Optimisation de l’Eclairage dans les bâtiments existants

Eclairage – Programme de la formation Introduction Evaluation énergétique et performances des sources Les types de lampes Le développement des LED Les luminaires Estimer la consommation électrique de l’éclairage Réduire les durées de fonctionnement Réduire la puissance installée Autres mesures d’optimisation Exemple d’optimisation avec des LED

introduction

La lumière… Pour identifier notre environnement et pour nous orienter, nous avons besoin de la lumière

Les termes techniques de la lumière L’intensité dans une certaine direction est désignée par intensité lumineuse et a pour unité le candela (cd). Une source lumineuse émet de la lumière dont la quantité totale est appelée flux lumineux ayant pour unité le lumen (lm). Lorsqu’une surface est éclairée, l’éclairement lumineux sur cette surface est mesuré et indiqué en lux (lx). L’œil reçoit la lumière réfléchie la plupart du temps par un objet éclairé. L’intensité spécifique de la lumière entrant dans l’œil est mesurée et évaluée par la luminance, qui s’exprime en candela par mètre carré (cd/m2).

Eclairage - grandeurs photométriques

Le niveau d’éclairement

Intensité lumineuse pour différentes sources (candela)

Flux lumineux et efficacité lumineuse pour différentes sources

Exemples d’éclairements lumineux Jour d’été sans nuages

De l’importance de l’éclairage…

Eclairage naturel / artificiel l’éclairage naturel est : le plus apprécié, adapté à l’oeil le plus intense le plus écologique le moins coûteux (bureau 33m2 = 400.-/an) mais : déterminé lors de la construction variable (heure, saison, météo) influence limitée au nettoyage des vitres, gestion des stores, couleur des murs... on essaie de compenser avec l’éclairage artificiel

Facteur de lumière du jour - définition

Exigences Pour un niveau d’éclairement de 1 000 lux = taux de satisfaction de 80% Facteur de lumière du jour, ratio Ei/Eh ? Plus le FLJ est élevé, plus le besoin d’éclairage artificiel est faible Alors pourquoi pas des bâtiments 100% vitrés ?

Compromis énergétique Eté : trop de vitrages risque d’éblouissement et de surchauffe, protection solaire mobile extérieure Hiver : déperditions thermiques vitrage 5x moins isolant qu’un mur mais besoin de lumière naturelle gains solaires

Grille d’évaluation de l’utilisation de la lumière du jour

Les Niveaux d’éclairement « Éclairage de lieux de travail intérieurs »,EN 12464-1 « Éclairage de lieux de travail extérieurs », EN 12464-2 « Éclairage d’installations sportives », EN 12193 Paramètres : Ēm : Dans la zone de la tache visuelle, les valeurs de maintenance de l’éclairement ne doivent pas se situer en dessous des valeurs définies UGRL : est la limite supérieure d’éblouissement direct UO : L’uniformité est le rapport entre Emin et l’éclairement Ē moyen dans la zone d’évaluation. Ra : l’indice minimum de rendu des couleurs.

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

Les Niveaux d’éclairement

évaluation énergétique performances des sources

Sources lumineuse

Eclairage Evolution des performances énergétiques

Eclairage Les pertes du système…

Le rendement lumineux d’une lampe Le rendement lumineux est le rapport entre le flux lumineux (lumen) émis par la lampe et la puissance électrique consommée (Watt) C’est en fait le rendement énergétique d’une lampe, qui a pour unité : lm/W

L’étiquette énergie « En Europe » Directives 98/11/CE et 92/75/CEE, aussi pour les lampes 7 classes d’efficacité où la lettre «A» correspond à la meilleure classe et la lettre «G» à la moins efficiente Les mentions «+» à «+++» ont été ajoutées à la lettre A pour les équipements les plus efficients Sont exclues de la directive: Les très petites lampes (puissance inférieure à 4 W) Les lampes à forte intensité lumineuse (plus de 6500 lm, par exemple les lampes torches halogènes de 500 W) Toutes les lampes à réflecteur (donc tous les spots halogènes à basse et à haute tension) !

Classe d’efficacité pour des lampes typiques

Exemple d’emballage des ampoules

Rendu et température des couleurs Rendu des couleurs perception, bien être 100 = lumière du jour 90 = excellent mais plus cher et rendement 30% inférieur 80 = bon (standard) Température de couleur influence l’ambiance 2700 K = chaud, Incandescence 3000 K = Chaud, halogène 4000 K = blanc neutre 5000 K = blanc froid 6000 K = daylight

Rendu et température des couleurs

Rendu et éclairement

Les types de lampes

Les sources lumineuses

Efficacité lumineuse comparée

Coûts comparés

Durée de vie des lampes

Applications incandescent / halogène : à proscrire fluocompacte : éclairage ponctuel, petites pièces tubes fluorescents : partout halogénures métalliques : extérieur LED : balisage, éclairage décoratif Mais aussi de plus en plus partout avec les derniers développements de cette technologie…

