    • Plafond : 60%
    • Murs : 70 % (sauf mur d’escalade : 52 %)
    • Sol (résine de polyuréthane coulée) : 50 %

Variables

Taille de l’ouverture

4 tailles de lanterneau zénithal sont simulées :

⇒ Très petit lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 6 %.

⇒ Petit lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 10 %.

⇒ Grand lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 17 %.

⇒ Très grand lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 23 %.

Orientation du bâtiment

8 décalages par rapport au nord sont simulés dynamiquement, de 0 à 360°, par pas de 45°. En effet, le lanterneau n’étant pas centré sur l’aire de jeu (voir image ci-dessous), on ne peut pas considérer qu’un décalage de 45° par rapport au nord donnera les mêmes résultats qu’un décalage de 225°.

Vue en plan du bâtiment décalé de 45° par rapport au nord. La surface de calcul est représentée en bleu.

Analyse des résultats

Les résultats sont évalués sur base d’une comparaison du facteur, de l’autonomie et de l’éclairement utile de lumière du jour.

Proportion d’ouvertures en toiture

Exemple de simulation pour une ouverture équivalent à 6 % de la surface de toiture :

⇒ Facteur lumière du jour

⇒ Autonomie lumière du jour – 300 lux (9h00 à 23h00).

⇒ Autonomie en lumière du jour – 100 < % < 2 000 lux (09h00 à 23h00)

Analyse des résultats

FLJ
(Facteur de Lumière du jour)*

DA
(Autonomie en Lumière du Jour)*

UDI
(Autonomie en lumière du jour utile)*

FLJ > 2 %

DA > 40 %

UDI > 50 %

(*)

  • FLJ moyen considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 %
  • DA moyen considérée comme bon si DA > 50 %
  • UDI moyen considérée comme bon si UDI > 50 %

À la lecture des résultats (voir graphique ci-dessous), on peut remarquer que, pour une même orientation du bâtiment :

  • Plus la proportion d’ouvertures en toiture augmente, plus le facteur de lumière du jour > 2 % augmente. Celui-ci tend cependant vers le maximum (100 %) à partir de 10 % d’ouvertures en toiture.
  • Plus la proportion d’ouvertures en toiture augmente, plus l’autonomie de lumière du jour maximum augmente. Cela signifie également que la consommation en éclairage artificiel diminue lorsqu’on augmente la proportion d’ouvertures.
  • L’éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux) est maximal aux alentours de 10 % d’ouvertures en toiture.

Influence de la proportion d’ouvertures en toiture sur l’éclairage naturel du plateau sportif.

Augmenter de façon exagérée la proportion d’ouvertures en toiture n’est donc pas à conseiller, du point de vue de l’éclairage naturel, car ceci peut mener à un éclairement trop important qui augmentera le risque d’éblouissement pour les sportifs ; il faut trouver un juste équilibre entre l’éclairage naturel utile et la réduction des besoins en éclairage artificiel. Dans l’étude de cas qui nous concerne, cet optimum semble se situer aux environs de 10 % d’ouvertures en toiture.

Orientation du bâtiment

Les simulations dynamiques (voir graphique ci-dessous) montrent que, pour une même configuration des ouvertures, l’orientation du bâtiment a une grande influence sur l’éclairement de jour utile et sur l’autonomie de lumière du jour, et donc également sur les consommations en éclairage artificiel. Ces deux valeurs réagissent cependant de manière antinomique à la variation de l’orientation du bâtiment. Une fois de plus, du point de vue de l’éclairage naturel, il faut trouver un optimum entre un éclairement de lumière du jour réellement utile pour les activités sportives qui devront se dérouler sur le plateau et une autonomie de lumière du jour la plus élevée possible.

Influence de l’orientation du bâtiment sur l’éclairage naturel du plateau sportif (via un lanterneau zénithal décentré).

Les conclusions ci-dessus ne prennent en compte que les aspects liés à l’éclairage, mais il ne faut surtout pas oublier que les ouvertures pratiquées dans l’enveloppe du bâtiment sont également source de déperditions thermiques et de surchauffes estivales.

Il convient donc également de simuler le comportement thermique du plateau sportif en fonction de la proportion d’ouvertures en toiture et de l’orientation du bâtiment afin de savoir si l’optimum en termes d’éclairage correspond à l’optimum en termes thermiques.


Analyse thermique dynamique

Pour rappel, les simulations dynamiques en éclairage naturel donnent une idée du confort visuel et des consommations énergétiques en éclairage artificiel.

Des simulations thermiques dynamiques sont souvent nécessaires afin de vérifier que les options prises suite aux simulations dynamiques en éclairage naturel ne vont pas à l’encontre du bilan énergétique global qui associera les consommations électriques  en éclairage artificiel aux consommations dues au chauffage et éventuellement au refroidissement du bâtiment étudié.

Hypothèses

Outre les hypothèses prises lors des simulations en éclairage naturel (horaire d’occupation, orientation de base du bâtiment, volumétrie, …), les hypothèses suivantes sont prises :

  • la température de consigne en période d’occupation est de 17 °C ;
  • Un profil d’occupation classique de salle de sport (apports internes) ;

  • La ventilation est double flux avec récupération de chaleur ;

Variables

Au cours des différentes simulations, on fait varier :

  • tout comme dans les simulations en éclairage naturel, la surface du lanterneau et l’orientation du bâtiment ;
  • le type de vitrage ;
  • la performance de l’enveloppe du bâtiment :
U parois [W/(m².K)]

Type de paroi

Réglementaire Basse énergie Très basse énergie

Mur

Mur contre terre

Sol

Toiture

Vitrage

Lanterneau

0,5

0,9

0,9

0,3

1,1

1,3

0,25

0,25

0,25

0,2

1,1

1,1

0,15

0,15

0,15

0,15

0,7

0,7

Analyse des résultats

Surface de lanterneau

On remarque sur les graphiques ci-dessus que la consommation d’électricité pour l’éclairage artificiel du plateau sportif diminue fortement lorsque la proportion d’ouvertures en toiture varie de 0 à 5 %, puis décroit ensuite lentement au-delà de 5 %.

La consommation de chauffage, quant à elle, augmente de manière constante avec la proportion d’ouvertures tandis que la consommation de refroidissement ne commence à devenir significative qu’au-delà de 20 % d’ouvertures.

En mettant ces résultats en concordance avec les simulations d’éclairage naturel, on peut trouver un optimum commun aux deux simulations aux alentours de 10 % d’ouvertures en toiture. Cette valeur est, bien entendu, propre à l’étude de cas qui nous occupe ici ; il faut seulement retenir qu’il est important, lors de la conception des ouvertures, de prendre en compte les aspects thermiques en parallèle avec les aspects visuels.

Orientation du bâtiment

Le graphique ci-dessous montre que les besoins énergétiques de chauffage sont minimisés lorsque les locaux à température de consigne élevée (tels que les vestiaires) et avec de grandes ouvertures destinées à capter les apports solaires (tels que la cafétéria) sont orientés plein sud. Les besoins énergétiques de refroidissement étant faibles dans le cas des halls de sports, l’impact de l’orientation du bâtiment sur ceux-ci est très peu perceptible.

