par De Luminae

Cet indicateur montre la consommation d’énergie électrique pour l’éclairage du projet.

Watt / m^²

Il s’agit d’un calcul par local ou d’une sommation des résultats à l’échelle du projet. Le résultat est ensuite divisé par la surface étudiée. Lorsque la lumière naturelle n’est plus suffisante, on considère que la lumière artificielle est utilisée. On calcule à chaque heure si, dans différentes parties du local, les éclairements en lumière naturelle sont suffisants ou non. Ensuite, les heures avec éclairements naturels insuffisants sont associées à une consommation électrique correspondant à une heure d’éclairage du local. Ce résultat est fondé sur le calcul de l'autonomie lumineuse.

Nous nous adaptons donc à la pratique des Bureaux d’Etudes qui disposent d’outils avancés pour les calculs de consommations énergétique pour l’éclairage : le fonctionnement correspond à des locaux dans lesquels des sondes seraient présentes pour détecter l’occupation et les niveaux d’éclairement ; Lorsque la sonde détecte que l’espace est occupé ET que le niveau d’éclairement est trop faible, alors l’éclairage électrique est utilisé. Dans le projet en conception, cela se traduit par un profil d’occupation (modifiable) et par une simulation des éclairements lumineux dans les espaces. Lorsque, pour chaque pas de temps, le profil d’occupation prévoit que l’espace est occupé ET que la simulation indique que l’éclairement lumineux est insuffisant, alors l’éclairage électrique est utilisé, donc une consommation conventionnelle (8w/m² ici modifiable) est comptabilisée. Ensuite, différentes règles peuvent être utilisées pour calculer la consommation par local pour considérer différents cas de figure avec plusieurs interrupteurs par exemple.

Cet indicateur complexe repose sur plusieurs hypothèses pour lesquelles nous proposons des valeurs par défaut modifiables par l’utilisateur :

• Fonction du local : Cette fonction définit un profil d’occupation, c’est-à-dire des heures durant lesquelles le local est en usage et donc doit être éclairé suffisamment. On considère qu’on n’éclaire pas un local non utilisé. Il s’agit donc heure par heure de déterminer si le local est utilisé ou non. Il s’agit là déjà d’une pratique courante dans d’autres domaines techniques (ventilation, thermique, etc.).
• Fonction du local : La fonction du local fait varier le seuil minimal à partir duquel il est nécessaire d’utiliser l’éclairage artificiel comme appoint. Des seuils existent dans divers documents, principalement des normes. Celles-ci ont été largement conçues pour l’éclairage artificiel et il y a encore débat sur ces valeurs en éclairage mixte ou naturel. Nous proposons une valeur par défaut à 300 lux (modifiable) pour les bureaux.
• Technique de calcul : Nous nous fondons sur les techniques de calcul utilisées pour calculer l’autonomie lumineuse. Plusieurs méthodes de calcul d’autonomie lumineuse existent dans la pratique d’énergétique, et aucune ne se détache réellement actuellement. Nous proposons d’implanter les différentes méthodes (cf. rapport 3 p. 108) car elles correspondent toutes à une certaine réalité d’usage. Il est à noter que les différentes méthodes donnent des résultats bien différents et il est du ressort du concepteur, du BET, du maître d’ouvrage, du prescripteur de déterminer la méthode la plus adaptée pour le projet (avant qu’une référence n’existe). L’ensemble de ces détails techniques existant déjà dans la littérature, nous ne les reprenons pas ici (cf. rapport 1, état de l’art). Elles calculent toutes, heure par heure par simulation les éclairements dans les différents points d’analyse. Le résultat obtenu est donc très précis, ce qui nous fournit une base très fiable pour la suite des calculs.
• Zonage : En éclairage électrique, il est possible de définir plusieurs zones pouvant être allumées séparément dans les espaces. Par exemple, une zone près de la fenêtre a besoin d’éclairage artificiel beaucoup plus tardivement qu’une zone au fond. La présence de 2 zones permet donc d’allumer plus tôt la zone du fond et donc d’économiser l’énergie de la zone près de a fenêtre. Cela a naturellement une influence importante sur les consommations. Dans le cas multi-zones pour un local, une difficulté dans les calculs provient du fait que l’utilisation de la lumière électrique dans une zone a une influence sur les éclairements dans la ou les autres zones. Il n’existe à notre connaissance pas de méthode utilisable en pratique (suffisamment rapide) capable de prendre en compte cette interdépendance. Nous proposons de ne pas prendre cette interdépendance en compte dans les calculs avant d’avoir abouti à une technique adaptée. Le résultat (la consommation électrique pour l’éclairage) sera donc légèrement surestimé de ce fait.
• Calcul de consommation : Suite à la détermination des nombres d’heures par local avec éclairage artificiel, nous adoptons la règle courante consistant à appliquer une consommation conventionnelle en Watt par mètre carré (modifiable par l’utilisateur) pour la surface du local.

