par De Luminae

La forme de cette présentation est différente des autres, car ce bâtiment test appartient à la société Hexadôme qui ne fait pas partie du projet CLEA et, dans ce cadre, De Luminae a fourni plus de précision sur les résultats des calculs des indicateurs et des remarques.

Tôlerie – HEXADÔME

situé à Luynes

Dans ce test, il s'agit d'étudier le bâtiment industriel de tôlerie de la société Hexadôme. Ce bâtiment est en exploitation depuis plusieurs années et, pour la lumière naturelle, il est quasi exclusivement éclairé par des lanterneaux, ce qui est pour nous est une occasion rare et intéressante.

Il est situé au Luynes, près de Tours.

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Informations obtenues de Hexadôme :
Hexadôme nous a fourni le modèle 3D du bâtiment, des informations sur certains matériaux, deux fichiers de mesures d'éclairement, ainsi que le résultat d'une simulation de FLJ effectuée sous Archiwizard.

Dans notre objectif de vérifier les capacités de calcul de nos prototypes, nous avons calculé 3 indicateurs sur ce projet : le Facteur de Lumière du Jour (donc les éclairements intérieurs), l'autonomie lumineuse en lumière naturelle (indicateur énergétique) et des images en luminance (indicateur CIL).

Nous avons ensuite pu discuter avec Yannick Sutter sur les calculs et leurs résultats, puis avec Hexadôme pour recueillir leurs retours sur les résultats produits, leur intérêt, leur présentation…

C'est naturellement une belle opportunité de pouvoir discuter avec les utilisateurs d'un bâtiment construit et qui connaissent la lumière naturelle.

L'ensemble de ces calculs reposent donc sur nos prototypes CLEA fondés sur la plate-forme de lancer de rayons Radiance.

Les résultats sont présentés de la manière suivante :

QUANTITE DE LUMIERE

CIEL COUVERT :

  • mesures des éclairements par Hexadôme,
  • éclairements calculés par DL (par simulation),
  • comparaisons mesures/éclairement par DL,
  • FLJ calculés et intégrés dans Sketchup par DL,
  • FLJ simulations avec Archiwizard par Hexadôme,
  • Comparaisons CLEA et Archiwizard par DL.

CIEL CLAIR :

  • mesures par Hexadôme,
  • éclairements calculés par DL,
  • "FLJ" simulations par DL.

CIEL COUVERT & CIEL CLAIR :

  • Autonomie
  • Soleil intérieur en été
QUALITE DE LUMIERE

CIEL COUVERT & CIEL CLAIR : Luminances/3 champs de vision

CIEL COUVERT

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Tab H.1 : Tôlerie - mesures des éclairements, ciel couvert (55 000 lux plan horizontal à l'extérieur) –Hexadôme

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Tab H.2 : Ecarts Mesures/Simulations

CIEL COUVERT

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Tab H.3 : Tôlerie - Eclairements intérieurs calculés en ciel couvert/55 000lux - plan horizontal à l'extérieur – par De Luminae. Le tableau Tab H.3 présente les éclairements suivant le même format que les mesures effectuées par Hexadôme.

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Tab H.4

Attention, cette image est inversée par rapport à la présentation du Tab H.3, car les simulations présentent le Nord en haut, donc le point en haut à droite sur le Tab H.3 se trouve en bas à gauche sur l'image Tab H.4. Dans tout le document, il s'agit de la seule image "inversée" car nous souhaitions donner la sortie brute. Naturellement l'intégration en 3D résout cette question. Les chiffres sur l'image ci-dessous ne sont pas "collés" sur l'image, mais apparaissent lorsque l'on clique sur l'image. Il s'agit d'un format d'image particulier issu de la simulation. Ce format est "enrichi" et contient non seulement les informations de niveaux de gris, mais aussi les éclairements quantitatifs issus de la simulation.

CIEL COUVERT

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Tôlerie –Calcul de FLJ en ciel couvert/55 000lux – plan horizontal à l'extérieur – par De Luminae. Tab H.5 : Vue en plan du modèle Sketchup avec FLJ intégré

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Tab H.6 : Vue du FLJ en 3D intégré dans Sketchup, donc manipulable en 3D

Tab H.7 : Palette du FLJ

Cette présentation des FLJ est produite sur la base des éclairements calculés pour un Eh= 55 000 lux à l'extérieur en ciel couvert, comme ce que Hexadôme a marqué pour les mesures.

A savoir que, en ciel couvert dans nos latitudes, Eh (éclairement extérieur sur le plan horizontal sans obstruction) ne dépasse pas 40 000 ou au maximum 45 000 lux. Eh qui dépasse cette limite est considéré produit par un ciel clair. Dans ce cas, en effet les rayons solaires traversent les nuages blancs suffisamment pour que le type de ciel soit classé dans les ciels clairs. Toutefois, nous avons gardé dans nos simulations, exactement, les données sur le climat lumineux que Hexadôme nous a fourni afin de pouvoir comparer les simulations aux mesures.