De plus, le modèle de simulation intégrant un lanterneau zénithal comme seule ouverture dans l’enveloppe extérieure du plateau sportif, l’orientation de celui-ci n’a quasiment aucun impact sur les besoins énergétiques du hall de sports.

En comparant ces résultats avec ceux des simulations d’éclairage naturel, on aperçoit que l’orientation préférentielle de notre modèle en termes thermiques est également celle qui apporte le plus grand éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux) pour le plateau sportif.

Ceci constitue un argument supplémentaire en faveur de l’orientation nord-sud pour le hall de sports, avec les vestiaires et la cafétéria au sud et le plateau sportif au nord, malgré le fait que l’autonomie de lumière du jour soit minimale pour le plateau sportif lorsque le bâtiment est orienté de cette manière.

Type de vitrage

Le type de vitrage influence également les besoins en chauffage et en froid.

Dans le modèle considéré, un vitrage clair en toiture donnera plus d’apports solaires, mais risquera d’induire de la surchauffe, contrairement à un vitrage opalin.


Alternative d’éclairage naturel

D’autres configurations existent pour éclairer naturellement le plateau sportif modélisé. Deux sont proposées ci-dessous et sont ensuite comparées avec modèle initial (éclairé par un lanterneau zénithal opalin orienté NNE-SSO).

Configuration

Éclairage bilatéral nord et sud

Caractéristiques :

  • orientation : faîte dans l’axe est-ouest
  • transmission lumineuse du vitrage : 78 %
  • ouverture au nord : 44,66 x 1,79 m (80 m²)
  • ouverture au sud : 44,66 x 0,56 m (25 m²)

Éclairage bilatéral nord et sud

Caractéristiques :

  • transmission lumineuse du vitrage : 78 %
  • ouvertures au nord : 2 x 44,66 x 1,1 m (100 m²)
  • hauteur sous plafond : 8,6 m

Synthèse

Modèle 1

Éclairage zénithal opalin NNE-SSO

Modèle 2

Éclairage bilatéral nord et sud

Modèle 3

Éclairage par sheds au nord

FLJ > 2 %

Éclairement de lumière du jour utile
  • 31 % (100-2000 lx)
  • 27 % (> 2000 lx)
  • 38 % (100-2 000 lx)
  • 17 % (> 2 000 lx)
  • 55 % (100-2 000 lx)
  • 3 % (> 2 000 lx)
Autonomie de lumière du jour min-max
  • 30 à 60 %
  • 27 à 60 %
  • 33 à 56 %
Consommation d’éclairage avec et sans dimming
  • 39,3 MWh (sans dimming)
  • 35,0 MWh (avec dimming en fonction de l’apport en éclairage naturel)
  • 41,1 MWh (sans dimming)
  • 36,3 MWh (avec dimming en fonction de l’apport en éclairage naturel)
  • 40,6 MWh (sans dimming)
  • 35,1 MWh (avec dimming en fonction de l’apport en éclairage naturel)
Avantages
  • Très efficace par ciel couvert
  • Consommation d’éclairage artificiel plus faible (avec ou sans dimming)
  • Facilité d’entretien des vitrages
  • Consommation de chauffage plus faible grâce aux apports solaires
  • Consommations énergétiques cumulées (chaud, froid, éclairage) plus faibles
  • Éclairage naturel uniforme et constant sur l’aire de jeu
  • Aucun risque d’éblouissement des joueurs
  • Bon niveau d’éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux)
Inconvénients
  • Aucune vue vers l’extérieur (à cause du polycarbonate opalin)
  • Dysfonctionnement thermique important tout au long de l’année (avec risque de surchauffe).
  • Risque d’éblouissement pour les sports tels que le badminton ou le volley-ball
  • Moins bon éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux)
  • Faible facteur de lumière du jour
  • Risque d’éblouissement en l’absence de protections solaires
  • Consommation de chauffage plus élevée car apports solaires inexistants
  • Coût de construction plus élevé

Quantification en éclairage artificiel

Partant du principe que le confort lumineux doit être assuré en présence ou pas d’éclairage naturel, un complément d’éclairage artificiel est nécessaire. Normativement, le dimensionnement de l’éclairage artificiel s’effectue sans les apports de lumière naturelle. La démarche énergétique d’un système d’éclairage artificiel réside donc dans sa capacité à moduler la puissance installée en fonction de l’éclairage naturel. En effet, pour autant qu’il n’y ait pas d’éblouissement, meilleure l’autonomie en lumière du jour sera, moins fort sera le poids des consommations d’éclairage artificiel pour donner le complément de confort nécessaire.

Dans le cas de l’atelier considéré, le choix du type d’éclairage artificiel et surtout du type de luminaire, passe par une étude de type Dialux  permettant de comparer des luminaires entre eux.

Efficacité de l’installation d’éclairage

La salle est éclairée artificiellement au moyen de 4 rangées de 10 plafonniers industriels Zumtobel Copa A-B 1/400W HIT/HST E40 VVG KSP IP65 équipés d’une lampe de 400 W aux iodures métalliques à brûleur quartz. Ces luminaires peuvent également être équipés de lampes à vapeur de sodium haute pression.

Simulation Dialux

La simulation Dialux (logiciel gratuit) permet d’évaluer principalement le niveau d’éclairement moyen, l’uniformité de l’éclairement et l’efficacité énergétique (en W/m²).

Paramètres de simulation

  • Hauteur du point d’éclairage du 1er champ de luminaires: 7,28 m
  • Hauteur du point d’éclairage du 2e champ de luminaires : 8,98 m
  • Facteur d’entretien : 0,85
  • Surface de calcul :
    • Taille : 42 x 22 m (centrée sur le plateau sportif de 40 x 20 m)
    • Trame : 128 x 64 points

Position de la surface de calcul.

Résultats

En fonction du nombre de luminaires, de leurs caractéristiques lumineuses, de leur disposition au dessus des aires de jeux, …, les niveaux d’éclairement sont calculés dans Dialux.

Plan d’implantation des luminaires.

Courbes isolux.

Analyse des résultats

Niveau d’éclairement

Le niveau d’éclairement moyen calculé est de 876 lux (soit 745 lux après dépréciation). Ce niveau d’éclairement correspond au niveau moyen recommandé pour des compétitions nationales et internationales (750 lux). Il aurait pu être dimensionné entre 500 et 600 lux (après dépréciation) dans le cas bien précis de cette salle de compétition moyenne.

Uniformité d’éclairement et absence d’ombres

L’uniformité d’éclairement (Emin/Emoy) calculée est de 0,66. Une valeur supérieure ou égale à 0,7 aurait été préférable pour les compétitions (amateurs ou professionnelles).

Risque d’éblouissement

L’UGR maximum calculé dans les 2 directions du terrain est de 26. Cette valeur est peu représentative pour ce type de salle. En effet, étant donné qu’il s’agit d’un terrain omnisports, l’emplacement idéal et l’orientation des luminaires pour empêcher l’éblouissement par la vue des sources lumineuses sont impossibles.

