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Tout au LED

Actuellement, en termes d’éclairage, on s’oriente en majorité vers la technologie LED. Celle-ci est en plein essor et ne cesse de s’améliorer au fil des années. Les arguments les plus souvent énoncés en faveur des LED sont leur grande efficacité lumineuse, leur durée de vie extrêmement longue et leur faible consommation électrique.

Technologie miracle ? Pas tout à fait…. Autant les LEDs paraissent meilleurs que la concurrence sur le plan performanciel et énergétique, il n’est pas de même en termes de confort visuel et d’impact sur la santé.

Le LED aujourd’hui

Aujourd’hui, les lampes à LED sont particulièrement performantes et beaucoup plus économes en énergie que les technologies classiques.

À titre d’exemple, le tableau comparatif ci-dessous provient d’une étude scientifique((L.T. Doulos et al. Minimizing energy consumption for artificial lighting in a typical classroom of a Hellenic public school aiming for near Zero Energy Building using LED DC luminaires and daylight harvesting systems, Energy and Buildings, Volume 194, 2019, Pages 201-217)) et met en évidence les dernières avancées en termes de LED par rapport à un luminaire classique à tube fluorescent. Les résultats peuvent évidemment dépendre selon les produits testés.

	LED (AC supply)	LED (DC supply)	T5 2x35W
Puissance (W)	41.0	50.5	76.0
Efficacité lumineuse (lm/W)	116.1	107.6	62.0
Puissance spécifique (W/m2)	3.16	3.90	5.86
Nombres de luminaires utilisés	4	4	4
Puissance totale installée (W)	164	202	304
Consommation annuelle (kWh)	255.8	315.1	474.2
Eclairement (lx)	302	322	308

On remarque que les luminaires LED sont aujourd’hui largement plus efficaces en termes de consommation électrique, à niveau d’éclairement similaire.Il est donc très intéressant de se tourner vers des solutions 100% LED dans des projets de rénovation visant le zéro-carbone, d’autant plus que l’efficacité lumineuse retenue pour les luminaires ci-dessus n’est pas le plein potentiel de la technologie.

Effets sanitaires

Face à la constante amélioration de la technologie LED, l’ANSES (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail) a récemment publié un nouveau rapport étudiant les effets sanitaires de ces systèmes sur la population. Les LED sont caractérisées par un spectre de lumière plus riche en lumière bleue et plus pauvre en lumière rouge que d’autres sources lumineuses, créant un déséquilibre spectral particulièrement nocif pour nos yeux. De plus, “les lumières à LED peuvent être plus éblouissantes que les lumières émises par d’autres technologies (incandescence, fluo-compactes, halogènes, etc.)” (ANSES, p.355). “Enfin, les LED sont très réactives aux fluctuations de leur courant d’alimentation. De ce fait, selon la qualité du courant injecté, des variations de lumière peuvent apparaître, suivant la fréquence et le niveau de ces variations.” (ANSES, p.355)

Le rapport étudie donc différents effets sanitaires :

les effets de la lumière bleue sur les rythmes circadiens (perturbation de l’horloge circadienne) ;
les effets de la lumière bleue sur le sommeil et sur la vigilance (retard de sommeil et altération de la quantité et qualité du sommeil) ;
les effets de la lumière bleue et des différents types de LED sur l’œil (phototoxicité, sécheresse oculaire, myopisation) ;
les effets de la lumière bleue sur la peau ;
les effets de la modulation temporelle de la lumière sur la santé ;
les effets liés à l’éblouissement.”((Source: https://www.anses.fr/fr/system/files/AP2014SA0253Ra.pdf – p.356))

Afin de protéger la population de tous ces effets sanitaires, l’ANSES émet une série de recommandations liées à l’utilisation de lumières à LED. Certaines sont de l’ordre de futures recherches à mener ou de suggestions d’évolutions réglementaires tandis que d’autres sont de l’ordre de bonnes pratiques à prendre en compte directement dans des projets de relighting. On retiendra les deux principales :

Limiter au plus possible l’exposition à des lumières froides (> 4000 K)
Exclure les lampes LED nues du champ de vision

Toutefois, les difficultés des LED ciblées dans l’étude sont surtout liées au lien entre lumière bleue et endormissement. Elles sont donc peu pertinentes dans les écoles.