Les données d’entrée nécessaires pour ce calcul sont :

• Modèle 3D d’enveloppe du projet avec son environnement micro-urbain,
• Géométrie 3D du local étudié,
• Données météo heure par heure (au minimum) du site,
• Caractéristiques optiques des matériaux opaques et transparents,
• Seuil d’éclairement en deçà duquel la lumière artificielle doit être utilisée (valeur par défaut possible),
• Méthode de calcul de l’autonomie (valeur par défaut possible),
• Consommation électrique en watt par mètre carré (valeur par défaut possible),
• Zonage éventuel (1 ou 2 zones),
• Profils d’occupation (valeur par défaut possible).

Les seuils font l’objet d’études et de recherches dans différentes institutions au plan international. Actuellement, BREEAM recommande un seuil de 2650 heures à 200lux en éclairement naturel pour décider de l’autonomie. Il ne s’agit toutefois pas d’un seuil validé au plan international. En France, le seuil de 300lux est globalement mis en avant dans les travaux et discussions, nous le proposons par défaut.

Pour la prévision de la consommation énergétique, celle-ci dépend beaucoup du seuil précédent.

Le résultat est un nombre par local ou par sommation pour tout le projet. Il est exprimé en watt par mètre carré afin de permettre des comparaisons de projets de taille différente, mais de fonctions et d’occupation proches. Il est fondé sur le calcul de l'autonomie lumineuse.

L'autonomie d'un local est donnée en pourcentage du temps où le point calculé a un éclairement naturel suffisant, supérieur à un seuil, par rapport au temps d'occupation du local. Les points calculés sont regroupés dans les zones. Ainsi, si une zone a un éclairement naturel suffisant égal au temps d'occupation du local alors l'autonomie lumineuse est de 100%. Par exemple sur le résultat d’autonomie lumineuse pour le projet test d’Orsay ci-dessous, la zone orange a une autonomie entre 80% et 90%, donc nécessite un éclairage électrique comme appoint de 10% à 20% du temps.

Le calcul de l’indicateur Energétique se fonde directement sur ce résultat.

Autonomie Lumineuse pour le projet Orsay C. Hanappe, calculs De Luminae

Besoin

L'éclairage artificiel contribue de manière importante à la consommation énergétique des bâtiments en particulier dans le secteur tertiaire. Il est le second, voire parfois, le premier poste de consommation énergétique dans les bâtiments.

Il existe un besoin clair de maîtriser cette consommation et donc de pouvoir l’évaluer pour mieux gérer l’utilisation de la lumière naturelle et ainsi apprécier (enfin !) la contribution de l'éclairage naturel à la diminution des consommation énergétiques.

Réponse au besoin

L’indicateur que nous proposons évalue la consommation énergétique prévisionnelle. Il répond donc directement au besoin.

Il est fondé sur la notion d’autonomie lumineuse en éclairage naturel afin de prendre en compte les situations d’éclairage mixte et naturel et non pas seulement l’éclairage artificiel, ce qui permet de prendre en compte les « efforts » des concepteurs pour la durabilité de leurs bâtiments et pas seulement les « efforts » des producteurs de lampes.

Comme il ne dépend pas de l’installation électrique elle-même (utilisation de valeurs par défaut de consommation conventionnelle), il caractérise la qualité du projet architectural et sa capacité à utiliser la lumière naturelle pour s’éclairer.

Disponibilité / rapidité

Cet indicateur nécessite de nombreuses informations : l'ensemble des espaces doivent être modélisés, les matériaux doivent être connus, la politique d'éclairage artificiel doit être suffisamment déterminée pour connaître avec une bonne approximation le nombre d'interrupteurs dans les locaux (zonage), ainsi qu'une approximation de la consommation d'énergie électrique par mètre carré (si on n’utilise par la valeur par défaut).

Les calculs sont relativement longs du fait de la nécessité de faire le calcul pour toutes les heures de l'année. Il existe toutefois des techniques d'optimisation de ces calculs que nous avons mises en place, sans toutefois diminuer la précision ni la fiabilité de calcul. Le temps de calcul de l'indicateur est donc de quelques minutes à quelques dizaines de minutes en fonction de la taille du projet.

Les techniques de calcul de l'autonomie lumineuse ont déjà fait l'objet de nombreuses validations puisqu'il s'agit d'être capable de calculer des éclairements dans différents points des locaux.

Ces techniques de calcul sont largement validées. Pour notre part, nous avons développé un cœur de calcul d’éclairement heure par heure pour déterminer les autonomies qui est aujourd’hui officiellement distribué dans le logiciel Pleiades-Comfie. Nos techniques sont donc largement validées.

Au-delà du calcul de l’autonomie, le calcul de la consommation (avec les hypothèses que nous avons prises) relèvent de simples calculs arithmétiques (nombre d’heures de non-autonomie en éclairage naturel multiplié par la valeur de la consommation horaire par mètre carré).

Suite à la validation de la logique de l’indicateur et de sa fiabilité, cet indicateur est validé au niveau de l'état de l'art actuel, tout en étant conscient que différents progrès restent à faire pour la poursuite du développement de cet indicateur.