Qualité de la lumière

Les lampes utilisées (aux iodures métalliques) ont des températures de couleur froides (3 200 à 5 600 K) qui s’équilibrent avec la lumière du jour lorsque l’éclairage artificiel est utilisé parallèlement à celle-ci. Elles ont également un bon indice de rendu des couleurs (65 à 90) qui permettra de bien distinguer les différentes lignes de jeux, à la fois pour les niveaux amateur et professionnel.

Couleur des lignes de jeux

Les tracés de jeu sont très contrastés par rapport au sol. Ceci facilite la perception visuelle (qu’aucun éclairage ne pourrait suppléer).

Efficacité énergétique

Rendement des équipements

Avec une puissance spécifique calculée de 2,73 W/m²/100 lux (20,33 W/m²), l’éclairage installé est performant (< 3 W/m²/100 lux) d’un point de vue énergétique. Ceci est principalement dû à l’utilisation de lampes aux iodures métalliques et de ballasts électroniques.

Qualité des parois

Les parois verticales de la salle sont réalisées en blocs de béton peints avec une couleur claire à l’exception des murs de la réserve de matériel sportif qui sont, quant à aux, peints avec une couleur plus foncée. L’uniformité d’éclairement pourrait éventuellement être améliorée si on les repeignait avec une couleur claire.

  

Gestion de la commande

La commande d’éclairage de cette salle est séparée en 2 zones mal réparties :

  • Zone 1 : 8 luminaires dans les 4 coins ;
  • Zone 2 : les 32 luminaires restant.

Il serait préférable de pouvoir commander l’allumage séparé des 3 à 5 aires de jeux (basket-ball, volley-ball et badminton) situées transversalement par rapport à l’aire de jeux principale (football en salle et handball) de manière à éviter que tous les terrains soient éclairés alors qu’un seul est occupé. Il serait également utile de pouvoir adapter le niveau d’éclairement des terrains au sport pratiqué, au niveau de jeu (loisir ou compétition) et à l’apport de lumière naturelle.

Façades des bureaux


Qualité de l’éclairage naturel

Confort lumineux

Dans une démarche de construction ou de rénovation durable, 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 doit être donc considéré comme un complément à la lumière naturelle.

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. Cependant, l’éblouissement peut être assez facilement traité par un store interne.

Efficacité énergétique

D’un point de vue énergétique, l’utilisation de l’éclairage naturel comme « source » lumineuse est gratuite ; ce qui signifie que la facture électrique d’éclairage artificiel sera d’autant plus réduite que l’éclairage naturel exploité. De plus, en améliorant la qualité énergétique de l’enveloppe, que ce soit en conception ou en amélioration, les consommations énergétiques d’éclairage deviennent prépondérantes.

À titre d’exemple, les clefs de répartition énergétique pour un ancien bâtiment « passoire » et un nouveau bâtiment très performant  sont les suivantes :

Dans ce type de bâtiment « passoire », les consommations de chauffage et l’éclairage sont prédominants dans le sens où les parois sont très déperditives et l’installation d’éclairage peu performante.

Un bâtiment très performant et bien étudié au niveau de l’enveloppe limite ses dépenses énergétiques tant en chauffage qu’en refroidissement. Si l’installation électrique n’est pas performante (comme le montre cet exemple), les consommations d’éclairage en énergie primaire deviennent prépondérantes.

En absolu, on peut apprécier l’effort réaliser sur les consommations en énergie primaire. On réduit effectivement par 3 ces consommations primaires.

On se retrouve devant le défi, surtout pour le tertiaire, d’optimiser les consommations énergétiques d’éclairage en maximisant les apports gratuits d’éclairage naturel.

Attention cependant que dans bien des projets de conception ou de rénovation de bâtiments tertiaires, des trop grandes ouvertures génèrent des risques de surchauffe en été et des déperditions plus importantes en hiver. Le gestionnaire du bâtiment risque d’avoir la mauvaise surprise de payer une facture énergétique plus importante de climatisation en été et de chauffage en hiver. Cependant, les performances thermiques des vitrages actuels et le choix d’une bonne stratégie de protection solaire limitent l’impact respectivement des déperditions et des surchauffes sur le bilan énergétique global. Il en résulte que la consommation énergétique principale risque bien de devenir l’éclairage artificiel.

Critères

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, …) ;
  •  …

Exemple d’analyse en autonomie en lumière du jour.

  1. Vitrage clair
  2. Vitrage sélectif
  3. Auvent
  4. Lamelles
  5. 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 et disponibles sous forme de bases de données type « météonorm » par exemple.


Influence de la modulation de façade

L’étude de cette influence porte sur un projet de conception d’un ensemble de plateaux de bureaux dans un immeuble tour. Une série de simulation dynamique en éclairage naturel (ECOTECH et DAYSIM) sont réalisées afin de mettre en évidence l’influence :

  • De la taille de la fenêtre ;
  • Du type de trumeaux ;
  • Du type de vitrage ;
  • Du type de cloisonnement interne ;
  • De l’épaisseur des trumeaux ;
  • De la hauteur des linteaux.

L’objectif des simulations est de réaliser un arbitrage entre différentes configurations de module de bureau. À chaque étape d’optimisation, l’arbitrage élimine les moins bonnes solutions.

Pour un bureau paysager ?

La modulation des façades influence la pénétration de la lumière naturelle dans l’espace de travail. C’est ce qu’on se propose d’étudier ici.

Base : taille de baie vitrée ⇒ deux fenêtres de 90 x 237 cm. Transmission lumineuse du vitrage TL = 50 %

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

1 < FLJ < 2 % Éloigné de la fenêtre DA < 20 %
3 % < FLJ < 5 % Proche de la fenêtre 50 % < DA

Les bureaux côté intérieur devront bénéficier régulièrement d’un système d’éclairage artificiel.

1re amélioration : taille de baie vitrée ⇒ une fenêtre de 180 x 237 cm et trumeau

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

1 < FLJ < 2 % Éloigné de la fenêtre 20 % < DA < 50 %
3 % < FLJ < 5 % Proche de la fenêtre 50 % < DA

Pour une même surface vitrée, une large fenêtre permet de laisser entrer plus facilement la lumière naturelle qu’une fenêtre étroite.

2e amélioration : trumeau de forme trapézoïdale

Tout en conservant la taille de la baie vitrée de 180 x 237 cm pour laquelle la pénétration de la lumière est la meilleure, on remplace un trumeau de section rectangulaire  par un trumeau de section trapézoïdale.

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

1 < FLJ < 3 % Éloigné de la fenêtre 30 % < DA < 50 %
3 % < FLJ < 5 % Proche de la fenêtre 50 % < DA

Les trumeaux trapézoïdaux améliorent légèrement la couverture des besoins d’éclairage par de l’éclairage artificiel. Cependant, on comprend aisément que la mise en œuvre de tel trumeaux risque de poser des problèmes.

3e amélioration : vitrage avec une transmission lumineuse de TL = 60 %

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

2,5 % < FLJ < 3 % Éloigné de la fenêtre 40 % < DA < 50 %
5 % < FLJ Proche de la fenêtre 50 % < DA

La configuration des modules de façade devient optimale. Cependant, pour les bureaux le long de la fenêtre, le risque d’éblouissement croît.

Que faut-il retenir ?