Pour plus d’informations, celles-ci sont reprises dans le document « Effets sur la santé humaine et sur l’environnement (faune et flore) des diodes électroluminescentes (LED) » en page 363 : https://www.anses.fr/fr/system/files/AP2014SA0253Ra.pdf

Le LED en rénovation

Avant de se lancer dans un projet de rénovation de l’éclairage de l’école, il faut impérativement passer par l’étape d’analyse et de diagnostic de la situation existante. Pour cela, il est préférable de faire appel à un bureau spécialisé en éclairage. Cependant, il existe quelques outils sur le site de Rénover mon école qui vous permettront de réaliser un rapide diagnostic de l’installation lumineuse de vos salles de classe. Les pages suivantes sur Energie+ peuvent également être utiles :

Le site internet de Rénover mon école regroupe une grande partie des questions générales à se poser lors de la rénovation de l’éclairage. Attention que les informations mentionnées en termes d’objectifs et de techniques ne sont plus de toute fraîcheur… En plus de cela, elles ne visent pas l’objectif zéro-carbone qui nous intéresse dans ce dossier.

Pour plus d’infos concernant le passage au LED, consultez la page suivante.

Que faire donc dans notre cas ?

Procéder à un relighting de l’école dans une démarche zéro carbone nécessite de faire attention à deux points principaux :

Viser une puissance faible
Avoir une gestion efficace

En termes de puissance...

Comme vu plus haut, le LED offre de faibles puissances et donc a fortiori de meilleures performances énergétiques. C’est donc principalement vers cette technologie qu’il faut se tourner lorsqu’on envisage le relighting d’un bâtiment scolaire.

L’emplacement des luminaires dans le local a toute son importance en termes de puissance. Un moins grand nombre de luminaires, mais bien situés afin de garantir une uniformité de l’éclairement, permettra de réduire la puissance totale et donc la consommation en carbone.

La question de la gestion….

C’est principalement sur ce point qu’il est utile d’insister lorsque l’on conçoit un relighting d’une école. 35% de la facture énergétique des écoles correspond à l’électricité consommée par l’éclairage. Bien souvent, cela est dû à une mauvaise gestion du système d’éclairage. Il est impératif de rendre les occupants des locaux conscients de leurs décisions en limitant au maximum l’allumage automatique de lampes par exemple. L’extinction automatique, le zonage ou encore le dimming des lampes sont autant de principes qu’il est nécessaire de prendre en compte dans une démarche zéro-carbone. Pour plus d’informations sur ces techniques, consultez les pages suivantes :

De plus, une attention particulière doit être portée sur le programme de maintenance afin de garantir la pérennité du projet de relighting.

Rénover pour consommer…plus ?

Il est nécessaire de pointer la faiblesse actuelle en termes de niveaux d’éclairage dans les écoles. Les installations vétustes et inconfortables ne respectent souvent pas les normes visées lors de projets de relighting ou de constructions neuves. Dès lors, il se peut qu’après rénovation, le système d’éclairage consomme plus qu’auparavant. Cependant, au profit d’un meilleur confort visuel, qui s’avère bénéfique en de nombreux points pour tous.

Réemploi des systèmes existants

Lors de nouvelles constructions, il est facile et logique de concevoir l’ensemble de l’éclairage sur un système électrique approprié à la technologie LED. Mais est-il aussi simple d’adapter un système d’éclairage existant à la technologie LED? Dans un souci d’économie financière, est-il possible dans un projet de rénovation scolaire de garder les luminaires existants en y changeant simplement les tubes ?

Les luminaires existants de type tube T5 ou T8 sont toujours équipés de ballasts électroniques ou ferromagnétiques. Dans les deux cas, il est possible, moyennant certaines manipulations (voir article G0W), de passer d’une technologie de tube fluorescent vers des tubes LED. Il est donc tout à fait envisageable de maintenir les luminaires existants lors d’un projet de relighting au LED. Cependant, les lampes LED ayant des niveaux de luminance élevés, il est impératif d’utiliser des mécanismes optiques adaptés. On favorisera donc des mécanismes de réfraction ou de transmission à la place de mécanismes de réflexion.

À proscrire : mécanismes de réflexion

À recommander : mécanismes de réfraction

Recommandations

Les situations de relighting sont très différentes en fonction de l’usage des espaces à rénover. La disposition des luminaires, le type de luminaire, la température de lumière ou encore le mode de gestion de l’éclairage sont autant de paramètres qui varient en fonction de l’utilisation de l’espace.

