Formation Bâtiment Durable : Eclairage : conception et régulation

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1 Formation Bâtiment Durable : Eclairage : conception et régulation Bruxelles Environnement ECLAIRAGE DANS LE TERTIAIRE : Technologie de l éclairage artificiel et focus sur le LED Didier DARIMONT ICEDD

2 Objectif(s) de la présentation Technologie de l éclairage Sensibilisation à l enjeu énergétique Vue d ensemble des avancées technologiques «débroussaillage» de la technologie LED 2

3 Plan de l exposé Technologie de l éclairage 1. Enjeux énergétiques 2. Les lampes et les LED 3. Les auxiliaires et les drivers de LED 4. Les luminaires et les LED 3

4 1. Enjeux énergétiques Logement Eclairage de l ordre de 10 à 20% de la consommation électrique moyenne des ménages Installation efficace possibilité de diviser la consommation par 2 ou 3 Source : pmp 4

5 1. Enjeux énergétiques Tertiaire (bureau, école, ) Consommation plus élevée que le chaud et le froid réunis 5

6 1. Enjeux énergétiques Parking souterrain Expérience d audit de parking de 18 emplacements La consommation du parking est très élevée kwh/an Par voiture cela représente kwh/an 45 % de la consommation électrique d un ménage économe!!! 6

7 1. Enjeux énergétiques Parking souterrain mesure Consommation électrique Economie annuelle Investissement initial TRS Situation existante kwh Relamping Halogènes 20W et 50W par LED 4 W kwh ,7 ans Relighting Lampes à décharges par des lampes fluorescentes kwh ,4 ans Relighting + présence 2760 kwh ,5 ans Tableau d'amortissement Sitex Relamping Relighting Relighting + présence Economie annuelle équivalente à la production de 180 m² de panneaux solaires PV années

8 1. Enjeux énergétiques: classes énergétiques Classe énergétique 8

9 1. Enjeux énergétiques: classes énergétiques Type Puissance W Classe E* Classe E* Classe E* Classe C* Classe B 25 W Classe E* Classe E* Classe E* Classe C* Classe B Incandescente Claire 40 W Classe E* Classe E* Classe E* Classe C* Classe B Second niveau 60 W Classe E* Classe E* Classe C* Classe C* d'exigenc Classe B Réexamen es de fonctionn 75 W Classe E* Classe C* Classe C* Classe C* alité Classe B 100 W Classe C* Classe C* Classe C* Classe C* Classe B Non - claire Classe A Classe A Classe A Classe A Classe A Disponibilité Indisponibilité * Classe E pour les culots 514, 515, 519 (linolites) 9

10 1. Enjeux énergétiques: classes énergétiques 10

11 1. Enjeux énergétiques: classes énergétiques Hallogène Type Puissance Claire 12 V 5 W Classe E Classe E Classe E Classe C Claire 230 V Non - claire Disponibilité Disponibilité réduite Indisponibilité Classe B 10 W Classe E Classe E Classe E Classe C Classe B 25 W Classe E Classe E Classe E Classe C Classe B 40 W Classe E Classe E Classe C Classe C Classe B 60 W Classe E Classe C Classe C Classe C Classe B 75 W Classe C Classe C Classe C Classe C Classe B 100 W Classe C Classe C Classe C Classe C Classe B Second 25 W Classe E Classe E Classe E Classe C Classe B** niveau 40 W Classe E Classe E Classe C Classe C d'exigence Classe B** Réexamen 60 W Classe E Classe C Classe C Classe C s de Classe B** fonctionna 75 W Classe C Classe C Classe C Classe C lité Classe B** 100 W Classe C Classe C Classe C Classe C Classe B** 200 W Classe C Classe C Classe C Classe C Classe B** 300 W Classe C Classe C Classe C Classe C Classe B** 500 W Classe C Classe C Classe C Classe C Classe B** Classe A Classe A Classe A Classe A Classe A ** Classe pour les culots G9 et R7 Extrait E+ 11

12 1. Enjeux énergétiques: classes énergétiques 12

13 1. Enjeux énergétiques: classes énergétiques 13

14 1. Enjeux énergétiques: classes énergétiques Halogène IRC 30W 21 lm/w classe B Fluocompacte avec globe 15 W 47 lm/w classe B 14

15 Plan de l exposé Technologie de l éclairage 1. Enjeux énergétiques 2. Les lampes et les LED 3. Les auxiliaires et les drivers de LED 4. Les luminaires et les LED 15

