Cahier 5: Conception de l’éclairage Naturel 01/04/2017 Cahier 5: Conception de l’éclairage Naturel JF ROGER FRANCE- Ph. GRULOOS & J. CLAESSENS

A. Introduction 1. Éléments astronomiques et géométriques 01/04/2017 1. Éléments astronomiques et géométriques 1.1 Le mouvement de la terre autour du soleil

1.2 Le mouvement apparent du soleil. A. Introduction 01/04/2017 1.2 Le mouvement apparent du soleil. L’azimut solaire est l’angle que fait le plan vertical du soleil avec le plan méridien du lieu. On le mesure à partir du Sud, vers l’Est ou vers l’Ouest ( 0° pour le Sud, 180° pour le Nord ). Les lignes verticales du diagramme figurent les angles azimutaux de 10° en 10°. La hauteur du soleil est l ‘angle que fait la direction du soleil avec le plan horizontal. Les lignes horizontales du diagramme figurent les hauteurs angulaires de 10° en 10° au-dessus de l’horizon (0° pour le plan horizontal et 90° pour le zénith).

A. Introduction 01/04/2017 Le diagramme solaire est une représentation plane en coordonnées locales de la trajectoire du soleil, perçue depuis un point de la surface terrestre.

A. Introduction 01/04/2017

A. Introduction 01/04/2017

A. Introduction 1.3. La notion du temps (TSV, TSM, TU, TL, TC) 01/04/2017 1.3. La notion du temps (TSV, TSM, TU, TL, TC) TSV Angle horaire (H) 6 heures - 90° 12 heures 0° 18 heures +90° 1/ Le temps solaire vrai (TSV). Angle horaire (H) du centre du soleil par rapport à un lieu. Le jour solaire vrai commence au moment du passage, au zénith, du soleil au méridien du lieu. 2/ Le temps solaire moyen (TSM). Les fluctuations du mouvement diurne du soleil dû à l’excentricité de l’orbite terrestre, et à l’obliquité de l’écliptique sont incluses dans une ÉQUATION DU TEMPS (ET). Ce terme est très complexe à déterminer. Le temps solaire moyen (TSM) = TSV + ET 3/ Le temps universel (TU). Le temps moyen universel est choisi conventionnellement. Il correspond au temps moyen du méridien de Greenwich. Le TSV = TSV Greenwich -L Le temps universel (TU) = TSM + L Dans lesquelles L = 0° à 90° vers l’ouest et de 0° à –90° vers l’est. 4/ Le temps officiel ou légal (TL). C’est le temps fixé par l’usage ou la loi. Il correspond à un méridien bien défini. 5/ Le temps civil (TC). Ce temps détermine que le jour commence à minuit et non à midi comme convenu avec le TSV pour le jour solaire vrai. Le TC = TSM +12heures. En Belgique, le Temps Légal est égal au temps civil de Greenwich majoré d’une heure. Pour obtenir le TSV en un lieu, il faut appliquer l’équation suivante : TSV = TL –1 heure + L + ET –12 heures –E Pour obtenir le TSM en un lieu il faut appliquer l’équation suivante : TSM = TL – 1 heure + L –12heures –E Dans lesquelles : E : désigne un facteur de correction horaire dû à la modification de l’heure en été (0 en hiver et 1 en été).

A. Introduction 2. L’insolation, le rayonnement et l’éclairement. 01/04/2017 2. L’insolation, le rayonnement et l’éclairement. 2.1 L’éclairement naturel énergétique

A. Introduction 01/04/2017 exposition énergétique globale par ciel serein sur une paroi orientée et inclinée

A. Introduction 2.3 L’Insolation. 01/04/2017 2.3 L’Insolation. 1/ L’insolation théorique. Elle exprime la durée maximum d’exposition d’une surface au rayonnement solaire. 2/ L’insolation relative C’est un rapport entre la quantité d’insolation effective reçue sur une surface inclinée et orientée et la quantité d’insolation maximum possible sur cette surface. Des valeurs d’insolation relative sont fixées par mois. Elles nous permettent d’établir des prévisions quant aux valeurs mensuelles d’un rayonnement énergétique. Mois J F M A S O N D S/So(%) 23 28 34 39 46 40 41 45 43 35 24 17 2.4 Notions liées au rayonnement solaire.