Le site de Rénover mon école reprend, sur les deux pages suivantes, les grandes recommandations à prendre en compte pour des classes, des espaces de circulations, des bureaux ou encore des réfectoires :

Posted By : Sylvie 2 Avr, 2013

Choisir la gestion et la commande

Critères de choix

Au niveau énergétique, un projet de conception ou de rénovation importante de l’éclairage doit tenir compte :

De la sensibilisation à l’URE et de l’ergonomie ;
Du profil d’occupation des locaux et de l’évolution possible de ce profil au cours du temps ;
De l’apport de lumière naturelle ;
De la performance thermique de l’enveloppe du bâtiment et de lier le confort visuel au confort thermique ;
De la taille du ou des bâtiments constituant le parc immobilier. ;

Quels que soient les critères de choix du système, sa configuration de base ne change pas. On a toujours besoin :

De câble d’alimentation ;
De luminaires ;
D’organes d’allumage et d’extinction des luminaires ;
D’organes de gestion.

Le développement de l’électronique et l’apparition de « l’immotique » dans les bâtiments tertiaires a permis de repenser la gestion des systèmes d’éclairage en tenant compte, à confort visuel optimal, de l’énergie. L’acceptation de l’immotique par les occupants des locaux est souvent délicate sachant qu’en général, ils sont d’une part réfractaires au changement et d’autre part ils n’ont plus nécessairement la maîtrise du système.

Un système d’éclairage performant tenant compte de l’occupation et de la lumière naturelle permet de réduire sensiblement les consommations électriques. C’est d’autant plus vrai dans la conception de bâtiment à basse voire très basse énergie, car la part de consommation énergétique que prend l’éclairage devient très importante.

Sensibilité à l’URE et ergonomie

Sensibilité

La sensibilisation à l’URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) et l’ergonomie influencent particulièrement le choix de la gestion de l’éclairage. Lorsque les occupants des locaux ont la « fibre énergétique », la gestion de l’éclairage peut être simple par le choix d’une gestion manuelle classique.

Elle est envisageable dans des espaces privés. Par contre, pour une gestion dans des espaces privés locatifs ou publics, on fera appel à de l’équipement automatique. En effet, dans ce type d’espace, il règne en général un esprit de déresponsabilisation des occupants qui sont « de passage ».

Exemple

Le choix d’une gestion de l’éclairage par un interrupteur à deux allumages pour réaliser un zonage dans un local de taille importante ne devrait pas poser un gros problème.

Ergonomie

Malgré une sensibilité avérée des occupants d’espace, l’ergonomie représente un facteur limitatif au choix d’une gestion simple.

Exemple

« On connait tous l’inconvénient de gérer un groupe de luminaires proche de la fenêtre par une gestion de type interrupteur simple. Notre cher climat en Belgique n’épargne pas notre patience ! ».

Lorsque le soleil joue à « cache-cache » avec la couche nuageuse, les variations de niveau d’éclairement voudraient que l’occupant éteigne et rallume les luminaires du côté de la fenêtre pour réduire la facture énergétique. Le gestionnaire risque de devoir dépenser les économies générées au profit des « psy d’entreprise ».

Arbitrage

Mise en garde : « un système de gestion automatique de l’éclairage ne fonctionne que s’il est parfaitement accepté par les occupants. L’imagination de ceux-ci est incroyable quand il s’agit de contrarier un système automatique ! Celui-ci doit donc être soit imperceptible, soit compris et accepté par les occupants ».

On conseille souvent de ne pas pousser trop loin la recherche d’économies au détriment de la liberté des utilisateurs et de la simplicité de la gestion. Dans les locaux de bureau, par exemple, les occupants doivent pouvoir allumer ou éteindre un luminaire, faire varier la puissance émise par un luminaire ou personnaliser leur ambiance de travail. Des solutions existent comme les dérogations manuelles sous forme de télécommande IR (Infrarouge) ou RF (Radio Fréquence).

Ainsi, dans les grands bureaux, il faut dans la mesure du possible donner la possibilité aux occupants de gérer l’éclairage au niveau de leur propre espace de travail.

L’utilisateur pourra être sensibilisé :

à la non-utilisation de l’éclairage artificiel général si l’éclairage naturel est suffisant,
à extinction de l’éclairage d’un local lorsqu’il quitte celui-ci.

