Ciels et soleil artificiels

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Marc-Antoine Étienne Lapierre
il y a 7 ans
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Energie CSTC Centre Scientifique et Technique de la Construction

1 Ciels et soleil artificiels Ir. Arnaud Deneyer - CSTC Ministère de la Région Wallonne DGTRE Division Energie CSTC Centre Scientifique et Technique de la Construction Division Physique du Bâtiment et Climat Intérieur UCL Université Catholique de Louvain Architecture et Climat

2 3 moyens étudier lumière naturelle Mesures sur site E L-DF -réels Fonction des conditions météorologiques de l utilisation du local Après la construction Simulations informatiques Premier modèle - facile Difficile de simuler parfaitement Images (pas de valeurs réelles)

3 3 moyens pour étudier Mesures sur modèle (1/10 1/100) sous ciel artificiel Overcast sky Mirror Box DF Répartition lumineuse Ciel artificiel (simulateur solaire) Modélisation des différentes positions du soleil Mesures dynamiques sur une année compète Evaluation du comportement

4 Ciel artificiel pourquoi? PC Rapide adaptations et modif Calcul rapide Génération d images Animations Validité des calculs? Non didactique Pas de preception directe Besoin d un modèle 3D Accessibilité : tous, partout Artificial sky Rapide adaptations et modif Calcul rapide Génération d images Animations difficiles Mesures physiques Didactique Perception et expérience Besoin d un modèle Instituts spécialisés

5 Mirror Box Plafond lumineux constitué de lampes TL et d un diffuseur opalin Transmission : 83 % Murs = miroirs Sol - gris ρ = 20 % Où? 11 ciels sur 13 aux USA Building Research Station, UK ENTPE, France +1 CSTC, Belgique

6 Mirror Box 3.62 m 3.32 m 0.83 m 3.22 m 4.53 m 3.32 m 3.62 m 3.31 m 3.62 m 1.4 m 1.6 m

7 Mirror Box - Plafond Circulation d air 0.10 m 0.20 m Lampes Mirroirs diffuseur

8 Mirror Box arrangement TL 101 Tubes TL 36 W 6500 K Chevauchement des têtes (éviter les bandes noires) Longueur utile 1.12 m 0.1 m 0.08 m

9 Mirror Box Distribution des luminances CIE average L (cd/m 2 ) Altitude ( )

10 Mirror Box Extérieur Intérieur

11 Mirror Box - Luxmètres : E, FLJ - Vues intérieures - Distribution des luminances Calcul / mesure du FLJ

12 Mirror Box Validation des mesures Mesures sur site Mesures sur modèle réduit FLJ (%) 8 6 FLJ : 5% 4 Zone lumière du jour : DF : 3% Distance à la fenêtre (m)

13 Mirror Box Temps de mesure relativement court Mesure E intérieur / E extérieur Détermination FLJ Jusqu à 20 points de mesures Images intérieures Noir et Blanc et/ou Couleur Autres configurations aisément mesurables 1 seul type de ciel ciel couvert CIE Développement d un autre type de simulateur

14 Ciel et soleil artificiel à une lampe Nouveau concept de ciel : Modélisation de ciels variables Introduction de l éclairement du soleil En été : E diffus (ciel) ± lux E direct (soleil) ± lux Système dynamique : Variation de la composante diffuse Variation de la composante directe En fonction du temps (heure et météo)

15 Ciel artificiel à une lampe Réaliser un pavage de la voûte du ciel Division basée sur le modèle de Tregenza disques lumineux - pavage - 8 bandes différentes - 68% de couverture

16 Ciel artificiel à une lampe Modélisation du ciel (voûte) Diverses possiblités A. Dôme complet Encombrement élevé Calibration fastidieuse Entretien lourd Coûteux B. Discrétisation

17 Dôme complet

18 1/6 ème de dôme

19 «Spotlight» 1 rangée de lampes

20 1 lampe

21 1 lampe Table tournante

22 Modélisation source ciel 1 lampe = disque lumineux patch Critères 11 d ouverture (depuis la table) Source uniforme Rayonnement diffus E élevé Approximation Disposition hexagonale 91 lampes halogènes 12 V - 50 W 32 d ouverture

23 Source ciel 1154 mm 1324 mm

24 Uniformité source ciel

25 Source soleil 1 lampe Critères Source uniforme Rayonnement parallèle E élevé Approximation Disposition hexagonale 91+4 lampes halogènes 12 V - 50 W 4 d ouverture

26 Source soleil 2611 mm 2271 mm

27 Uniformité source soleil

28 Ciel et soleil artificiel à une lampe Source ciel Source soleil 1.32 m m 6.8 m Table tournante 6.4 m

29 Ciel et soleil artificiel à une lampe Sources lumineuses Table tournante

30 Ciel et soleil artificiel à une lampe Validation des mesures In situ Soleil artificiel E (lux) Distance à la fenêtre (m)

31 Résultats Mesures d éclairement sous : Ciel couvert Ciel variable Soleil uniquement Ciel + soleil + Simulations dynamiques Course du soleil 1 journée (déf pas horaire) Fonction de la date Fonction de la latitude Visualisation intérieure

32 Vue intérieure orientation sud 12 h 1 er mai 17 h 1 er mai 15 h 1 er déc.

33 Ciel et soleil artificiel à une lampe Temps de mesure variable (entre 5 min et 1h15) Mesure E intérieur / E extérieur Détermination FLJ Jusqu à 20 points de mesures Images intérieures Noir et Blanc et/ou Couleur Autres configurations mesurables Diverses configurations de ciel + soleil Simulations dynamiques

34 Conditions sur modèles Limitations Base : 1.1 m x 1.1 m Hauteur : 0.7 m Respect de la géométrie Volume Formes Echelle Respect des coefficients de réflexion Modèle étanche à la lumière

35 Etanchéité à la lumière

36 Développements futurs Visualisation des luminances Vidéo-luminance mètre Couplage Base de donnée Météo Correction du rendu des images Extension de la base de donnée des matériaux Offre étendue d études et analyses Evolution permanente du Guide d aide à la construction des modèles réduits + Guide à l interprétation des résultats

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