Eclairage mixte : LEDs et lumière naturelle

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Danièle Bonin
il y a 7 ans
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1 Projet ADEME Bâtiment à l Horizon 2010 Eclairage mixte : LEDs et lumière naturelle «Analyse et conception de tubes de lumière associés à des LEDs pour optimiser la mixité entre l éclairage artificiel et l éclairage naturel des bâtiments» Oana Dobre, Gilbert Achard, Jean-Louis Lovato, Alain Perrin Les rencontres du PREBAT 1

2 1. Contexte de l étude Réaliser des économies d énergie par la valorisation du gisement lumineux naturel et de lampes basse consommation (LED) Capteur lumière naturelle Fenêtre P >1,5h Tube opaque de transport Equipement de Faux-plafond lumière artificielle Tube diffusant h Solution déjà existante : Puits de lumière Solution L éclairage proposée à naturel LEDs: contribue des Complémentarité bâtiments à une bonne est Tubes de lumière efficacité entre inefficace éclairage énergétique pour naturel les horizontaux et pièces éclairage profondes artificiel Inconvénients = - perçage des dalles - difficulté de respecter la réglementation incendie P/3 P/3 P/3 vue longitudinale 2

3 2. Objectifs de l étude Étudier la faisabilité et construire un système d éclairage innovant qui associe éclairages naturel et artificiel; Évaluer l impact de la complémentarité entre l éclairage naturel et l éclairage artificiel sur la thermique d un bâtiment (économies d énergie). 3

4 3. Déroulement de l étude Étude du gisement lumineux naturel Dimensionnement d un système d éclairage innovant a Données satellite Météostat b Tubes de lumière, LEDs Construction et optimisation du démonstrateur Évaluation de l impact de la complémentarité des éclairages sur la thermique d un bâtiment c Étude d éclairage et mesures Conception de la régulation d Logiciel TRNSYS 4

5 3.a. Étude du gisement lumineux naturel Modèle de l efficacité du système Besoin : 450 lux Système d éclairage innovant e e système système = = 2% E H plan utile E V façade Eclairement global moyen au sol [klux] ,8 40 0,6 30 0,4 20 0, Zone d autonomie Zone d économie heure solaire heure solaire Eclairement global moyen annuel en façade SUD [klux] Plage d exploitation potentielle du système L éclairement direct est dû au soleil. L éclairement diffus est dû à la voûte céleste. Eglobal = Edirect + Ediffus 5

Mélangeur réflecteur 3x1m² 3m 4m Simulation APILUX plan

6 3.b. Dimensionnement du système Solution étudiée E vertical moyen lux Tube opaque Barrettes de LEDs Mélangeur réflecteur 3x1m² 3m 4m Simulation APILUX plan utile Emoyen = 480 lux [mm] simulation esystème = 2,4% [lux] 6

7 3.b. Dimensionnement du système Approche analytique d ρ P L θ m Barrettes de LEDs ( L d ) ta n θ e m TO = p Tubes opaques ρ Tube triangulaire Diffuseur transparent Entrée des tubes opaque Tube parallélépipédique L 1 ρ P e r = e e mélangeur tube parallélepipédique tube triangulaire diffuseur e = 2,3% calcul système ρ ( L1 2 r ) tanθ e tube parallélepipédique = θ P dk l ρ P θ e tube trianglulaire = ρ P e mesures n l tanθm 1 d k = 1 k 7

8 3.b. Dimensionnement du système Validation de l étude par mesures photométrique sur maquette mélangeur tubes opaques Mesures photométriques au luxmètre diffuseur Distribution uniforme au sol de la lumière diffusée par le système Maquette à l échelle 1/5 mesure maquette esystème = 2,4% 8

9 3.c. Construction et optimisation du système Les étapes Réalisation des tubes de lumière Assemblage des tubes par cerclage Mise en place des tubes de lumière Réalisation de l éclairage à LEDs blanches (chaudes et froides) Pose du diffuseur Installation de l héliostat 9

10 3.c. Construction et optimisation du système Capture de la lumière naturelle en façade Héliostat de type anidolique des Entrée des tubes Dôme en plexiglas Miroir basculant Dôm Plex Miroir m 10

11 3.c. Construction et optimisation du système Interfaces de contrôle Interface UTILISATEUR Interface CONFORT Max Chaude Min Froide Température de couleur Flux 11

Distribution du flux Variation de l indice de rendu des

12 3.c. Construction et optimisation du système Mesures en grandeur réelle Caractérisation du luminaire : LEDs Distribution du flux Variation de l indice de rendu des couleurs IRC bon % LEDs blanches froides 1000lux IRC % LEDs blanches chaudes mauvais 12

paysagers de référence 18 cellules élémentaires 303 m 2 Sud D é g a g e m e n t 8 m

13 3.d. Étude de l impact sur la thermique d un bâtiment Choix du bâtiment de référence Zone de simulation TRNSYS Surface de bureaux paysagers de référence Surface de bureaux paysagers de référence 18 cellules élémentaires 303 m 2 Sud D é g a g e m e n t 8 m Maille élémentaire de 69,14 m 2 8,6m 8,60 m 2,68 m 6.28 m Cellule élémentaire m 2 Nord 13

14 3.d. Étude de l impact sur la thermique d un bâtiment Choix du référentiel Deux cas étudiés sous TRNSYS 16 : Éclairage fluorescent variable Bâtiment 0h 8h 19h 23h Éclairage LED variable + TUBEs de lumière Bâtiment 14

15 3.d. Étude de l impact sur la thermique d un bâtiment Bilan comparatif Consommation énergétique du chauffage / de la climatisation / de l éclairage simulations sous TRNSYS 16 66,9 68,7 48,6 41,6 28,9 5,5 145,4 115, STORE - CONSIGNE VISUEL 58,6 64,2 64,2 51,5 27,2 4,8 3% 15% 80% 5% d augmentation sur la consommation du chauffage (QHEAT) ; 20% d économie sur la consommation de la climatisation (QCOOL) ; 80% d économie sur la consommation de l éclairage (QLIGHTING). 15

16 4. Conclusion Le démonstrateur grandeur réelle est opérationnel pour effectuer des caractérisations Sur notre cas d étude, l impact du système sur la consommation électrique globale annuelle peut atteindre 20% d économie 16

17 5. Perspectives Établir des règles d ingénierie du système ; Réaliser une étude technico économique du système ; Évaluer l impact de la complémentarité des éclairages naturel et artificiel à LEDs sur le confort visuel ; Valider l ergonomie de l interface de commande du système. 17

18 Merci pour votre attention 18

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