Cycle de vie Fluocompacte : 5x moins d’énergie sur le cycle de vie. Fabrication : incandescence : 0,86 kWh, fluo : 3,4 kwh (4x plus) amorti dès 42h de fonctionnement élimination : mercure, recyclage

Perte de flux des sources

Les ballasts conventionnels (ferro-magnétiques) + starter rendement : < 0,75 Ferromagnétiques (Classes C et D) Consommation de 10 à 15 Watt par ballast p.ex. tube 36 W => 48 W avec ballast électroniques (gradation, pas de papillotement) rendement : > 0,9, durée de vie +50% Electroniques (2 à 3 Watt par ballast) Possibilité de variation d’intensité p.ex. tubes 36 W = 40 W avec ballast ballasts électroniques rapportés (Retrofit) confort visuel et économies d’énergie

Le développement des led

LED : diodes électroluminescentes Leur efficacité énergétique

Tendances pour l’éclairage… Les tendances dans le domaine de l’éclairage vont être complètement déterminées par les LED, dans les prochaines années. L’efficacité énergétique va être doubler pour parvenir à environ 150 lumens /watt. La zone de puissance va être étendue, de sorte que toutes les tâches d’éclairage pourront être solutionnées avec des LED. Les prix vont chuter (Actuellement, 97 % des «terres rares» nécessaires pour fabriquer des LED proviennent de Chine.)

Avantages des LED Pas de chaleur résiduelle infrarouge et pas d’ultraviolets (protection contre le vieillissement) Construction compacte pour une intégration plus facile Lumière brillante, en forme de point (peut remplacer n’importe quelle lampe halogène) Efficacité élevée (actuellement équivalente aux lampes économiques) Longue durée de vie (dépendante de la qualité de l’électronique) Démarrage immédiat Bonnes caractéristiques en gradation Modulation des couleurs

Les luminaires

Préambule Les termes «lampe» et «luminaire» sont souvent confondus. En réalité, la lampe correspond à la source lumineuse et le luminaire est un ensemble comprenant divers éléments: une source lumineuse (ampoule) un ballast (lampes à décharge) un réflecteur (alu) un diffuseur ou des grilles anti-éblouissement Les luminaires se caractérisent par leur grande qualité et leur bonne efficacité énergétique

Les réflecteurs et diffuseurs

Rendement normalisé des luminaires Suspension direct/indirect : 85% plafonnier, diffuseur en verre opale : 55% luminaire encastré, lumière douce : 75% luminaire encastré, déflecteur miroir : 75% luminaire encastré, diffuseur opale : 30% luminaire sur pied, direct/indirect : 70% luminaire sur pied, indirect : 70% rail lumineux, omnidirectionnel : 90% downlight, ouvert : 70% applique, indirect : 65%

Exigences minimales pour les luminaires Minergie

Estimer la consommation électrique de l’éclairage

Méthode d’estimation N°1 : analogie Part de l’éclairage approximative par catégorie : Habitat individuel: 15 à 20% Habitat collectif : 50 à 60% de la consommation des communs. Bâtiment scolaire avec salle de gym : 50 à 65% Immeuble administratif : 50% Hôtel-restaurant : 30 à 40% Magasin : 40 à 65% Hôpital : 40% Industrie : très variable...

Méthode d’estimation N°2 : calcul grossier L’idée : il suffit de compter les luminaires, de lire leur puissance sur l’ampoule, et de multiplier par les heures de fonctionnement. Par exemple : un salon avec deux ampoules de 50 W allumées en moyenne une heure par jour : 2 * 50 W * 365 / 1000 = 36,5 kWh,

Méthode d’estimation N°3 : calcul précis Calcul de l’efficacité énergétique (LENI) Calcul précis selon la norme EN 15193 L’indicateur LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) indique la consommation énergétique effective d’une installation d’éclairage et est mesure en kWh par mètre carre et par an. Formule pour le calcul de la consommation énergétique de l’éclairage La puissance installée (Pn) les heures d’utilisation durant la journée (tD) les heures d’utilisation durant la nuit (tN) le facteur (≤ 1) pour la commande en fonction de la lumière du jour (FD), le facteur (≤ 1) pour la commande en fonction de la présence (FO) le facteur (≤ 1) pour la commande en fonction l’utilisation d’une commande a lumière constante (FC) (par ex. Maintenance Control) La surface évaluée (A)

Réduire les durées de fonctionnement

Réduire les durées de fonctionnement Pour l’instant on va considérer l’éclairage comme une boîte noire on s’occupe uniquement des heures de fonctionnement => l’éclairage le plus économe est celui qui est éteint Heures recommandées à pleine charge (valeur limite / valeur cible) bureau individuel : 1500 / 580 (bureau paysagé : 2320 / 1610) salle de classe : 1530 / 730 (salle de réunion : 820 / 320) salle de gym : 2970 / 1730 (piscine couverte : 2480 / 1440) magasin d’alimentation : 3400 / 3150 restaurant ou cuisine : 2410 / 1600 chambre d’hôpital : 3800 / 2640 production : 3000 / 1800 couloir : 1500 / 440 WC : 2500 / 1370 (vestiaires : 3430 / 2640) garage collectif : 2130 / 1030