16 2. Les lampes: Incandesc. et halo. Incandescence et halogènes IRC 100 Faible efficacité lumineuse : 5 30 lm/w Faible durée de vie : < heures Température de couleur : K incandescence et K halogène Fluorescentes IRC Bonne efficacité lumineuse : lm/w Grande durée de vie : > heures Température de couleur : à K Fluocompactes IRC Bonne efficacité lumineuse : lm/w Grande durée de vie : > heures Température de couleur : à K Mise en température très lente pour les ballasts intégrés Ballast intégré Ballast externe 16

17 2. Les lampes: lampes à décharge halogénure ou iodure métalliques IRC Faible efficacité lumineuse : lm/w Bonne durée de vie : > heures Température de couleur : K à K Vapeur de sodium basse pression IRC - Très bonne efficacité lumineuse : lm/w Grande durée de vie : > heures Température de couleur : K 17

18 2. Les lampes : LED IRC Efficacité lumineuse en constante évolution (20 80 lm/w) Durée de vie très élevée (< heures) Température de couleur à K Source : Laborelec 18

19 2. Les lampes : LED Bref rappel théorique! Suivant la polarité appliquée à la LED, il y a émission ou pas de photon Suivant les impuretés des semi-conducteurs de la LED, la couleur émise est différente mais monochromatique Source E+ 19

20 2. Les lampes : LED Bref rappel théorique! Comment faire de la lumière blanche? Par la combinaison de plusieurs LED sur un seul support Par le recouvrement d une LED bleu par une couche de phosphore +- dense aspect jaune caractéristique Source E+ 20

21 2. Les lampes : LED Bref rappel théorique! Le binning pour avoir un lot de LED de caractéristiques identiques Tri selon la couleur Tri selon le flux lumineux Tri selon la tension directe CCT Ellipse de MacAdam 21

22 2. Les lampes : LED Affirmation : les Leds sont froides en température! Un radiateur est nécessaire pour refroidir la lampe! Plus la LED est puissante, plus elle chauffe! 22

23 2. Les lampes : LED Affirmation : la durée de vie d une LED est supérieure à h 23

24 Les lampes : LED Affirmation : la durée de vie d une LED est supérieure à h Source : ETAP 24

25 Les lampes : LED Applications : nécessité d évacuer la chaleur Le design de la lampe peut paraître spécial Restriction sur la position de la lampe dans le luminaire Source : Philips Radiateur : efficacité si tête en bas? 25

26 2. Les lampes : LED Applications Luminaire à tube LED 80 lm /W Durée de vie (> heures) Rendement du luminaire 100% Facteur de maintenance plus élevé (pas de réflecteur qui s encrasse) Image technologique graduable Attention en relighting : le remplacement d un tube fluo par un tube LED risque de changer le rendement et la photométrie du luminaire Philips Lighting 26

27 2. Les lampes : LED Applications Spot Downlight Remplace lampes fluocompactes Eclairage de sécurité Eclairage extérieur 27

28 2. Les lampes : LED Rentabilité des LEDs : remplacement halogène par LED Nombres d'heures d'allumage 2500 heures Coût de remplacement d'une ampoule 3 Tarif électricité 0,15 /kwh 28

29 Plan de l exposé Technologie de l éclairage 1. Enjeux énergétiques 2. Les lampes et les LED 3. Les auxiliaires et les drivers de LED 4. Les luminaires et les LED 29

30 3. Les auxiliaires : TL Ballast Source : E+ Electronique <> Ferromagnétique Moins de pertes au niveau du ballast (de l ordre de 20 % de réduction ) Durée de vie du ballast et de la lampe plus important Pas de flickering, effet stroboscopique Possibilité de dimming 30

31 3. Les auxiliaires : TL Classification des ballast (source CELMA) -20% T8 Interdit à la vente EEI INDEX Description Total System Power B2 magnetic ballasts with low losses <= 43 W B1 magnetic ballasts with very low losses <= 41 W A3 electronic ballasts <= 38 W A2 electronic ballasts with reduced losses <= 36 W A1 dimmable electronic ballasts 38/19 W (at 100% - 25%) 31

32 3. Les auxiliaires : TL Classification des ballast (source CELMA) T8 T5 32

33 3. Les auxiliaires : drivers LED Critère de qualité Durée de vie = durée de vie de la LED Rendement du converseur AC/DC > 85% Cos φ le plus proche de 1 Attention aux harmoniques Mode de pilotage Source : E+ Tension fortes variations du courant dans la jonction = danger Courant flux lumineux proportionnel au courant Courant réglage facile de chromatique 33

34 3. Les auxiliaires : drivers LED Pilotage PWM (Pulse Width Modulation) LED peu sensible à ce mode de pilotage Permet de réaliser un dimming La performance du driver est influencée par le dimming Driver intégré ou pas dans la lampe Attention à l évacuation de la chaleur Source : E+ Source : Philips 34