Des exemples de gestions manuelles et automatiques

Exemple 1 : local à occupation brève et variable

Dans des locaux de type privés comme des locaux d’archives, techniques, …, une gestion manuelle comme un interrupteur simple avec témoin lumineux est la solution. A l’inverse, les locaux comme les sanitaires et WC privés ou public seront équipés d’une détection de présence (avec éventuellement détection sonore) dans le blochet près de la porte.

Gestion manuelle.

Gestion automatique.

Calculs

Pour avoir une idée de la rentabilité d’un tel changement.!

Exemple 2 : local à occupation prolongée et à apport de lumière naturelle

Lorsque les occupants sont sensibilisés, on pourrait envisager un interrupteur à 2 allumages pour allumer/éteindre distinctement la rangée de luminaires côté fenêtre de celle côté couloir. Ceci dit, pour des variations importantes et aléatoires de l’éclairage naturel, une gestion semi-automatique par allumage volontaire à partir d’un bouton-poussoir et extinction par détection d’absence sera préférée. À noter que la tête de détection intègre une sonde de luminosité.

Attention : s’il s’agit de lampes fluorescentes, il faudra équiper les luminaires de ballasts électroniques dimmables. S’il s’agit de LEDS, il faut prévoir des drivers dimmables.

Gestion manuelle par interrupteur à 2 allumages.

Gestion semi-automatique.

Calculs

Pour avoir une idée de la rentabilité d’un tel changement.

Exemple 3 : locaux à occupation intermittente programmée

Dans les couloirs occupés de jour comme de nuit (couloir d’hospitalisation par exemple), pour les motivés par l’énergie, le placement d’une gestion manuelle comme un inverseur est une solution.

Si l’on veut s’orienter vers une gestion automatique, le placement d’une horloge centrale dans le tableau divisionnaire peut être envisagé.

Commande centrale manuelle (inverseur).

Gestion automatique du basculement de l’éclairage jour/nuit par horloge.

Taille et proportions des locaux

La taille et la proportion d’un local influencent aussi le choix de la gestion de l’éclairage. Dans les locaux de grande taille, le zonage est l’approche énergétique par excellence. En effet, il est avantageux de créer des zones bien distinctes dans :

Les salles de sport de manière à ne pas éclairer les aires de jeux non occupées ;
Les couloirs afin d’éviter de l’éclairer sur toute sa longueur lorsqu’un occupant sort, par exemple de son bureau pour aller dans le bureau voisin sans traverser tout le couloir ;
…

Exemple de zonage pour une salle de sport

Dans une salle omnisports, il est inutile d’éclairer toute la salle alors qu’un seul terrain est occupé. Il est important de prévoir un zonage, c’est-à-dire une commande séparée pour les différents terrains de la salle.

Les lignes de jeux s’entremêlent.

Il existe donc plusieurs manières de regrouper les luminaires qui seront commandés en une seule fois. On analysera donc chaque cas, en tenant compte de :

l’emplacement des lignes de jeux,
la fréquence d’occupation des différents terrains,
la possibilité d’emplacement des différentes commandes.

Voici un exemple possible de zonage :

Profils d’occupation

Les profils d’occupation des bâtiments tertiaires et de leurs locaux sont assez différents suivant l’usage (bureaux, sanitaires, classes, chambres d’hôpital, …). Le choix de la gestion de l’occupation varie surtout en fonction de la sensibilité des occupants à l’énergie, des coûts du système d’éclairage, …

Il existe sur le marché une multitude d’équipements pour gérer l’occupation des locaux. On pointera principalement :

Les interrupteurs simples, les interrupteurs à double direction (2D), les deux allumages, … ;
Les boutons poussoirs simples, à technologie KNX, DALI, ENOCEAN, …
Les détecteurs de mouvements et de présence à intelligence embarquée, KNX, … ;
Les commandes centralisées sur bus de communication ;
Les horloges de gestion d’horaire d’occupation ;
…

Le choix entre ces différents équipements de gestion d’occupation est complexe. Indépendamment de la sensibilité des occupants à la gestion responsable de l’éclairage par rapport à l’énergie, ce choix doit s’opérer en fonction des fréquences d’occupation des locaux.

Voici quelques exemples de locaux que l’on rencontre régulièrement dans les bâtiments tertiaires (liste non exhaustive) :

Dans les locaux à temps d’occupation important

D’emblée, on ne conçoit pas qu’un local à temps d’occupation important soit sans baie vitrée.