En conception, dans la modulation de façade, l’optimum de la couverture d’éclairage par la lumière naturelle (gratuite) passe par le choix d’une ouverture large pour les baies vitrées avec un vitrage de transmission lumineuse élevée. En rénovation, c’est du cas par cas ! Attention, cependant, que la limite d’ouverture à outrance des baies vitrées risque de provoquer de l’inconfort visuel (éblouissement) et thermique (surchauffe). Pour cette raison, l’étude doit souvent être complétée par des simulations thermiques dynamiques.

Pour un bureau individuel ?

La modulation des cloisons internes va aussi modifier le niveau d’exploitation de la lumière naturelle. Ici, un seul module de bureau est modélisé. Seule la position des parois varie. Pour ce type de configuration, les vitrages ont une transmission lumineuse TL de 50 %.

Base : taille de baie vitrée ⇒ deux fenêtres de 90 x 237 cm. Transmission lumineuse du vitrage TL = 50 %

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

0 < FLJ < 1,2 % Éloigné de la fenêtre DA < 20 %
FLJ < 3 % Proche de la fenêtre DA <  50 %

Le cloisonnement des plateaux de bureaux ne favorise pas l’entrée de la lumière dans le local individuel. Même la lumière naturelle n’apprécie pas l’individualisme !

1er amélioration : taille de baie vitrée ⇒ une fenêtre de 180 x 237 cm

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

1 < FLJ < 1,5 % Éloigné de la fenêtre DA < 20 %
3 % < FLJ Proche de la fenêtre 50 % < DA

Une ouverture plus large permet de bénéficier une qualité de lumière acceptable pour les plans de travail situé côté fenêtre.

Alternative : taille de baie vitrée ⇒ une fenêtre de 180 x 237 cm avec un positionnement des cloisons internes

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

0 < FLJ < 1,2% Éloigné de la fenêtre DA < 20 %
FLJ < 3 % Proche de la fenêtre DA <  50 %

Le cloisonnement désaxé du trumeau (centrée avec l’axe du châssis) n’est pas vraiment une bonne idée. En rénovation, par exemple, ce type d’aménagement de cloison se rencontre souvent. À éviter si possible !

Que faut-il retenir ?

Le cloisonnement des plateaux de bureaux au sens large du terme en bureaux individuel est, dans la mesure du possible, à éviter. On comprend bien que ce soit régulièrement impossible à envisager. Cependant, une ambiance chaleureuse de travail dans un paysager permet souvent d’optimiser le niveau de pénétration de la lumière naturelle.


Influence de l’épaisseur des trumeaux

L’épaisseur plus ou moins variable des trumeaux (ou l’épaisseur de la façade) crée un ombrage fluctuant. Cette influence est décrite ci-dessous pour des épaisseurs variant de 70 à 40 cm.

Épaisseur des trumeaux : 70 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Épaisseur des trumeaux : 60 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Épaisseur des trumeaux : 50 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Épaisseur des trumeaux : 40 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Analyse des résultats
Épaisseur des trumeaux de 70 cm
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %

Position du bureau

DA (Autonomie en Lumière du Jour)

FLJ < 3 % Éloigné de la fenêtre DA < 50 %
  3 % < FLJ < 6 % Proche de la fenêtre 50 % < DA

Épaisseur des trumeaux de 60 cm.

FLJ < 3 % Éloigné de la fenêtre DA < 50 %
  3 % < FLJ < 6 % Proche de la fenêtre 50 % < DA

Épaisseur des trumeaux de 50 cm

FLJ < 3 % Éloigné de la fenêtre DA < 50 %
  3 % < FLJ < 6 % Proche de la fenêtre 50 % < DA

Épaisseur des trumeaux de 40 cm

FLJ < 3 % Éloigné de la fenêtre DA < 50 %
  6 %< FLJ Proche de la fenêtre 50 % < DA

Que faut-il retenir ?

Attention toutefois à l’épaisseur trop faible des trumeaux qui risque d’occasionner un risque d’éblouissement. Dans la construction ou la rénovation basse énergie, les épaisseurs des parois ont tendance à augmenter ; ce qui a pour conséquence de réduire la pénétration de la lumière dans les espaces mais de réduire les risques de surchauffe. Décidément, la Belgique est vraiment la championne du compromis !


Influence de l’orientation de la baie vitrée

Indépendamment du traitement, une façade sud a un éclairement plus élevé qu’une façade nord.
Au premier abord, il apparaitrait logique d’augmenter la surface vitrée au nord, pour compenser un éclairement plus faible. La lumière du nord est aussi plus faible, mais moins éblouissante et plus facile à contrôler.
Pour les orientations sud, est et ouest l’éblouissement et le risque de surchauffe nécessite de placer des stores qui baissés limiteront le niveau d’éclairement. À ce stade, de nouveau, tout est une question de compromis !

Autonomie en lumière de jour pour une orientation nord.

Pour une orientation nord, l’autonomie en lumière du jour est suffisante pour les espaces bureaux à proximité de la baie vitrée. Mais on voit tout de suite la limite de pénétration de la lumière naturelle à savoir : la mi-profondeur du local étudié.

Autonomie en lumière du jour pour une orientation sud.

Pour une orientation sud, la pénétration de la lumière naturelle est importante. On pourrait pratiquement équiper les espaces de bureaux sur toute la profondeur du local.

Intérêt du store pour une orientation sud.

Que faut-il retenir ?

  • Une orientation nord donne moins de lumière naturelle, mais plus stable dans le temps et absente d’éblouissement.
  • Une orientation sud donne beaucoup de lumière au risque même de générer des éblouissements. Un store est souvent nécessaire pour réduire ce risque. L’influence de la gestion du store se fait ressentir de manière significative pour les baies vitrées orientées au sud. Un bon compromis entre un apport de lumière naturelle réduit (orientation nord) et un éblouissement régulier (orientation sud sans store) est l’équipement des baies vitrées de stores automatiques. De plus, les stores en automatique ont l’avantage de traiter aussi les surchauffes en été.

Hypothèses de simulation

Les hypothèses prises pour réaliser les simulations sont les suivantes :

  • L’orientation de la façade est nord ;
  • Coefficients de réflexion considérés pour les parois internes :
    • Plafond : 70 %
    • Murs intérieurs : 50 %
    • Ébrasements : 50 %
    • Sol : 30 %
  • Les façades extérieures sont assimilées à des parois uniformes mates. Trois type de murs sont considérés dont les coefficients de réflexions sont :
    • Mur clair : 50 %
    • Mur moyen : 30 %
    • Mur foncé : 20 %
  • Disposition des zones de travail : les zones de travail mesurent 4 x 80 cm x 180 cm et sont situées à 80 cm de la face extérieure de la façade.
  • Surface nette éclairante = 2 x 2,37 x 0,90 = 4,266 m² par travée de 2,7 m
  • Surface nette façade intérieure = 2,735 x 2,70 = 7,385 m² par travée
  • Surface nette éclairante / surface nette façade intérieure = 58 % ;
  • (surface nette éclairante/surface nette façade intérieure) x transmission lumineuse du vitrage = 28,9 %.

Luminaires « downlight »

Downlight à LED

Downlight à fluocompacte.


Types de lampes adaptées

Lampe fluocompacte 4 broches.

Module LED.