35 Plan de l exposé Technologie de l éclairage 1. Enjeux énergétiques 2. Les lampes et les LED 3. Les auxiliaires et les drivers de LED 4. Les luminaires et les LED 35

36 4. Le luminaire Rendement du luminaire: η = F / PHIS Code flux N1 N2 N3 N4 N5 F = flux émis par le luminaire PHIS = flux émis par l ensemble des lampes du luminaires Source : CSTC 36

37 4. Le luminaire Code flux Rendement du luminaire.n5 = F / PHIS F = flux émis par le luminaire PHIS = flux émis par l ensemble des lampes du luminaires Flux lumineux FC1 FC2 FC3 FC4 F Angle du cône α 41, , Source : CSTC 37

38 4. Le luminaire Code flux Composant directe du flux lumineux N4 = FC4 / F FC4 = flux émis par le luminaire dans angle de 90 F = flux émis par le luminaire Flux lumineux FC1 FC2 FC3 FC4 F Angle du cône α 41, , Source : CSTC 38

39 4. Le luminaire Code flux Composant directe du flux lumineux N2 = FC2 / FC4 FC2 = flux émis par le luminaire dans angle de 60 FC4 = flux émis par le luminaire dans angle de 90 Flux lumineux FC1 FC2 FC3 FC4 F Angle du cône α 41, , Source : CSTC 39

40 4. Le luminaire Code flux Source : CSTC 40

41 4. Le luminaire Rendement du luminaire? Surface lisse en polycarbonate Surface microstructurée en plexiglas Surface microstructurée en plexiglas saillie 10 mm Optiques paraboliques +57 % +35 % η = 54 % η = 60 % η = 73 % η = 85% 41

42 4. Le luminaire distribution lumineuse? Direct - 14% Direct - 38% Direct - 66% Direct - 100% Images réalisées à l aide du logiciel Dialux 42

43 4. Le luminaire distribution lumineuse? 43

44 4. Le luminaire LED LED <> lampe LED <> Luminaire LED Puce (ou chip) LED Lampe LED (sélection par binning) Module LED (sélection par binning) Luminaire LED (sélection par binning) Critère d un bon luminaire Même caractéristique de LED Esthétique attrayante Évacuation de la chaleur efficace Durée de vie élevée 44

45 4. Les lampes : LED Application : c est la combinaison du LED et du luminaire qui est efficace 45

46 4. Le luminaire LED Caractéristiques des lampes et luminaires LED Durée de vie variable en fonction de l environnement 46

47 4. Le luminaire LED Caractéristiques des lampes et luminaires LED Efficacité (lm/w) prometteuse Source : E+ 47

48 4. Le luminaire LED Caractéristiques des lampes et luminaires LED Aspect optique : taille des LED très petite association avec lentille, diffuseur et réflecteur pour couvrir les gammes classiques de luminaire (intensif, extensif, ) Risque d éblouissement (acceptable : entre 1 et Cd/m² vu sous un angle > 65 ) Type de lampe Luminance (Cd/m²) Fluo linéaire T Fluo linéaire T Fluo compact LED nue Soleil

49 4. Le luminaire LED Caractéristiques des lampes et luminaires LED Réduction de la luminance par une lentille Diffusion de la lumière douce 49

50 Ce qu il faut retenir de l exposé Les consommations d éclairage peuvent représenter un poste important dans les bâtiments performants intérêt à soigner la conception et le choix des systèmes ECL (5-6 W/m²) Évolution irrémédiable vers les LED actuellement de 80lm/W durée de vie heures nombre d allumages très important Peu de sensibilité au froid Attention, qu avec la venue du LED, le luminaire reste un système d éclairage et pas purement un système électronique En relighting, attention au changement du flux et de la photométrie des LED par rapport au TL 50

51 Outils, sites internet, etc intéressants : Guide-conseil pour la conception énergétique et durable des logements collectifs pour le maître d ouvrage, Bruxelles Environnement, Une étude d analyse de cycle de vie de différentes lampes : Verlichting vergeleken, CE Delft, mai Le site Energie+ ou un outil d aide à la décision énergétique : Publications du CSTC : Sites des fabricants à consulter en matière de performance des lampes, des auxiliaires, des luminaires, 51

52 Références Guide Bâtiment Durable et autres sources : Guide Bâtiment Durable: Info fiche énergie ENE01- optimiser l éclairage artificiel 52

53 Contact Didier DARIMONT Fonction(s) : Responsable Projet ICEDD Boulevard Frère ORBAN, NAMUR : 081/ didier.darimont@icedd.be 53