L’occupation des bureaux, classes de cours, … peut-être avantageusement gérée par des boutons poussoirs d’allumage volontaire des luminaires et des détecteurs d’absence lorsqu’après un certain temps les locaux ne sont plus occupés. Cette gestion est très efficace et responsabilise souvent les occupants. En effet, en entrant dans le local, l’occupant juge si le niveau d’éclairement est suffisant ou pas pour travailler. S’il le juge insuffisant, il peut donner une impulsion au bouton-poussoir qui allume les luminaires. Les boutons poussoirs modernes sont équipés d’un module électronique qui permet :

D’allumer par une première impulsion brève ;
D’éteindre par une nouvelle impulsion brève ;
A chaque impulsion prolongée, de dimmer vers plus ou moins de flux lumineux.

Dans les locaux à temps d’occupation court

Fréquentation importante : les circulations, …

Le passage fréquent, mais court en temps des locaux de circulation (couloirs, escaliers, local photocopieuse, sanitaire, …) pourrait être géré par des simples détecteurs de mouvement. Cette technique permet de choisir des luminaires avec le détecteur de mouvement incorporé ce qui réduit fortement les longueurs des câbles d’alimentation 230 V et de commande basse tension. La gestion de type « ancienne génération » par boutons-poussoirs et minuteries est toujours valable, mais nécessite de grandes longueurs de câbles. Au prix du kg de cuivre, le surcoût de l’électronique de gestion peut se justifier pleinement en faveur des nouvelles technologies. A remarquer que dans les circulations, le choix d’un luminaire supportant de nombreux allumages et extinctions sera primordial. On pense de plus en plus aux luminaires LED qui, théoriquement, supportent un « nombre infini » de commandes.

De plus en plus de sanitaires sont avantageusement équipés de détecteurs de mouvement et sonores. Ce type d’équipement permet de ne placer qu’un seul détecteur dans le sanitaire commun. Dans les WC, le simple fait de générer du bruit (peu importante la « source sonore »), réactive le détecteur qui évite à l’occupant du WC d’être plongé dans le noir avec toutes sortes de conséquences désagréables.

Fréquentation faible : locaux techniques, …

On pense aux locaux techniques, aux archives, aux « kots à balais », … Dans ce type de local, les interrupteurs classiques avec témoins d’allumage feront généralement « l’affaire ».

Apport d’éclairage naturel

Une gestion du flux lumineux en fonction de l’apport en éclairage naturel peut s’appliquer aux locaux éclairés naturellement lorsque le temps d’occupation journalière est important. En effet, lorsque les locaux sont utilisés de façon intermittente ou peu vitrés, le temps de valorisation de l’éclairage naturel se réduit, la rentabilité des systèmes de variation du flux lumineux aussi.

Parmi les systèmes de gestion existants, il faut privilégier ceux qui modifient les caractéristiques de flux lumineux de façon imperceptible pour les occupants, c’est-à-dire le dimming en fonction d’un capteur intérieur.

Cependant, n’excluons pas trop vite la bonne volonté des occupants en prévoyant un double allumage qui différencie la commande des luminaires côté fenêtre et côté intérieur.

Allumage différencié

Simplement, un des interrupteurs commande le luminaire côté fenêtre et l’autre le luminaire côté couloir. Ce système est basique et nécessite une certaine sensibilité à l’énergie des occupants. Dans notre chère Belgique, par temps d’alternance de nuage et de soleil, on comprend la limite de ce type de gestion.

Gestion par sonde de luminosité

À ce stade, le choix peut se porter sur des solutions simples, mais locales ou des solutions plus complexes et centrales (plus coûteuses aussi, c’est vrai !).

On pointera principalement le choix entre les sondes de luminosité intégrées :

au luminaire même ;
à la tête de détection de présence.

Dans le cas de la sonde de luminosité intégrée à la tête de détection de présence, le « dimming » du niveau d’éclairage des luminaires pourra être local ou central.

Dans le cas de l’usage de sonde de luminosité, il faudra prévoir un système d’horloge ou de détecteur pour éviter que la lumière reste allumée. (Si les lampes sont dimmées, l’occupant risque d’oublier d’éteindre en quittant le local (surtout en été)).

Gestion locale

La gestion locale gère directement les luminaires à partir d’un détecteur d’absence/présence équipé d’une sonde de luminosité par exemple.

