Cahier 5: Conception de l’éclairage Naturel

1. Cahier 5: Conception de l’éclairage Naturel JF ROGER FRANCE- Ph. GRULOOS & J. CLAESSENS

2. A. Introduction 1. Éléments astronomiques et géométriques 1.1 Le mouvement de la terre autour du soleil

3. A. Introduction 1.2 Le mouvement apparent du soleil. L’azimut solaire est l’angle que fait le plan vertical du soleil avec le plan méridien du lieu. On le mesure à partir du Sud, vers l’Est ou vers l’Ouest ( 0° pour le Sud, 180° pour le Nord ). Les lignes verticales du diagramme figurent les angles azimutaux de 10° en 10°. La hauteur du soleil est l ‘angle que fait la direction du soleil avec le plan horizontal. Les lignes horizontales du diagramme figurent les hauteurs angulaires de 10° en 10° au-dessus de l’horizon (0° pour le plan horizontal et 90° pour le zénith).

4. A. Introduction Le diagramme solaire est une représentationplane en coordonnées locales de la trajectoire du soleil, perçue depuis un point de la surface terrestre.

5. A. Introduction

6. A. Introduction

7. A. Introduction 1.3. La notion du temps (TSV, TSM, TU, TL, TC) 1/ Le temps solaire vrai (TSV). Angle horaire (H) du centre du soleil par rapport à un lieu. Le jour solaire vrai commence au moment du passage, au zénith, du soleil au méridien du lieu. 2/ Le temps solaire moyen (TSM). Les fluctuations du mouvement diurne du soleil dû à l’excentricité de l’orbite terrestre, et à l’obliquité de l’écliptique sont incluses dans une ÉQUATION DU TEMPS (ET).Ce terme est très complexe à déterminer. Le temps solaire moyen (TSM) = TSV + ET 3/ Le temps universel (TU). Le temps moyen universel est choisi conventionnellement. Il correspond au temps moyen du méridien de Greenwich. Le TSV = TSV Greenwich -L Le temps universel (TU) = TSM + L Dans lesquelles L = 0° à 90° vers l’ouest et de 0° à –90° vers l’est. 4/ Le temps officiel ou légal (TL). C’est le temps fixé par l’usage ou la loi. Il correspond à un méridien bien défini. 5/ Le temps civil (TC). Ce temps détermine que le jour commence à minuit et non à midi comme convenu avec le TSV pour le jour solaire vrai. Le TC = TSM +12heures. En Belgique, le Temps Légal est égal au temps civil de Greenwich majoré d’une heure. Pour obtenir le TSV en un lieu, il faut appliquer l’équation suivante : TSV = TL –1 heure + L + ET –12 heures –E Pour obtenir le TSM en un lieu il faut appliquer l’équation suivante : TSM = TL – 1 heure + L –12heures –E Dans lesquelles : E : désigne un facteur de correction horaire dû à la modification de l’heure en été (0 en hiver et 1 en été).

8. A. Introduction 2. L’insolation, le rayonnement et l’éclairement. 2.1 L’éclairement naturel énergétique

9. A. Introduction exposition énergétique globale par ciel serein sur une paroi orientée et inclinée

10. A. Introduction 2.3 L’Insolation. 1/ L’insolation théorique.Elle exprime la durée maximum d’exposition d’une surface au rayonnement solaire. 2/ L’insolation relative C’est un rapport entre la quantité d’insolation effective reçue sur une surface inclinée et orientée et la quantité d’insolation maximum possible sur cette surface. Des valeurs d’insolation relative sont fixées par mois. Elles nous permettent d’établir des prévisions quant aux valeurs mensuelles d’un rayonnement énergétique. 2.4 Notions liées au rayonnement solaire.

11. A. Introduction Le rayonnement visible

12. A. Introduction • 3. Le confort visuel • L'éclairage, naturel ou artificiel, doit assurer : • la visibilité des objets et des obstacles, • la bonne exécution des tâches sans fatigue visuelle exagérée, • une ambiance lumineuse agréable. • Un environnement visuel confortable (donc favorable au travail !) sera obtenu par : • Un niveau d'éclairement suffisant • Une répartition harmonieuse de la lumière • L'absence d'éblouissement • L'absence d'ombre gênante • Un rendu de couleur correct • Une teinte de lumière agréable • Un apport d'éclairage naturel

13. A. Introduction 3.1 Le niveau d'éclairement c'est la quantité de flux lumineux éclairant une surface, exprimée en lumen par m² ou lux Visibilité des objets

14. A. Introduction Lorsque le niveau d'éclairement diminue,un texte écrit suffisamment grand restera parfaitement lisible, alors qu'un texteécrit petit deviendraplus difficile à lire.

15. A. Introduction voici quelques niveaux d’éclairement en fonction d’activités ou de tâches (art 62 titre II du RGPT) :

16. A. Introduction 3.2 La répartition lumineuse (ou le contraste) la luminance : c'est la "brillance" d'une surface éclairée ou d'une source lumineuse telle que perçue par l'œil humain, exprimée en candelas par m² (cd/m²).