Initialement, les luminaires « downlights » ont été développés  pour accueillir des lampes fluocompactes à broches de puissance réduite.  Actuellement, une alternative plus économique est le downlight à LED. Le luminaire complet est prévu uniquement pour y intégrer un module LED (éventuellement remplaçable).


Maitrise de la luminance

D’un point de vue de l’éblouissement direct ou indirect via les écrans d’ordinateurs, tout comme les luminaires pour les tubes fluorescents, les luminaires « downlight » suivent la norme EN 12464-1. Il existe des downlights équipés d’une optique spéciale (forme adaptée du réflecteur) pour limiter les luminances. Mais il existe également des grilles pour limiter les luminances (UGR < 19) des downlights.

Les downlights performants ont une luminance moyenne faible pour des angles ϒ supérieurs à leur angle de défilement (voir illustration ci-après). Ils sont caractérisés par des optiques en aluminium.

Pour les luminaires éclairant des postes de travail avec équipement de visualisation, la norme EN 12464-1 spécifie que pour des angles d’élévation supérieurs ou égales à 65°, la luminance moyenne des luminaires ne doit pas dépasser les valeurs reprises dans le tableau suivant et ce en fonction de la luminance moyenne propre des écrans concernés :

État de luminance élevé de l’écran Écran à haute luminance
L > 200 cd.m-2
Écran à luminance moyenne
L ≤ 200 cd.m-2
Cas A

(polarité positive et exigences normales concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés dans les bureaux, pour l’éducation, etc.)

≤ 3 000 cd/m² ≤ 1 500 cd/m²
Cas B

(polarité négative et/ou exigences plus élevées concernant la couleur et le détail des  informations affichées, comme pour les écrans utilisés pour le contrôle des couleurs en conception assistée par ordinateur etc.)

≤ 1 500 cd/m² ≤ 1 000 cd/m²

 

Exemple.

Ce luminaire basse luminance répond à norme EN 12464-1 car la luminance est inférieure à 200 Cd/m² pour des angles d’élévation > 65° quel que soit le plan considéré.

L’angle de défilement dans l’axe longitudinal et l’axe transversal est de 60°.

Drivers LED


Généralités

L’équipement permettant l’alimentation de la LED est appelé couramment un « driver » de LED. L’alimentation s’effectue en courant continu dans le sens passant. La stabilité de l’alimentation de la LED dépend de la qualité du redresseur AC/DC et du filtre « lisseur » de tension. Suivant la qualité de ce dernier, la fluctuation du flux lumineux (papillotement) peut être source d’inconfort visuel sachant que la LED n’a qu’une très faible rémanence et, par conséquent, n’agit pas comme moyen de lissage supplémentaire.

« Driver » de LED.


Critère de qualité

Jusqu’il y a peu, on sous-estimait l’importance de l’alimentation par rapport à la source LED. Pourtant, les exigences principales par rapport à une bonne alimentation sont sévères :

  • La durée de vie doit être au moins la même que celle de la LED.
  • Le rendement de conversion AC/DC de l’alimentation doit être supérieur à 85 %  pour garantir une bonne efficacité énergétique (en lm/W) de l’ensemble LED/driver.
  • Le facteur de puissance (cos φ) doit être le plus proche possible de 1 et la distorsion (harmoniques) la plus faible possible de manière à réduire les pertes.
  • Les perturbations électromagnétiques émises doivent être faibles.

Mode de pilotage

Pilotage en courant continu DC

Le mode de pilotage des alimentations peut être de différents types :

  • pilotage en tension ;
  • pilotage en courant.

Relation courant-tension dans une LED.

Le pilotage en courant est souvent préféré au pilotage en tension pour les simples raisons :

  • Comme le montre la figure ci-dessus, une petite variation de la tension aux bornes de la LED peut entrainer une variation importante du courant qui traverse sa jonction avec un risque de détérioration accru.
  • Le flux lumineux est proportionnel au courant de jonction.
  • Les coordonnées chromatiques des LEDs blanches peuvent varier en fonction du courant d’alimentation.

Un pilotage en tension de plusieurs LED en parallèle (courant différent dans chaque LED) peut aussi entrainer des différences de courant entre chaque LED qui sont sensées donner la même lumière.

Influence du courant sur la chromatique.

Pilotage en PWM

Le pilotage en PWM (Pulse Width Modulation) est souvent utilisé dans le domaine de l’éclairage sachant que les LEDs sont très peu sensibles à ce type de modulation. L’avantage également est que ce pilotage permet de réaliser un dimming comme le montre la figure suivante.

Modulation du courant en fonction de la modulation de la largeur d’impulsion.


Influence du « dimming »

Efficacité de la LED

Lorsque le luminaire LED est « dimmé » par son alimentation, une variation de l’efficacité et du facteur de puissance (cos φ) de l’alimentation apparait.

Couleur de la LED

En fonction du niveau de courant, une dérive du spectre des LEDs est observé et différent suivant le mode de pilotage et le type de technologie des LEDs blanches, à savoir :

  • LED bleu + phosphore ;
  • RGB (3 LED’s Red-Green-Blue).

Sur base du graphique ci-dessus, on peut retirer les grandes lignes suivantes :

  • Une variation du courant d’alimentation provoque une plus grande dérive spectrale de la technologie RGB que celle au phosphore.
  • Le pilotage PWM, par rapport au pilotage continu (DC), permet de modifier facilement le flux de la LED sans trop changer ses coordonnées chromatiques.

Le contrôle simultané du niveau de rouge et de vert pour la technologie RGB en mode de pilotage DC paraît délicat et coûteux.


Alimentation intégrée ou déportée ?

Dans la mesure du possible, on préfèrera une alimentation déportée pour éviter d’influencer l’alimentation par la chaleur dégagée par la ou les LED(s) du luminaire. Cette configuration déportée devra tenir compte de l’adaptation :

  • De la puissance de l’alimentation en fonction de la puissance de LED nécessaire ;
  • De la valeur de courant à lui appliquer ;
  • Ainsi que de la longueur de câble entre l’alimentation et la LED.

Dans le cas d’alimentation intégrée ou embarquée dans le luminaire, l’alimentation sera soumise par conduction, ou même par convection, à l’échauffement des LEDs. Il y a lieu d’en tenir compte.

Exemple :

Photo ampoule LED.

Le type de lampe développé ci-contre dispose de 3 dissipateurs thermiques radiaux (un tous les 120°). L’alimentation se trouve entre le culot et l’ampoule. Entre 2 dissipateurs, une ou plusieurs LEDs sont placées. La raison d’être des dissipateurs au niveau de la partie « éclairante » de la lampe s’explique par la nécessité d’évacuer la chaleur vers le bas plutôt que vers le haut sachant que l’alimentation se trouve au-dessus de la source lumineuse lorsque la lampe est « tête en bas ».

Meubles frigo

Meubles frigo


Influence de l’éclairage

Les luminaires, en plus de produire de la lumière, vont également dégager de la chaleur. Une grande partie de l’énergie consommée est transformée en chaleur et doit être évacuée par la machine frigorifique. Il y a plusieurs manières de limiter les apports thermiques de l’éclairage et ainsi de diminuer les consommations énergétiques des meubles frigorifiques.