La correspondance avec les mesures est donc excellente (cf. Tableau de correspondance Tab H.2)

CIEL COUVERT

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Tôlerie – Calcul de FLJ en ciel couvert/55 000lux – plan horizontal à l'extérieur – par Hexadôme sur Archiwizard. Tab H.8 : Simulations faites par Hexadôme sur Archiwizard

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Nous voyons les plages roses qui représentent un FLJ de environ 1,9% à 2%. Ces plages se trouvent au-dessous des lanterneaux – les luminaires de lumière naturelle.
Les mêmes plages en simulations par CLEA (et également détecté par les mesures), montrent des niveaux de FLJ de 2,5% à 3 voire 4%, ce qui met en évidence une grande différence.

Egalement, la zone en bas à gauche est la moins éclairée, soit FLJ les plus petits (les plages roses sont très réduites par rapport aux autres zones) avec Archiwizard.

La même zone en simulations par CLEA (et également détectées par les mesures), montre les niveaux de FLJ les plus élevés (soit les plages roses très répandues par rapport aux autres zones).

En conclusion, les différences dans cette simulation Archiwizard sont considérables et même étonnantes. Dans la discussion avec Hexadôme, il s'est avéré que la simulation Archiwizard devrait être refaite.

CIEL CLAIR

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Tôlerie - Mesures des éclairements en ciel clair (115 000lux sur le plan horizontal à l'extérieur) – Par Hexadôme. Tab H.9

Le tableau H.9 présente les mesures d'éclairement réalisées par Hexadôme en ciel clair (Eh=115000 lux).

Sur la page suivante, les éclairements simulés pour les mêmes conditions avec le prototype de CLEA sont présentés. Les points sont placés comme sur les points de mesure de Hexadôme (cf. tableaux ci-dessous).

On remarque des différences plus importantes qu'en ciel couvert que nous ne pouvons expliquer dans les simulations. Après discussions, plusieurs pistes d'explication sont envisageables : Tout d'abord il est difficile de réaliser des mesures en ciel clair car le ciel peut changer rapidement et donc changer considérablement les mesures à l'intérieur ; de même durant les mesures le soleil a changé de position sur la voûte céleste ce qui joue un rôle; tandis que la simulation est faite, dans tous les points, pour le même type de ciel et pour la même position du soleil. Enfin, et c'est toujours un point important dans les simulations, les données de transmission du rayonnement direct du soleil au travers du lanterneau (2% direct/direct) sont des données approximées par Hexadôme sur la base de son expérience et de certaines mesures :
- pour la transmission de flux diffus la simulation donne les mêmes résultats que les mesures (qui ont été faites dans des conditions extérieures plutôt stables, suite à la discussion) ce qui valide le facteur de transmission de flux diffus des lanterneaux.
- pour la transmission de flux direct, à part les difficultés dans la prise des mesures en ciel clair qui influence leurs précisions, la précision du facteur de transmission de flux direct du soleil à travers le lanterneau n'est peut-être pas parfaite, ou suffisamment correcte. Or, cette donnée est fondamentale dans la simulation et de petites différences de la transmission, peuvent changer les résultats d'éclairement de manière significative.

Il sera intéressant d'investiguer plus en profondeur cette question.

CIEL CLAIR

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Tôlerie - Simulation des éclairements intérieurs en ciel clair/115 000lux - plan horizontal à l'extérieur –De Luminae. Tab H.10

CIEL CLAIR

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Tôlerie – Simulation des éclairements intérieurs en ciel clair/115 000lux - plan horizontal à l'extérieur –De Luminae. Tab H.11

CIEL CLAIR – INDICATEUR SOLEIL INTERIEUR

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Tôlerie –Calcul des heures de pénétration du soleil direct à l'intérieur sur l'été – par De Luminae. Tab H.12 : Vue en plan du modèle Sketchup avec Soleil intérieur intégré

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Tab H.13 Vue de soleil intérieur en 3D intégré dans Sketchup, donc manipulable en 3D

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Tab H.14 : Palette du FLJ

L'indicateur Soleil Intérieur montre la durée de pénétration du rayonnement direct du soleil en nombre d'heures moyenne par jour. Il présente le positionnement des tâches solaires et leur durée d'apparition durant la saison, ici l'été.

En comparant avec les images en luminances, on peut constater que ces "taches" lumineuses n'ont en fait qu'une luminance au maximum 2 fois supérieure aux zones hors tache sur le sol, ce qui montre que le matériau des lanterneaux laisse passer très peu de rayonnement direct en tant que direct.

Il est fondé sur une base de données météorologiques, donc le ciel clair et le ciel couvert sont pris en compte dans le calcul du nombre d'heures de soleil moyen par jour à l'intérieur.

AUTONOMIE LUMINEUSE

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Tôlerie – Calcul de l'autonomie lumineuse de 9heures à 18heures, seuil à 500 lux – par De Luminae

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Tôlerie – Calcul de l'autonomie lumineuse de 9heures à 18heures, seuil à 500 lux – par De Luminae

Simulations faites sur CLEA par De Luminae,

Dans cet indicateur, nous calculons l'autonomie lumineuse en lumière naturelle afin d'apprécier le potentiel du projet (ici de l'éclairage par lanterneaux) pour économiser l'éclairage électrique. Comme pour tous les résultats celui-ci est directement intégré dans le modeleur graphique Sketchup.