Gestion centrale

La gestion centrale gère les luminaires par des modules 0-10V ou DALI (module sur rail DIN dans le tableau divisionnaire) via un bus de communication de type KNX.

En fonction des équipements de gestion de l’éclairage naturel, la flexibilité de reconversion des locaux est plus ou moins grande. Il est clair que le choix d’une gestion au travers d’un bus de communication offre plus de liberté d’adaptation de l’éclairage en cas de changement d’affectation des locaux.

Cette réflexion est tout à fait gratuite, mais c’est à voir au cas par cas !

Rentabilité d’un dimming

La rentabilité du système choisi dépendra de plusieurs facteurs décrits ci-dessous :

Orientation et environnement des locaux

Dimensions du local l x L	Surface de fenêtres m²	Orientation	Économie
Dimensions du local l x L	Surface de fenêtres m²	Orientation				Zone fenêtre	Zone centrale	Moyenne
3,6 x 5,4	6	NO	33 %	18 %	26 %
5,5 x 5,5	12	S et O	36 %	33 %	34 %
4,0 x 5,5	4	O	29 %	22 %	26 %
3,0 x 3,6	2,4	E	30 %	8 %	19 %
3,6 x 5,4	3,3	O	29 %	16 %	22 %
3,6 x 5,0	4,5	O	41 %	19 %	30 %
Identique au cas précédent, mais utilisateurs différent.			43 %	31 %	37 %

Mesures réelles de l’économie apportée par un dimming individuel des luminaires par rapport à un fonctionnement à pleine puissance avec des ballasts électroniques non dimmables (fourniture de 500 lux sur le plan de travail), source : TNO.

L’environnement extérieur des façades influence fortement la rentabilité. Par exemple, si une façade est masquée par un autre bâtiment (rue étroite), les apports en éclairage naturel dans les premiers étages risquent d’être trop faibles pour justifier une gestion automatique, mais suffisante pour les étages supérieurs.

D’une manière générale une économie de 30 % est un chiffre que l’on peut considérer comme raisonnable pour le dimming complet d’un bureau.

Puissance totale gérée par une unité de commande

Le coût du système de gestion dépend en partie du coût de l’unité de commande (capteur, interface). Plus celui-ci est élevé, plus la puissance électrique totale commandée par un système devra être importante pour assurer une rentabilité suffisante.

Exemple.

Dans le cas d’une gestion indépendante de chaque luminaire, plus la puissance des lampes commandées par un ballast est faible, plus le coût d’investissement est important par rapport à l’économie escomptée : gérer une lampe de 36 W avec 1 ballast coûtera environ 3,25 € par watt commandé, tandis que gérer deux lampes de 58 W avec 1 ballast coûtera environ 1 € par watt.

De la présence d’une climatisation

La diminution de la puissance de l’éclairage en fonction de l’apparition du soleil permet de diminuer les coûts éventuels d’une climatisation ou de limiter les surchauffes.

Calculs

Pour estimer la rentabilité d’un système de gestion en fonction de votre situation.

Performance thermique du bâtiment

Mais que vient faire la performance thermique dans une histoire qui concerne l’éclairage ?
Tout simplement parce que dans un bâtiment performance thermiquement (à basse ou très basse énergie), la gestion de l’apport en éclairage naturel va de pair avec la gestion de la surchauffe au travers des baies vitrées par des stores. En effet, un savant compromis est nécessaire entre :

D’une part, le besoin de maximiser les apports de lumière naturelle afin d’optimiser le confort visuel et de réduire la facture énergétique d’électricité ;

D’autre part, la nécessité de maîtriser les apports solaires sources de surchauffe dans un bâtiment performant. Notons que le risque de surchauffe est intimement et principalement lié à l’orientation des baies vitrées.

Gestion de store

La gestion des stores et du niveau d’éclairement doivent donc être maîtrisés de concert. Pour y parvenir, le choix d’un système centralisé simplifie fortement cette gestion.
Un mode de gestion intéressant des stores est repris ci-dessous :

Gestion de la position des stores au travers du bus KNX en fonction des paramètres donnés par la station météo.

Le bouton-poussoir « store » de dérogation manuelle permet à l’occupant de garder la maîtrise de la position du store.

Le détecteur d’absence permet de « rendre la main » au système de gestion automatique lorsque l’occupant s’absente pour un temps donné.

