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
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 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
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
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
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
Mirror Box - Plafond Circulation d air 0.10 m 0.20 m Lampes Mirroirs diffuseur
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
Mirror Box Distribution des luminances 0 180 CIE average 6000 5000 L (cd/m 2 ) 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Altitude ( )
Mirror Box Extérieur Intérieur
Mirror Box - Luxmètres : E, FLJ - Vues intérieures - Distribution des luminances Calcul / mesure du FLJ
Mirror Box Validation des mesures Mesures sur site Mesures sur modèle réduit 16 14 12 10 FLJ (%) 8 6 FLJ : 5% 4 Zone lumière du jour : DF : 3% 2 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Distance à la fenêtre (m)
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
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) ± 10 000 lux E direct (soleil) ± 100 000 lux Système dynamique : Variation de la composante diffuse Variation de la composante directe En fonction du temps (heure et météo)
Ciel artificiel à une lampe Réaliser un pavage de la voûte du ciel Division basée sur le modèle de Tregenza - 145 disques lumineux - pavage - 8 bandes différentes - 68% de couverture
Ciel artificiel à une lampe Modélisation du ciel (voûte) Diverses possiblités A. Dôme complet Encombrement élevé Calibration fastidieuse Entretien lourd Coûteux B. Discrétisation
Dôme complet
1/6 ème de dôme
«Spotlight» 1 rangée de lampes
1 lampe
1 lampe Table tournante
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
Source ciel 1154 mm 1324 mm
Uniformité source ciel
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
Source soleil 2611 mm 2271 mm
Uniformité source soleil
Ciel et soleil artificiel à une lampe Source ciel Source soleil 1.32 m 11 2.61 m 6.8 m Table tournante 6.4 m
Ciel et soleil artificiel à une lampe Sources lumineuses Table tournante
Ciel et soleil artificiel à une lampe Validation des mesures In situ Soleil artificiel 35000 30000 25000 E (lux) 20000 15000 10000 5000 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Distance à la fenêtre (m)
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
Vue intérieure orientation sud 12 h 1 er mai 17 h 1 er mai 15 h 1 er déc.
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
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
Etanchéité à la lumière
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