A. Introduction 01/04/2017 Le rayonnement visible

A. Introduction 3. Le confort visuel 01/04/2017 3. Le confort visuel   L'éclairage, naturel ou artificiel, doit assurer : la visibilité des objets et des obstacles, la bonne exécution des tâches sans fatigue visuelle exagérée, une ambiance lumineuse agréable. Un environnement visuel confortable (donc favorable au travail !) sera obtenu par : Un niveau d'éclairement suffisant Une répartition harmonieuse de la lumière L'absence d'éblouissement L'absence d'ombre gênante Un rendu de couleur correct Une teinte de lumière agréable Un apport d'éclairage naturel

A. Introduction 3.1 Le niveau d'éclairement Visibilité des objets 01/04/2017 3.1 Le niveau d'éclairement c'est la quantité de flux lumineux éclairant une surface, exprimée en lumen par m² ou lux Visibilité des objets Sous un éclairement de 500 lux. Sous un éclairement de 50 lux.

A. Introduction 01/04/2017 Lorsque le niveau d'éclairement diminue, un texte écrit suffisamment grand restera parfaitement lisible, alors qu'un texte écrit petit deviendra plus difficile à lire.

Locaux et tâches visuelles A. Introduction 01/04/2017 voici quelques niveaux d’éclairement en fonction d’activités ou de tâches (art 62 titre II du RGPT) : Locaux et tâches visuelles Eclairement (Lx) Lieux situés à l’extérieur des bâtiments 20 Lieux situés à l‘intérieur des bâtiments : passages, couloirs, escaliers, entrepôts, dépôts, garages 50 Travaux avec une perception légère de détails 100 Travaux avec une perception modérée de détails (assemblage, textiles, découpage de viandes 200 Travaux avec une perception assez poussée des détails  Ateliers de montage, travaux sur machines, travaux de bureaux non continus 300 Travaux avec une perception assez poussée des détails durant de longue périodes : Travaux de routine, bureaux, salle de cours 500 Travaux exigeants demandant une perception très poussée des détails, bureaux de dessin… 700 Travaux de précisions, d’assemblage 1000 Travaux de haute précision 1500

A. Introduction 3.2 La répartition lumineuse (ou le contraste) 01/04/2017 3.2 La répartition lumineuse (ou le contraste) la luminance : c'est la "brillance" d'une surface éclairée ou d'une source lumineuse telle que perçue par l'œil humain, exprimée en candelas par m² (cd/m²). Pour un même niveau d'éclairement au niveau du plan de travail, la première situation est nettement plus agréable que la troisième.

A. Introduction Les peintures 01/04/2017 La distribution de la lumière dans un espace dépend de la répartition des sources lumineuses et de la réflexion des parois Les peintures Couleurs claires moyennes foncées Blanc 0,8 0,7 - Jaune 0,5 0,3 Beige 0,65 0,45 0,25 Vert 0,6 0,12 Gris 0,35 0,2 Rose Brun 0,08 Bleu 0,05 Rouge 0,1 Noir 0,04

A. Introduction 3.3 L'éblouissement 01/04/2017 3.3 L'éblouissement  L’éblouissement direct produit par un objet lumineux (lampe, fenêtre, ...) situé dans la même direction que l’objet regardé ou dans une direction voisine. L’éblouissement par réflexion produit par des réflexions d’objets lumineux sur des surfaces brillantes (écrans d'ordinateur, plan de travail, tableau ...).

A. Introduction 3.4 Les ombres 01/04/2017 3.4 Les ombres Lorsque la lumière provient du côté droit pour les droitiers et du côté gauche pour les gauchers. Lorsque la lumière est dirigé dans le dos des occupants. Avec un éclairage directionnel. Avec un éclairage diffus. Composition correcte des ombres permettant une bonne perception des détails : combinaison d'éclairage direct et diffus. Absence d'ombre effaçant tout relief : éclairage diffus. Ombres dures pouvant modifier l'aspect des objets et donc représenter une source de danger : éclairage directionnel.

A. Introduction 3.5 Le rendu de couleur 01/04/2017 Sélectivité des couleurs émises par le tube fluorescent standard

A. Introduction Eclairement de 300 lux couleur chaude. 01/04/2017 Eclairement de 300 lux couleur chaude. Eclairement de 300 lux couleur froide.