Gestion HVAC

Gestion de la ventilation

Dans les bâtiments performants, le besoin d’échange de paramètres de commande ou de régulation entre les systèmes d’éclairage et HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) est nécessaire.

La détection de présence dans une salle de réunion peut faire évoluer le taux de renouvellement d’air de zéro à 100 % (ON/OFF ou modulant) par la gestion de l’ouverture d’une boîte VAV. Pour ne pas démultiplier le nombre d’équipements de détection de présence, l’auteur de projet pourra rationaliser son choix de détecteur de présence. C’est d’autant plus vrai que les détecteurs de présence modernes offrent les fonctions suivantes :

Canal de commande en présence ou absence ainsi que du niveau d’éclairement des luminaires ;
Canal de commande en présence ou absence d’équipement HVAC.

Gestion des températures

Une sonde de température peut être couplée avec le bus KNX lorsque le bâtiment est inoccupé afin de gérer le store :

Abaissement du store en cas de canicule lorsque les températures intérieure et extérieure dépassent une certaine valeur ;
Relèvement du store en cas de grand froid et d’ensoleillement important ; ce qui permet de valoriser les apports solaires lorsque la température interne est en dessous de sa consigne.

Gestion du store en cas de canicule.

Gestion du store en cas d’apports solaires nécessaires importants.

Taille des bâtiments ou importance du parc immobilier

La taille du ou des bâtiments, la présence de plusieurs bâtiments sur un site, … influencera nécessairement le besoin de centralisation ou pas des gestions d’éclairage. On comprend aisément qu’un gestionnaire technique d’un parc important de bâtiments ait un besoin de supervision au travers d’une gestion technique centralisée (GTC). Ce genre d’installation passe impérativement par la mise en place d’un bus de communication.

Pour des bâtiments de petite taille, la centralisation n’est pas une fin en soi. On peut très bien avoir des systèmes d’éclairage performants énergétiquement parlant sans « sophistiquer » le système d’éclairage.
Voyons les deux configurations d’un système d’éclairage :

Système local

Dans les bâtiments de petite taille, envisager une GTC (gestion technique centralisée) n’est pas vraiment nécessaire.

Des solutions de gestion de l’éclairage et des stores (ou même HVAC) peuvent être envisagées avec un certain degré « d’immotisation » tout en restant dans la simplicité. Dans cette configuration, la gestion locale de l’éclairage est propre à chaque local. Dans un bâtiment simple, de petite taille et ne nécessitant pas beaucoup de souplesse d’aménagement des espaces, une gestion sophistiquée n’est pas nécessaire. De plus, la mise en place de ce type de gestion est relativement peu coûteuse.

Un bémol cependant (« eh oui, on ne peut pas gagner sur tous les fronts ! ») réside dans le manque de flexibilité de cette configuration. En effet, lorsque les espaces doivent être transformés (changement d’activité, d’usage, …), il est inévitable que l’installation d’éclairage doive être partiellement ou entièrement recâblée.

Système central

Dans des bâtiments plus complexes, plus grands ou encore dans des parcs immobiliers importants, le gestionnaire aura à disposition toute une palette de centralisation de la gestion de l’éclairage à l’échelle :

d’un étage d’immeuble ;
du bâtiment ;
d’un parc immobilier.

La gestion centrale nécessite à coup sûr de passer par un ou plusieurs de bus de communication avec, par exemple, les protocoles suivants:

DALI spécifiquement pour l’éclairage ;
KNX pour l’éclairage et /ou le HVAC ;
TCP/IP pour la supervision.

La supervision ou GTC (gestion technique centralisée), permettra d’avoir une vue d’ensemble de tous les paramètres de gestion de l’éclairage et, par la même occasion des autres systèmes (HVAC ou autres).

« Alors cerise sur le gâteau ou outil indispensable ? »

Ces systèmes sont naturellement plus onéreux que les systèmes locaux et donc l’incidence budgétaire sera étudiée au cas par cas. Cependant, une configuration centralisée, avec une vision énergétique par rapport au profil d’occupation, permet de réduire de manière importante les coûts de maintenance des locaux ainsi que les coûts de transformation (on ne doit pas systématiquement recâbler la gestion puisque le bus de communication est modulable) et, par après, d’adapter facilement la gestion suivant le nouveau profil d’occupation.