Exemple.

Selon ouverture d'une nouvelle fenêtre ! l’AFF, un éclairage à incandescence assurant un niveau d’éclairement de 400 lux provoquera un accroissement de température de 1.5 à 3 °C pour les paquets de la couche supérieure selon les meubles. Un éclairage équivalent, réalisé à base de tubes fluorescents ne provoquera pas d’accroissement supérieur à 0.5 °C.

Toute l’énergie consommée par les lampes est transformée en chaleur par :

  • conduction (« par les solides »),
  • convection (« par les gaz, les liquides »),
  • rayonnement (lumière et autres radiations, infrarouge en particulier).

En fonction de la famille de lampes considérée, la répartition de ces divers apports sera différente. Il est essentiel de tenir compte de cette répartition pour éviter des élévations de température trop importantes.

Parmi les manières envisageables pour limiter ces apports thermiques, on peut par exemple :

  • faire appel à des lampes dont le spectre d’émission comporte une faible proportion d’énergie thermique infrarouge par rapport à la fraction utile d’énergie lumineuse ;
  • sortir le système d’éclairage de la zone de froid ;
  • limiter la puissance des lampes.

Choisir des lampes adaptées

Dans toutes les applications, il y a lieu de limiter les apports thermiques du système d’éclairage. Ceux-ci se paieront par une surconsommation au niveau de la climatisation et/ou des machines de froid alimentaire.

Deux caractéristiques permettent de choisir correctement le type de lampe à utiliser :

  • le rendement des lampes : fraction de la quantité d’énergie transformée en lumière ;
  • la composition du spectre d’émission : on choisira des lampes dont le spectre comporte une faible proportion d’énergie thermique infrarouge par rapport à la fraction utile d’énergie lumineuse.

Pour éviter un apport calorifique trop important, on réalisera le système d’éclairage à partir de  tubes fluorescents.

Lampes à incandescence

Ces lampes émettent un rayonnement infrarouge important (de l’ordre de 75 % de la puissance de la lampe). Comme les infrarouges et les rayons lumineux se réfléchissent en même temps, les lampes à réflecteur et les projecteurs intensifs vont provoquer des élévations de température très importantes dans l’axe du faisceau.

Les lampes à rayonnement dirigé dites à « faisceau froid » ou dichroïque » limitent le rayonnement infrarouge direct. Le miroir de ces lampes, conçu pour réfléchir la lumière, est transparent pour les radiations infrarouges indésirables. Lorsque l’on utilise ce genre de lampe, il faut s’assurer que le luminaire utilisé est susceptible de les recevoir, car, sans précaution, elles provoquent un échauffement supplémentaire de la douille, du câblage et de la partie arrière du luminaire.

Lampes fluorescentes et lampes à décharge (haute pression)

Ces lampes émettent une très faible proportion de rayons infrarouges courts. Par contre, les tubes à décharge des halogénures métalliques et des sodiums haute pression émettent une quantité importante d’infrarouges moyens. En ce qui concerne les lampes fluorescentes, on ne fera attention qu’aux niveaux d’éclairement très élevé qui sont les seuls à produire un effet thermique direct perceptible.

Si l’effet calorifique du rayonnement de ces lampes est relativement faible, la transformation en chaleur de l’énergie électrique consommée (lampe et ballast)  ne doit pas être sous-estimée. L’élévation de la température des parois du luminaire va transformer celui-ci en émetteur d’infrarouges longs susceptibles d’influencer la distribution thermique du local et/ou du meuble frigorifique.

Sources LED

Les lampes LED ne génèrent pas ou peu de rayonnement infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) dans le flux lumineux.

C’est la température de jonction qui influence le flux lumineux de la LED chip et donc son efficacité lumineuse. Les LED conviennent particulièrement bien pour les applications à basse température (surgélation, réfrigération, …) sachant que le flux lumineux augmente avec l’abaissement de la température de jonction. De plus, pour les basses températures, la durée de vie augmente.

Bilan énergétique de quelques lampes

Le tableau suivant donne les bilans énergétiques de quelques types de lampes.

Bilans énergétiques de quelques lampes (d’après C. Meyer et H. Nienhuis)
Type de lampe Conduction et convection [%] Rayonnement [%] Rayonnement lumineux [%] Puissance à installer par 100 lm [W]
UV IR
Incandescentes 100 W 15 75 10 10
Fluorescentes rectilignes 71.5 0.5 (1) 28 1.4
Fluorescente compactes 80 0.5 (1) 19.5 1.8
Halogénures métalliques 50 1.5 24.5 24 1.3
Sodium haute pression 44 25 31 1
(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

 

Exemple.

Par exemple si 2 500 lm doivent être fournis, les bilans énergétiques des différentes installations deviennent :

Type de lampe Conduction et convection [W] Rayonnement [W] Rayonnement lumineux [W]
UV IR
Incandescentes 100 W 37.5 187.5 25
Fluorescentes rectilignes 25.025 0.
175
(1) 9.8
Fluorescente compactes 36 0.225 (1) 8.775
Halogénures métalliques 16.25 0.487 7.962 7.8
Sodium haute pression 12.1 6.875 8.525
(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

Cet exemple montre bien l’intérêt d’utiliser des lampes à décharge. Leur faible coût d’achat, leur longue durée de vie, leur bon indice de rendu des couleurs font des lampes fluorescentes le choix le plus adapté.


Placer les systèmes d’éclairage à l’extérieur des meubles

Pour éviter de consommer inutilement de l’énergie (de l’ordre de 10 % de l’énergie de jour fournie par l’évaporateur), l’éclairage du meuble doit être prévu en dehors de la zone froide. D’une part, les lampes fluorescentes ont une mauvaise efficacité lumineuse à basse température, d’autre part, les luminaires sont des sources de chaleur. Comme dit précédemment, l’énergie électrique consommée par les lampes et les ballasts est transformée en chaleur. Pour cette raison on tentera au maximum de sortir les appareils des zones ou des meubles froids. Si le maître d’ouvrage se refuse à déplacer la lampe, il faudra tout de même essayer de sortir le ballast de la zone réfrigérée ou climatisée.

Dans la lutte contre les apports de rayonnements, les baldaquins de forme concave dont la face inférieure est recouverte d’un aluminium de type poli miroir non anodisé, peuvent être utiles.

Schémas baldaquins .

Ces baldaquins interceptent une part importante de la lumière d’ambiance et il peut alors être nécessaire de faire recourt à un appoint d’éclairage. Ce complément peut être réalisé de manière confortable en utilisant comme réflecteur la sous face en aluminium du baldaquin.

Cela permet :

  • d’éviter l’influence de l’éclairage direct général,
  • d’utiliser un éclairage indirect,
  • d’éloigner les appareils des meubles,

À défaut d’un éclairage placé hors de la zone froide, limiter la puissance des lampes

La plupart du temps, les constructeurs de meubles frigorifiques utilisent des lampes fluorescentes. Le problème est que ce type de lampes a une basse efficacité lumineuse aux basses températures comme le montre la figure suivante :

Les pertes peuvent donc être très importantes :

  • plus de 40 % de perte si on utilise des tubes T8,
  • plus de 70 % de perte si on utilise des tubes T5.