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 1. L’environnement

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 2 Valoriser les différentes composantes de la lumière 1/ Le rayonnement solaire direct (FD). La lumière solaire directe dispense un flux considérable, facile à capter et à diriger. Elle présente une dynamique intéressante (création de reliefs dans le bâtiment) et peut être utilisée en tant qu'énergie thermique. Par contre, le rayonnement solaire direct est souvent une source d'éblouissement et parfois de surchauffe du bâtiment. 2/ Le rayonnement solaire diffus ou rayonnement du ciel (Fd). La lumière diffuse du ciel est disponible dans toutes les directions. Elle suscite peu d'éblouissement, ne provoque pas de surchauffe mais elle peut être insuffisante dans de nombreux cas. En outre, elle crée peu d'ombres et de très faibles contrastes. Une lumière diffuse est donc idéale pour des locaux de travail où il est important d'avoir un éclairage constant, sans source d'éblouissement. La lumière du nord est assurément une lumière diffuse

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 3. La forme des baies et leurs dispositions par rapport au local Comment favoriser l’éclairement lumineux d’un local ? Pour quels locaux ? TOUS les locaux devraient disposer d'un éclairage naturel (sauf archives et locaux techniques). On peut parler de nécessité pour les "locaux de vie" (où les occupants séjournent plusieurs heures par jour) et de souhait pour les sanitaires et les circulations (où les occupants ne font que passer).

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 Ouverture zénithale ou  latérale?   Distribution de lumière très homogène, mais défavorable à la perception du relief. Mise en évidence du relief par l'éclairage latéral,malgré un couloir rectiligne.

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 les apports d'été sont toujours excédentaires au niveau d'une ouverture en toiture.

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 Quelle orientation de la fenêtre latérale ? Les pièces orientées au nord : lumière diffuse Une orientation ouest risque d'éblouissement et surchauffes Les pièces orientées à l'est : soleil le matin mais les rayons sont bas sur l'horizon Une orientation sud entraîne un éclairement important et bénéficient d'une lumière plus facile à contrôler

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 Les dimensions de l'ouverture Le facteur de lumière du jour (FLJ). Exprimé en %, = le rapport entre l'éclairement intérieur sur le plan de travail dans le local, et l'éclairement extérieur sur le plan horizontal, en site dégagé, par ciel couvert. (60% est un bon objectif) L'emplacement de l'ouverture Plus la fenêtre est élevée, mieux le fond du local est éclairé et plus la zone éclairée naturellement est profonde

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 une répartition très uniforme de la lumière dans l'espace ainsi qu'un bon éclairage du fond du local. • une source de lumière au-dessus de la ligne de vision, ce qui réduit les risques d'éblouissement direct. favoriser la pénétration de la lumière naturelle par cette ouverture

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 La forme de la fenêtre L'idéal réside dans une fenêtre horizontale mais dont le linteau est élevé

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 4. Les obstructions. 1/ Les éléments naturels. 1.1/ La nébulosité. 1.2/ Le facteur de trouble T. représente le facteur total d’extinction de l’atmosphère d’air envisagée par rapport à une atmosphère d’air pur et sec. (ex industries) 2/ Les éléments artificiels.

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 2.1/ Les éléments liés au site. Le masque est très important dans les sites urbains 2.2/ Les éléments sélectifs liés à la fenêtre. en fonction du type de vitrage à protéger, de son inclinaison et de son orientation. Des éléments liés au bâtiment lui-même, tels que des murs de refends, des surplombs, des light shelves

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 2.2.1/ Le châssis de la fenêtre. Le châssis fixe sera sans conteste le plus mince mais il empêche le plaisir du contact direct avec l'air extérieur...

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 2.2.2/ Le type de vitrage. Type de vitrage Couleur épaisseur Transmission kf Lumière Energie Châssis bois Châssis métal mm % W/m2.K Simple vitrage clair 4 - 6 90-88 88-86 5 5,9 A Absorbant Vert 6 79 64 Bronze 4 – 6 - 8 60–49-40 68-60-53 Gris 4 – 6- 8 54-41-31 62-52-46 R Réfléchis-sant Clair 43-42-41 59-57-55 4-6-8 26-21-17 45-40-36 Double vitrage 4/12/4 83 3 3,2 6/12/6 81 77 Vert- 70 53 45 51 37 41 R 40à 30 53à 23 R et A 50 à18 38 à 13 1,6 1,9 Triple vitrage 6/12/6/12/6 76 68 2,1

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 2.2.3/ Les éléments joints à la fenêtre. 2.2.3.1/ Les pare-soleil extérieurs

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 2.2.3.2/ L’efficacité des pare-soleil extérieurs.

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 5. Les éléments qui renforcent l’éclairage naturel du bâtiment Le puits de lumière

B.L’éclairage naturel des bâtiments 01/04/2017 Le conduit solaire Le "light shelf"

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