Estimer les durées de fonctionnement Observer sur une courte période puis généraliser : toute l’année : 8760 h (= 24h/24) toutes les nuits : 4000 h bureau 8h/j : 2000 h couloir minuterie 5’ : 600 h WC minuterie 5’ : 300 h Possibilité d’utiliser des data loggers

Mesures pour réduire les durées de fonctionnement Favoriser la lumière naturelle : nettoyage des vitres, gestion des stores, rideaux, couleur des murs plus claire... Sensibilisation des utilisateurs (cf. affiche “Info énergie” sur l’éclairage dans les écoles, les zones de production,…) Efficacité limitée si pas de rappel régulier et discipline des utilisateurs (les utilisateurs détectent bien l’obscurité, mais mal le surplus de lumière) Adopter des systèmes automatiques

Mesures pour réduire les durées de fonctionnement minuteries dans les locaux de passage / communs (cave, dépôt, couloir, entrée d’immeuble). Critères : courte durée, utilisateurs multiples détecteurs de présence / détecteurs de mouvement : à l’intérieur et à l’extérieur extinction lorsque le niveau lumineux est suffisant = capteurs de luminosité Appareils de qualité !!! extinction centralisée, reset midi et soir réduire l’éclairage nocturne : signal des services industriels (idéal), sinon sonde crépusculaire ou horloge astronomique, éteindre l’éclairage décoratif avec une horloge (OFF 22h-6h)

Economies maximales avec une régulation suivant la lumière du jour Commande manuelle = 0% Commande manuelle, arrêt automatique pendant la pause de midi = 25% Régulation à luminosité constante, sans mise en stand-by = 40% Commutation automatique ON / OFF = 40% Régulation à luminosité constante, avec mise en stand-by = 50% Arrêt automatique (auto OFF) en fonction de la luminosité diurne et enclenchement manuel = 50%

Réduire la puissance installée

Mesure : remplacement des lampes Une des meilleures mesures d’augmentation de l’efficience énergétique consiste à choisir la lampe adéquate. Eléments à prendre en considération : durée d’éclairage annuel nombre de mises sous tension / hors tension facilité à changer une lampe géométrie du luminaire coût énergétique, coût de la lampe Possibilités de remplacement d‘une lampe : Ancienne lampe Nouvelle lampe Economies Lampe à incandescence  Lampe économique 80% Lampe halogène standard  Lampe halogène IRC 40% Lampe halogène 230V  Lampe économique 75%

Mesure : nettoyage des lampes La poussière peut diminuer le flux lumineux de 40% Dans les environnements très poussiéreux utiliser des luminaires protégés IP65 (Regent Linda, Zumtobel Scuba...)

Mesure : remplacement des tubes remplacement des tubes 38 mm par des 26 mm : économie 8-10% puissance : 14 W code couleur : 840 le premier chiffre : rendu des couleurs (8 ou 9) les deux autres chiffres : température de couleur / 100 p.exemple Osram FH 14W / 840 : 80-89 = bon rendu des couleurs 4’000 K = cool white = blanc froid

Mesure : remplacement des lampes

Les solutions disponibles…

Réducteur de tension Lexen LEC stabilise la tension (p.ex. à 207 V) moins de consommation (-20% à -30%) augmente la durée de vie des lampes (+5V => -50% durée de vie)

Exemple d’optimisation avec des led

Exemple : Eclairage des couloirs avec des LED Limitation des gains attendus par un réglage de présence avec des lampes fluorescentes en raison de la durée minimale d’enclenchement (env. 10 minutes) Économie quasi nulle lorsque les fréquences de passage sont élevée La technologie LED permet de réduire la durée d’enclenchement à environ 1 minute, permettant ainsi une réduction de la durée de fonctionnement de l’éclairage même en cas de fréquences de passage élevées

Eclairage de couloirs à LED Résultats obtenus

Eclairage de couloirs à LED Résultats obtenus

Etude du système d’éclairage X Y 5 m Etude du système d’éclairage

Diagnostic

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière Les courbes Isolux

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière La tâche visuelle est-elle bien reconnaissable ?

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière Comment désirez-vous la solution lumière dans votre zone ?

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière Quelle importance a une vision agréable dans la pièce ?

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière La lumière a-t-elle une influence positive sur les personnes ?

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière Comment la lumière doit-elle s’adapter à mes besoins ?

Diagnostic du système d’éclairage Exigences en matière de qualité de lumière Exigences ELI – LENI Application : vous reportez les valeurs moyennes des différents critères sur les axes du diagramme en toile.

Rénovation d’installations d’éclairage

Rénovation d’installations d’éclairage

Merci pour votre attention… … l’efficacité énergétique est sans limites