De nombreux fabricants proposent des solutions permettant de limiter l’influence de la température sur le flux de la lampe.

Certains constructeurs proposent ainsi une sorte de douille qui se monte sur une des extrémités de la lampe fluorescente, celle désignée comme étant le point froid de la lampe. Il y provoque une élévation de la température.

Une autre solution consiste à utiliser un tube de protection qui va permettre d’augmenter la température ambiante autour de la lampe.

Si dans la pratique, le niveau d’éclairement est suffisant, alors il est possible de remplacer la lampe par une autre de puissance plus faible, mais équipée de ce genre de solution.

Exemple.

Soit une zone de froid positif (8 °C) équipé de tube T5 de 54 W (4450 lm à 25 °C). La faible température va influencer la lampe qui ne va émettre que 75 % de son flux théorique, soit un peu moins de 3500 lm. Une lampe de 35 W, équipée d’un dispositif permettant de combattre la baisse de la température fournira un flux équivalent.

Il est ainsi possible de gagner 19 W par lampe tout en assurant le même confort.

Performance énergétique des bâtiments – Exigences énergétiques pour l’éclairage Norme NBN EN 15193 :2008

Performance énergétique des bâtiments – Exigences énergétiques pour l’éclairage  Norme NBN EN 15193 :2008


Table des matières

AVANT-PROPOS

INTRODUCTION

  1. Domaine d’application
  2. Références normatives
  3. Termes et définitions
  4. Calcul de l’énergie utilisée pour l’éclairage
  5. Mesures
  6. Calcul de l’énergie d’éclairage dans les bâtiments
  7. Référentiel des exigences d’éclairage
  8. Conception et pratique en matière d’éclairage

ANNEXE A (informative) : mesures du circuit d’éclairage

ANNEXE B (informative) : méthode de mesurage de la puissance totale des luminaires et de la puissance auxiliaire associée

ANNEXE C (informative) : détermination du facteur de dépendance de la lumière du jour

ANNEXE D (informative) : détermination du facteur de dépendance de l’occupation

ANNEXE E (informative) : détermination du facteur d’éclairement constant

ANNEXE F (informative) : valeurs de référence et critères de conception de l’éclairage

ANNEXE G (informative) : valeurs par défaut

ANNEXE H (informative) : autres considérations

ANNEXE I (informative) : liste des symboles


Introduction

Dans le respect de la norme NBN EN 12464-1, l’objectif de la norme 15193 est d’établir des conventions et de donner un mode opératoire pour estimer les exigences énergétiques vis-à-vis de l’éclairage des bâtiments et de déterminer un indicateur numérique de la performance énergétique des bâtiments.


Énergie totale utilisée pour l’éclairage pendant une période donnée (méthode détaillée)

Calcul de l’énergie totale

Pour une pièce ou une zone déterminée, le calcul de l’énergie totale utilisée pour l’éclairage s’effectue de la manière suivante :

Wt = WL,t + WP,t [kWh]

WL,t = Σ{(Pn x Fc) x [(tD x Fo x FD) + (tN x Fo)]} / 1 000 [kWh]

WP,t = Σ{{(Ppc x [ty – (tD + tN)]} + (Pem x tem)} / 1 000 [kWh]

Où :

  • Wt = l’énergie totale estimée requise pendant une période donnée ;
  • WL,t  = l’énergie nécessaire pour les besoins d’éclairage ;
  • WP,t = l’énergie nécessaire pour les auxiliaires (énergie de régulation, de charge des luminaires de secours, …).

Et :

  • Pn = la puissance des luminaires repris dans la pièce ou la zone considérée [W];
  • Fc = le facteur d’éclairement constant lorsqu’une régulation de l’éclairement constant gère la puissance totale installée ;
  • tD = le temps d’utilisation en période jour [h] ;
  • Fo = le facteur de dépendance de l’occupation ;
  • FD = le facteur de dépendance de la lumière du jour disponible en interne ;
  • tN  = le temps d’utilisation en l’absence de lumière du jour  [h];
  • Ppc = la puissance totale des auxiliaires des systèmes de régulation dans les luminaires lorsque les lampes ne fonctionnent pas [W] ;
  • ty = durée d’une année standard  [h];
  • Pem = la puissance totale de charge des luminaires de secours [W] ;
  • tem = temps de charge de l’éclairage de secours.

Facteur de dépendance de la lumière du jour FD,ng

Pour une pièce ou une zone définie, le facteur de dépendance de la lumière du jour est donné par la relation suivante :

FD,n = 1 – (FD,S,n x FD,C,n)

FD,mois = 1 – (FDS x FDC x CDS)

Où :

  • FD,S,n = facteur d’accès à la lumière du jour ;
  • FD,C,n = facteur de  régulation en fonction de la lumière du jour ;
  • CDS = facteur de distribution mensuelle

Lorsqu’une zone est aveugle, le facteur de dépendance de la lumière du jour est de 1.

La méthodologie pour déterminer le facteur FD,n comprend 5 étapes :

  1. La segmentation du bâtiment à étudier en zone avec et sans accès à la lumière du jour ⇒ géométrie de la zone de calcul ;
  2. La détermination de l’influence des paramètres de la zone tant interne qu’externe (géométrie, modulation de façade, ombre reportée, …) ⇒ facteur de lumière du jour FLJ  ;
  3. La prévision du potentiel d’économie d’énergie en fonction du climat local, du niveau d’éclairement à maintenir, … ⇒ facteur d’accès à la lumière du jour FD,S,n ;
  4. La détermination de l’exploitation de la lumière du jour en fonction du type de régulation envisagé ⇒ facteur de  régulation en fonction de la lumière du jour FD,C,n ;
  5. La conversion de la valeur annuelle FD,n en valeurs mensuelles.

Facteur de dépendance de l’occupation Fo

Ce facteur est surtout lié :

  • au type de système d’allumage/extinction ;
  • à l’utilisation de la zone considérée (salle de réunion, couloir, bureau fermé ou paysager, …) ;
  • à la surface couverte par un système d’allumage/extinction ;
  •     …

Facteur d’éclairement constant FC

Dans toutes les installations d’éclairage, le niveau d’éclairement après un certain temps diminue par rapport celui obtenu lors de la mise en service. Il est donc impératif de tenir du facteur de maintenance. C’est ce dernier qui conditionne le facteur d’éclairement constant FC.


Énergie annuelle utilisée pour l’éclairage (méthode rapide)

L’énergie totale annuelle consommée à l’échelle du bâtiment :

W = WL + WP [kWh/an]

Où :

  • WL  = l’énergie annuelle nécessaire pour les besoins d’éclairage ;
  • WP = l’énergie annuelle nécessaire pour les auxiliaires (énergie de régulation, de charge des luminaires de secours, …).

Indicateur numérique de l’énergie d’éclairage (LENI)

C’est en fait la consommation spécifique de l’éclairage ramenée au m².

LENI = W / A [kWh/(m² x an)]

Où A est la surface plancher du bâtiment [m²].

