par De Luminae

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Définition

Soleil intérieur mesure le nombre d'heures par période de temps (par saison, par an, par jour, etc.) pour lesquelles une zone de l'enveloppe intérieure est exposée au soleil en fonction des données météorologiques du site, des caractéristiques micro-urbaines et des caractéristiques géométriques du local et ses ouvertures.

Unité

Heures par zone et par période.

Méthode de calcul

On calcule par simulation pour chaque pas de temps si le rayonnement direct du soleil frappe le point étudié (ou est dans l'ombre). Il y a deux cas : Le rayon traverse la baie (avec ou sans vitrage modélisé) et frappe le point étudié ; Le rayon ne traverse pas l'ouverture, il s’arrête sur la façade extérieure. Lorsque le rayonnement direct frappe le point, le nombre 1 est ajouté au nombre d'heures d'ensoleillement direct, sinon rien n'est ajouté (respectivement pour l'ombre). On obtient, en fin de calcul, le nombre d'heures durant lequel le rayonnement direct a frappé le point considéré sur la période (ou le nombre d'heures pour lequel le point est dans l'ombre).

Données d'entrée

  • Modèle 3D de l’enveloppe du projet avec son environnement micro-urbain,
  • Géométrie 3D du local étudié,
  • Données météo heure par heure (au minimum) du site.

Seuil et/ou références

Les seuils sont très dépendants de l'utilisation des espaces considérés. Ainsi, dans les diverses études que nous avons pu mener, les exigences rencontrées étaient très différentes : Dans des salles de réveil post-anesthésie, les personnels indiquaient qu’ils souhaitaient une lumière naturelle abondante, mais que les rayons directs du soleil n’atteignent pas les patients dans les lits et sporadiquement sur les parois (donc une situation très contrôlée). A l’opposé, dans les logements, les rayons directs du soleil sont appréciés (pour peu que l’on puisse se protéger). Dans une piscine, les rayons directs sont très appréciés des baigneurs, mais les surveillants sont prudents vis-à-vis du soleil direct pour cause de contrastes de luminance qui diminuent la visibilité dans les bassins.

Une référence est le nombre d’heures pour lequel le rayonnement direct du soleil atteint la même surface, mais sans obstruction extérieure. Cela permet d’apprécier la relation ou l’impact de l’environnement sur le projet.

Les règlementations, normes et labels ne parlent pas de la présence de solaire direct à l’intérieur des locaux, à l’exception du souci d’éviter la surchauffe et l’éblouissement (règle moins définie), mais pas en vue d’apporter un agrément. Il existe toutefois une règle du British Standard BS8206-2 :2008 qui parle d’un jugement positif sur la présence du rayonnement direct du soleil dans les espaces intérieurs.

L’indicateur Soleil intérieur donne une information visuelle et chiffrée (la surface de la zone et le nombre d’heures) sur la présence possible du soleil direct à l’intérieur dans le climat donné (qui peut être géré par un complément au vitrage). Les données chiffrées permettent à l’architecte de comparer les projets et les locaux.

Avec ces informations, les organismes en charge peuvent définir quelles seraient les exigences par rapport à ces données quantitatives que l’architecte peut alors obtenir.

Résultats

Pour chaque point, on obtient une valeur : le nombre d'heures durant lequel ce point a été atteint par le rayonnement direct du soleil en fonction des données météo utilisées (ou bien le nombre d'heures durant lequel le point est dans l'ombre en ciel clair). Ces points peuvent être représentés sous forme de "zones" ensoleillées ou de zones dans l'ombre.

Le résultat porte donc 2 informations :

  • La surface des zones de l’enveloppe intérieure qui voit le soleil dans la période,
  • Le nombre d’heures où le rayonnement direct du soleil atteint ces zones.

Il est très important de bien différencier ce résultat avec la « classique » visualisation des ombres/ensoleillement disponibles dans les modeleurs comme Sketchup. Dans Sketchup, une image montre l’ombre et l’ensoleillement à un moment particulier, dans notre indicateur une unique image montre les ombres et ensoleillement pour toute une saison, toute une période ET en fonction des données météo réelles du site.

L’information sur le nombre d’heures d'apparition des zones ensoleillés est donnée ci-dessous : "la zone jaune" est ensoleillée entre 0,78h et 0,89h en moyenne chaque jour de l'été ou de l'hiver. Elles sont de taille différente dans les 2 saisons. 0,78 heure représente 78% d'une heure soit 46 minutes.

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Soleil intérieur en été sur le projet Orsay de AIR, calculs De Luminae

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Soleil intérieur en hiver sur le projet Orsay de AIR, calculs De Luminae

Objectifs et champs d'utilisation

Il s'agit d'un indicateur qui peut être utilisé dans des phases assez amont de la conception d'un projet architectural.

Il ne nécessite comme données d'entrée que l'environnement micro-urbain et un modèle 3D du projet.

Cet indicateur indique donc combien une surface (ou un point) sur l'enveloppe intérieure est impacté par l'ensoleillement direct (ou demeure dans l'ombre). Il fournit donc de l'information : où sont les taches solaires.

Il s’agit d’une information plus précise par rapport à celle de SunExposition, quant à savoir si la surface étudiée doit être protégée, si cette surface peut être utilisée pour profiter de l'effet de serre, si des risques d'éblouissement sont possibles, etc. Ensuite, si des protections sont définies, on peut par comparaison entre les résultats sans et avec protection en évaluer leur efficacité et ce, pour toute période de l'année.

Ainsi, l’utilisation de cet indicateur permet d’évaluer en amont le risque d’inconfort lumineux et de surchauffe, ce qui incite l’architecte à rechercher de bons compléments au vitrage. D’autre part, cet indicateur peut montrer l’agrément dû à la pénétration directe du soleil (dans les limites du confort).

Validation : Logique de l’indicateur

Besoin

La présence de soleil direct dans les espaces intérieurs influent sur 4 aspects : la possibilité de profiter de solaire passif, l’agrément, le risque d’éblouissement et le risque de surchauffe.

Dans la recherche actuelle de confort, d’économie d’énergie, d’écologie et de développement durable, ces 4 aspects sont importants dans le projet.

Il y a donc un véritable besoin à fournir des informations relatives au rayonnement direct du soleil dans les espaces intérieurs.

Réponse au besoin

Soleil intérieur donne de l’information sur les zones à l’intérieur où arrive le rayonnement direct du soleil et sur le temps de cette pénétration. Il répond donc directement au besoin ci-dessus.

Disponibilité / rapidité

Cet indicateur nécessite que les espaces intérieurs soient modélisés ainsi que les baies. En revanche, il n'est pas nécessaire de disposer d'informations sur les caractéristiques optiques des matériaux. Le modèle 3D ne nécessite pas beaucoup de détail, une esquisse est suffisante. Seules les données géométriques sur le projet et le site sont nécessaires.

Cet indicateur est rapide à calculer, il peut donc être utilisé en phase amont et avale.

Validation : fiabilité

Il n'est pas nécessaire de valider la fiabilité de la technique de calcul car celle-ci repose entièrement sur la méthode RD qui est validée. Dans la validation de RD, nous avons montré que l'indicateur était capable de prendre en compte de manière valide les obstructions et les orientations, ce qui est le cas d'un Soleil intérieur.

Suite à la validation de la logique de l’indicateur et de sa fiabilité, cet indicateur est validé.

Ambiances lumineuses en lumière de jour