Organigramme de gestion

Voici un organigramme d’aide dans le choix de la gestion et de la commande de l’éclairage intérieur. Ces systèmes peuvent être intégrés dans une gestion centralisée, qui par son coût de câblage ne peut être envisagée que dans des bâtiments neufs ou des rénovations de grande ampleur.

1 Exemple : bureau paysager, classe, salle de réunion avec cloison amovible, salle de sport à plusieurs plateaux, … avec fenêtres orientées au nord

MINIMUM	Zonage : 1 zone = rangée de luminaires proches de la fenêtre, 1 zone = autres rangées de luminaires, 1 zone = éclairage point particulier (tableau de classe ou de salle de réunion, « table de réunion », …)
MINIMUM	Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.
CONSEILLE	Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type : Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ; Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable. Il s’avérera peu rentable dans le seul cas d’occupants « disciplinés » éteignant systématiquement les lampes en fin de journée. Cette gestion nécessite que les boutons poussoirs et les détecteurs « se parlent ». Elle peut être locale (l’intelligence est dans la tête de détection) ou centrale (régulateur dans un tableau divisionnaire ou GTC centrale pour les grands bâtiments tertiaires).
CONSEILLE	La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans la ou les têtes de détection d’absence/présence

2 Exemple : bureau paysager, classe, salle de réunion avec cloison amovible, salle de sport à plusieurs plateaux, … avec autres orientations que les fenêtres au nord

MINIMUM	Zonage : 1 zone = rangée de luminaires proches de la fenêtre, 1 zone = autres rangées de luminaires, 1 zone = éclairage point particulier (tableau de classe ou de salle de réunion, « table de réunion », …)
MINIMUM	Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.
CONSEILLE	Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type : Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ; Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.
CONSEILLE	La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans la ou les têtes de détection d’absence/présence.

3 Exemple : salle de réunion à cloison amovible et salle de sport sans fenêtre

MINIMUM

Zonage : autant de zone qu’il y a d’espaces ou de plateaux distincts identifiables.

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.

4 Exemple : locaux techniques, archives, …

MINIMUM

Zonage : autant de zone qu’il y a d’espaces ou de plateaux distincts identifiables.

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.

5 Exemple : Couloir, cage d’escalier, … avec baie vitrée

MINIMUM	Zonage : Par une ou plusieurs portions de couloir ; Par un ou deux étages.
MINIMUM	Boutons poussoirs commandant un télérupteur de tableau avec minuterie d’extinction par zone
CONSEILLE	Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type : Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ; Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable. Alternative 1 : Détecteur de mouvement par étage pour les escaliers qui commande les luminaires de palier et des demi-étages directement supérieur et inférieur au palier considéré ; Détecteur de mouvement par zone de couloir qui ne commande que les luminaires proches de sa couverture. Alternative 2 : détecteur de mouvement intégré au luminaire. « D’expérience, c’est une très bonne solution ! ».
CONSEILLE	La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans une ou des têtes de détection de présence.

6 Exemple : Couloir, cage d’escalier, … sans baie vitrée

MINIMUM

Zonage :

Par une ou plusieurs portions de couloir ;
Par un ou deux étages.

MINIMUM

Boutons poussoirs commandant un télérupteur de tableau avec minuterie d’extinction par zone.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.

Alternative 1 :

Détecteur de mouvement par étage pour les escaliers qui commande les luminaires de palier et des demi-étages directement supérieur et inférieur au palier considéré ;
Détecteur de mouvement par zone de couloir qui ne commande que les luminaires proches de sa couverture.

Alternative 2 :

détecteur de mouvement intégré au luminaire. « D’expérience, c’est une très bonne solution ! ».

7 Exemple : bureau individuel, petite classe, salle de réunion, salle de sport à un seul plateau, … avec fenêtres orientées au nord

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence avec délai réglable.

CONSEILLE

La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans la ou les têtes de détection d’absence/présence.

8 Exemple : bureau individuel, classe, salle de réunion, salle de sport à un seul plateau, … avec autres orientations que les fenêtres au nord

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence avec délai réglable.

CONSEILLE

La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une sonde de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables(0-10V ou DALI). La sonde de luminosité sera intégrée dans un des luminaires et sera maître pour la gestion des autres luminaires. Ou encore, elle intégrera la tête de détection d’absence/présence.

9 Exemple : locaux techniques, archives, …

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

10 Exemple : sanitaire et WC

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Un détecteur de mouvement et éventuellement sonore avec délai réglable.

Posted By : Sylvie 19 Mar, 2013

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 %

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.