Ou encore :

LENI = {Fc × PN/1 000 ×[(tD × FD × FO) +(tN × FO)]} + 1 + {5/ty × [ty – (tD+ tN)]} [kWh/(m² • an)]

Valeurs de consommation spécifique LENI courantes

Des valeurs de référence et critères de conception de l’éclairage sont repris dans le tableau suivant permettant d’appréhender des ordres de grandeur par défaut nécessaire au calcul des consommations spécifiques des luminaires.

Valeur LENI de référence

ECL sans système de régulation à éclairement constant ECL avec système de régulation à éclairement constant
PN tD tN Fc Fo FD LENI LENI LENI LENI
Classe de qualité Puissance auxiliaire de secours Pem [kWh/(m².an)] Puissance auxiliaire de secours Ppc [kWh/(m².an)] W/m² h h ECL sans rec ECL avec rec Man Auto Man Auto Valeur limite [kWh/(m².an)]
Bureau * 1 5 15 2 250 250 1 0,9 1 0,9 1 0,9 42,1 35,3 38,3 32,2
** 1 5 20 2 250 250 1 0,9 1 0,9 1 0,9 54,6 45,5 49,6 41,4
*** 1 5 25 2 250 250 1 0,9 1 0,9 1 0,9 67,1 55,8 60,8 50,6
Établissement d’enseignement * 1 5 15 1 800 200 1 0,9 1 0,9 1 0,8 34,9 27 31,9 24,8
** 1 5 20 1 800 200 1 0,9 1 0,9 1 0,8 44,9 34,4 40,9 31,4
*** 1 5 25 1 800 200 1 0,9 1 0,9 1 0,8 54,9 41,8 49,9 38,1
Établissement sanitaire * 1 5 15 3 000 200 1 0,9 0,9 0,8 1 0,8 70,6 55,9 63,9 50,7
** 1 5 25 3 000 200 1 0,9 0,9 0,8 1 0,8 115,6 91,1 104,4 82,3
*** 1 5 35 3 000 200 1 0,9 0,9 0,8 1 0,8 160,6 126,3 144,9 114
Hôtellerie * 1 5 10 3 000 200 1 0,9 0,7 0,7 1 1 38,1 38,1 34,6 34,6
** 5 20 3 3 000 1 0,9 0,7 0,7 1 1 72,1 72,1 65,1 65,1
*** 1 5 30 3 000 200 1 0,9 0,7 0,7 1 1 108,1 108,1 97,6 97,6
Restauration * 1 5 10 1 250 125 1 0,9 1 1 1 29,6 27,1
** 1 5 25 1 250 125 0,9 1 1 1 67,1 60,8
*** 1 5 35 1 250 125 1 0,9 1 1 1 92,1 83,3
Salle de sport * 1 5 10 2 000 200 1 0,9 1 1 1 0,9 43,7 41,7 39,7 37,9
** 1 5 20 2 000 200 1 0,9 1 1 1 0,9 83,7 79,7 75,7 72,1
*** 1 5 30 2 000 200 1 0,9 1 1 1 0,9 123,7 117,7 111,7 106,3
Commerce de détail * 1 5 15 3000 200 1 0,9 1 1 1 78,1 70,6
** 1 5 25 3000 200 1 0,9 1 1 1 128,1 115,6
*** 1 5 35 3000 200 1 0,9 1 1 1 178,1 160,6
Usine * 1 5 10 2500 150 1 0,9 1 1 1 0,9 43,7 41,2 39,7 37,5
** 1 5 20 2500 150 1 0,9 1 1 1 0,9 83,7 78,7 75,7 71,2
*** 1 5 30 2500 150 1 0,9 1 1 1 0,9 123,7 116,2 111,7 105.0

Il va de soi que la conception, l’installation, ou encore la rénovation d’un système d’éclairage doit se conformer aux normes EN 12464-.

  • * conformité de base aux exigences ;
  • ** bonne conformité aux exigences ;
  • *** totale conformité aux exigences.

Les critères de conception et de rénovation de l’éclairage sont mentionnés dans le tableau ci-dessous.

Où :

  • PN = la puissance surfacique installée de l’éclairage du bâtiment [W/m²] ;
  • rec = le système de régulation à éclairement constant ;
  • Manu = un système d’éclairage à régulation manuelle ;
  • Auto = un système d’Éclairage à régulation automatique.

Classes de qualité

Classe de critères de conception et rénovation des éclairages
* ** ***

Éclairement à maintenir sur les plans de travail horizontaux (Em horizontal)

Contrôle approprié de l’éblouissement (UGR)

Évitement des effets de scintillation et des effets stroboscopiques

Contrôle approprié de l’éblouissement par réflexion

Amélioration du rendu des couleurs

Évitement des ombres accentuées ou d’une lumière trop diffuse

Répartition appropriée de l’éclairement dans la pièce (Evertical)

Prise en compte particulière de la communication dans l’éclairage des visages (Ecylindrique)

Prise en compte particulière des questions relatives à la santé (°)

  • ◙ doit être conforme aux valeurs prescrites de la norme NBN EN 12464-1 
  • (°) concernant la santé, un éclairement beaucoup plus élevé et donc une valeur de la puissance surfacique (W/m²) plus élevée.

Classes d’efficacité énergétique des lampes

Classes d'efficacité énergétique des lampes

Fig. 1 Pictogramme lié à la labellisation des lampes.

Ce règlement s’applique dès le 1er septembre 2013 aux lampes électriques telles que les lampes à filament , les lampes fluocompactes, les lampes à décharges à haute intensité et les lampes (et modules) LED (de plus de 30 lumens).

La réglementation définit les classes d’efficacité énergétique des lampes en fonction d’un critère de rendement. Ces classes (au nombre de 7) sont dénommées de A++ à E, la classe A++ ayant la meilleure efficacité énergétique. Les classes sont définies par un rapport entre une puissance absorbée par la lampe (et corrigée de la totalité des pertes de l’appareillage de commande) et une puissance de référence, nommée indice d’efficacité énergétique IEE. Les limites sont définies comme suit :

Classe d’efficacité énergétique Lampes non dirigées Lampes dirigées
A++ (le plus efficace) IEE ≤ 0.11 IEE ≤ 0.13
A+ 0.11 < IEE ≤0.17 0.13 < IEE ≤0.18
A 0.17 < IEE ≤0.24 0.18< IEE ≤0.40
B 0.24 < IEE ≤0.60 0.40 < IEE ≤0.95
C 0.60 < IEE ≤0.80 0.95 < IEE ≤1.20
D 0.80 < IEE ≤0.95 1.20 < IEE ≤1.75
E (le moins efficace) 0.95 < IEE 1.75 < IEE

Le règlement n°874/2012 doit être appliqué en parallèle aux règlements n°244/2009, n°859/2009, n°245/2009, n°347/2010 et n°1194/2012 qui concernent les exigences d’écoconception des lampes et des équipements correspondants.

⇒ Pour en savoir plus : ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://eur-lex.europa.eu

Trouver une norme ?

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Le site internet du Bureau de Normalisation (ouverture d'une nouvelle fenêtre ! w ww.nbn.be) propose un moteur de recherche qui permet d’identifier toutes les normes relatives à un domaine en particulier. Celui-ci est ouverture d'une nouvelle fenêtre !disponible ici.

De même, sur ce site vous trouverez toutes les informations nécessaires pour la commande et la consultation de normes.