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Tôlerie – Calcul de l'autonomie lumineuse de 6heures à 22heures, seuil à 500 lux – par De Luminae

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Tôlerie – Calcul de l'autonomie lumineuse de 6heures à 22heures, seuil à 500 lux – par De Luminae

Dans la discussion avec Hexadôme, il ressort qu'il s'agit là d'un outil qui peut servir d'analyse itérative. Cette première simulation permet de détecter les zones dont les profils sont suffisamment différents pour nécessiter des circuits électriques séparés. On peut alors faire une seconde simulation en considérant ces deux zones et ainsi mesurer des économies d'éclairage.

L'intérêt d'un tel indicateur dans le cas présent est de convaincre le maître d'ouvrage que la présence de lanterneaux apporte un réel plus en termes d'éclairage "gratuit".

CIEL CLAIR

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Tôlerie – Simulation des luminances en ciel clair/115 000lux - plan horizontal à l'extérieur – par De Luminae - champ de vision 1

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Ces images sont données en luminances (cd/m2) et sont une représentation photo-réaliste du lieu. Les rendus en luminance permettent de visualiser l'ambiance lumineuse intérieure. Ils permettent de visualiser la répartition des luminances de façon identique à la répartition sous un ciel naturel.

Les points indiqués (1) avec leur luminance (223.13cd /m²) sont représentatifs d'un îlot de luminance au voisinage qui contient ce point.

CIEL COUVERT

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Tôlerie – Simulation des luminances en ciel clair/10 000lux - plan horizontal à l'extérieur –par De Luminae - champ de vision 1

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Dans la discussion avec Hexadôme, il ressort que ce type d'outil n'est pas actuellement disponible et que le besoin existe car il est utile de pouvoir "faire voir" ce que le projet pourra donner une fois construit. Au-delà de cet aspect subjectif dont il ne faut pas négliger l'importance, ces images permettent de détecter les zones d'inconfort potentiel par détection des contrastes trop importants sur l'image.

CIEL CLAIR

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Tôlerie – Simulation des luminances en ciel clair/115 000lux - plan horizontal à l'extérieur – par De Luminae - champ de vision 2

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Le calcul précis de ces images permet de conclure sur le confort (ou l'inconfort dont les seuils ont fait l'objet de publications), mais aussi sur l'agrément de l'ambiance lumineuse dans le projet. L'agrément est naturellement une notion très subjective. Le premier élément important est de vérifier avec le concepteur du projet que l'ambiance correspond réellement à ses intentions pour le projet. Par exemple, dans ce type de projet, il est important de vérifier que la monotonie a été évitée.

CIEL COUVERT

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Tôlerie – Simulation des luminances en ciel clair/10 000lux - plan horizontal à l'extérieur –par De Luminae - champ de vision 2

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Ensuite, la visualisation précise des contrastes et des dégradés et leur analyse/ interprétation permet également d'informer sur l'agrément dans cet espace.

De la discussion avec Hexadôme, il ressort clairement que l'aspect luminance est le plus délicat car subjectif. En dépit de la multiplicité des points de vue subjectifs, les interprétations de ces images sont possibles sur la base des informations portées par l'image.

CIEL CLAIR

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Tôlerie – Simulation des luminances en ciel clair/115 000lux - plan horizontal à l'extérieur – par De Luminae - champ de vision 3

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CIEL COUVERT

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Tôlerie – Simulation des luminances en ciel couvert/10 000lux - plan horizontal à l'extérieur –par De Luminae - champ de vision 3

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Hexadôme a accueilli positivement les indicateurs que nous lui avons présentés. Il nous a dit que le fait de rester dans le modeleur graphique, tant pour la saisie de données que pour la visualisation des résultats est intéressante, que la précision des calculs est très bonne et que la possibilité de créer des images en luminances et de les analyser est utile.

Hexadôme met aussi l'accent sur l'importance "d'accompagner" ces résultats, c'est-à-dire qu'au-delà de disposer d'un outil comme CLEA, il est tout à fait indispensable de disposer de bonnes connaissances dans le domaine de la lumière naturelle pour pouvoir interpréter ces résultats, les mettre en valeur, les "vendre" à un maître d'ouvrage ou, à tout le moins de le convaincre.

Cela nous renforce tout à fait dans l'intérêt de produire un guide sur l'ambiance lumineuse en lumière du jour qui permette à chacun de se construire sa propre expertise dans ce domaine.

Cela nous montre aussi qu'il faudra réfléchir, suite au projet, à l'aspect formation à l'outil, mais aussi à la lumière naturelle et sa prise en compte dans les projets.

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Positionnement des points de vue pour les trois champs de vision, projet Hexadôme

Ambiances lumineuses en lumière de jour