17. A. Introduction La distribution de la lumière dans un espace dépend de la répartition des sources lumineuses et de la réflexion des parois

18. A. Introduction 3.3 L'éblouissement  L’éblouissement direct produit par un objet lumineux (lampe, fenêtre, ...) situé dans la même direction que l’objet regardé ou dans une direction voisine. L’éblouissement par réflexion produit par des réflexions d’objets lumineux sur des surfaces brillantes (écrans d'ordinateur, plan de travail, tableau ...).

19. A. Introduction 3.4 Les ombres

20. A. Introduction 3.5  Le rendu de couleur Sélectivité des couleurs émises par le tube fluorescent standard

21. A. Introduction

22. B.L’éclairage naturel des bâtiments 1. L’environnement

23. B.L’éclairage naturel des bâtiments 2 Valoriser les différentes composantes de la lumière 1/ Le rayonnement solaire direct (FD). La lumière solaire directe dispense un flux considérable, facile à capter et à diriger. Elle présente une dynamique intéressante (création de reliefs dans le bâtiment) et peut être utilisée en tant qu'énergie thermique. Par contre, le rayonnement solaire direct est souvent une source d'éblouissement et parfois de surchauffe du bâtiment. 2/ Le rayonnement solaire diffus ou rayonnement du ciel (Fd). La lumière diffuse du ciel est disponible dans toutes les directions. Elle suscite peu d'éblouissement, ne provoque pas de surchauffe mais elle peut être insuffisante dans de nombreux cas. En outre, elle crée peu d'ombres et de très faibles contrastes. Une lumière diffuse est donc idéale pour des locaux de travail où il est important d'avoir un éclairage constant, sans source d'éblouissement. La lumière du nord est assurément une lumière diffuse

24. B.L’éclairage naturel des bâtiments 3. La forme des baies et leurs dispositions par rapport au local Comment favoriser l’éclairement lumineux d’un local ? Pour quels locaux ? TOUS les locaux devraient disposer d'un éclairage naturel (sauf archives et locaux techniques). On peut parler de nécessité pour les "locaux de vie" (où les occupants séjournent plusieurs heures par jour) et de souhait pour les sanitaires et les circulations (où les occupants ne font que passer).

25. B.L’éclairage naturel des bâtiments Ouverture zénithale ou  latérale?

26. B.L’éclairage naturel des bâtiments les apports d'été sont toujours excédentaires au niveau d'une ouverture en toiture.

27. B.L’éclairage naturel des bâtiments Quelle orientation de la fenêtre latérale ? Les pièces orientées au nord : lumière diffuse Une orientation ouest risque d'éblouissement et surchauffes Les pièces orientées à l'est : soleil le matin mais les rayonssont bas sur l'horizon Une orientation sud entraîne un éclairement important et bénéficient d'une lumière plus facile à contrôler

28. B.L’éclairage naturel des bâtiments Les dimensions de l'ouverture Le facteur de lumière du jour (FLJ). Exprimé en %, = le rapport entre l'éclairement intérieur sur le plan de travail dans le local, et l'éclairement extérieur sur le plan horizontal, en site dégagé, par ciel couvert.(60% est un bon objectif) L'emplacement de l'ouverture Plus la fenêtre est élevée, mieux le fond du local est éclairé et plus la zone éclairée naturellement est profonde

29. B.L’éclairage naturel des bâtiments • une répartition très uniforme de la lumière dans l'espace ainsi qu'un bon éclairage du fond du local. • • une source de lumière au-dessus de la ligne de vision, ce qui réduit les risques d'éblouissement direct. favoriser la pénétration de la lumière naturelle par cette ouverture

30. B.L’éclairage naturel des bâtiments La forme de la fenêtre L'idéal réside dans une fenêtre horizontale mais dont le linteau est élevé

31. B.L’éclairage naturel des bâtiments 4. Les obstructions. 1/ Les éléments naturels. 1.1/ La nébulosité. 1.2/ Le facteur de trouble T. représente le facteur total d’extinction de l’atmosphère d’air envisagée par rapport à une atmosphère d’air pur et sec. (ex industries) 2/ Les éléments artificiels.

32. B.L’éclairage naturel des bâtiments 2.1/ Les éléments liés au site. Le masque est très important dans les sites urbains 2.2/ Les éléments sélectifs liés à la fenêtre. en fonction du type de vitrage à protéger, de son inclinaison et de son orientation. Des éléments liés au bâtiment lui-même, tels que des murs de refends, des surplombs, des light shelves

33. B.L’éclairage naturel des bâtiments 2.2.1/ Le châssis de la fenêtre.

34. B.L’éclairage naturel des bâtiments 2.2.2/ Le type de vitrage.

35. B.L’éclairage naturel des bâtiments

36. B.L’éclairage naturel des bâtiments 2.2.3/ Les éléments joints à la fenêtre. 2.2.3.1/ Les pare-soleil extérieurs

37. B.L’éclairage naturel des bâtiments 2.2.3.2/ L’efficacité des pare-soleil extérieurs.

38. B.L’éclairage naturel des bâtiments 5. Les éléments qui renforcent l’éclairage naturel du bâtiment Le puits de lumière

39. B.L’éclairage naturel des bâtiments Le conduit solaire Le "light shelf"

40. B.L’éclairage naturel des bâtiments

41. B.L’éclairage naturel des bâtiments

42. B.L’éclairage naturel des bâtiments

43. B.L’éclairage naturel des bâtiments

44. B.L’éclairage naturel des bâtiments