Table des matières
- Comment fonctionne la récupération de la lumière du jour ?
- 1. Définir un objectif d'éclairement pour l'espace
- 2. Mesurer un signal représentatif de la zone de lumière du jour
- 3. Régler la puissance lumineuse électrique
- 4. Réagir aux changements à un rythme approprié
- Exemple de captation de la lumière du jour utilisant 500 lux
- Détection de la lumière du jour en boucle ouverte et en boucle fermée
- Types de solutions d'éclairage à récupération de la lumière naturelle
- Où la récupération de la lumière naturelle est-elle la plus efficace ?
- Comment concevoir et mettre en service un système de récupération de la lumière naturelle
- Combien d'énergie peut-on économiser grâce à la récupération de la lumière du jour ?
- FAQ
Les solutions d'éclairage à récupération de lumière naturelle utilisent des capteurs de luminosité et des commandes automatiques pour adapter l'éclairage électrique aux variations de la lumière naturelle. Lorsque la lumière du jour provenant des fenêtres, des puits de lumière ou d'autres ouvertures contribue à l'éclairage nécessaire d'un espace, le système réduit l'intensité des luminaires de cette zone. À l'inverse, lorsque la luminosité diminue, les luminaires augmentent. Un système correctement mis en service permet de réduire la consommation d'énergie liée à l'éclairage diurne tout en maintenant l'éclairage nécessaire aux activités professionnelles.
Un contrôleur de récupération de la lumière du jour utilise un capteur de lumière pour atténuer la plupart des luminaires dans la zone 1 près de la fenêtre, avec une intensité lumineuse progressivement plus élevée dans les zones 2 et 3.
Le réglage s'effectue par zone d'éclairage . Dans un bureau avec des fenêtres le long d'un mur, la rangée de luminaires la plus proche des fenêtres peut s'atténuer considérablement en milieu de matinée. Une deuxième rangée peut ne s'atténuer que légèrement, tandis que les luminaires plus éloignés dans la pièce conservent leur intensité normale. Le même principe d'adaptation à la lumière du jour s'applique à une salle de classe avec de hautes fenêtres ou à un entrepôt avec des puits de lumière, mais l'emplacement et la taille des zones différeront.
Comment fonctionne la récupération de la lumière du jour ?
Un système de captation de la lumière naturelle comprend trois éléments fonctionnels : un capteur qui détecte la lumière, un contrôleur qui détermine l’éclairage et un circuit de commande ou un relais qui ajuste l’intensité lumineuse. Ces fonctions peuvent être intégrées dans un seul luminaire ou réparties entre plusieurs appareils desservant une pièce ou une zone.
1. Définir un objectif d'éclairement pour l'espace
La conception de l'éclairage détermine la quantité de lumière qui doit atteindre la surface sur laquelle une tâche est effectuée. Cette surface, appelée plan de travail , peut être un bureau, un établi ou le sol d'une zone de circulation. Certaines applications nécessitent également des mesures sur une surface verticale, comme un tableau en classe ou un présentoir en magasin.
L'éclairement se mesure en lux , un lux équivalant à un lumen par mètre carré. Le flux lumineux d'un luminaire, exprimé en lumens, indique la quantité de lumière visible qu'il émet. L'éclairement au niveau du plan de travail dépend également de la diffusion de la lumière par le luminaire, de son emplacement et de la réflexion de la lumière par les surfaces environnantes.
2. Mesurer un signal représentatif de la zone de lumière du jour
Un capteur photoélectrique mesure la lumière dans son champ de vision. Selon sa conception, il peut être orienté vers une ouverture laissant entrer la lumière naturelle ou détecter la lumière réfléchie par les surfaces intérieures. Un capteur fixé au plafond mesure souvent un niveau de lumière différent de celui mesuré sur un bureau situé en dessous. Lors de la mise en service, les mesures effectuées sur le plan de travail permettent de déterminer comment le signal du capteur doit être traduit en une réponse de contrôle.
Le système de contrôle détermine la « dépendance » de chaque luminaire. Cette dépendance établit un lien entre l'éclairement naturel mesuré par le capteur photoélectrique, prédit l'éclairement naturel du lieu de travail, puis détermine le niveau de gradation souhaité pour le luminaire. Le fonctionnement effectif de la gradation en fonction du temps est ensuite basé sur le réglage de dépendance de chaque luminaire et le signal du capteur photoélectrique. McNeil, A., Kohler, C., Lee, ES, & Selkowitz, SE (2014). High Performance Building Mockup in FLEXLAB . Lawrence Berkeley National Laboratory, Report LBNL-1005151, § 4.2.
3. Régler la puissance lumineuse électrique
Les capteurs photoélectriques et les détecteurs de mouvement PIR envoient des signaux à un contrôleur de gestion de la lumière naturelle, qui atténue l'éclairage ou l'allume et l'éteint.
Le contrôleur interprète le signal du capteur en fonction des paramètres de la zone. Il peut réduire progressivement la puissance du driver, sélectionner un niveau de puissance prédéfini ou éteindre l'éclairage lorsque la lumière du jour suffit et que la séquence configurée le permet. Lorsque la zone nécessite davantage d'éclairage électrique, le contrôleur augmente la puissance ou rallume les luminaires.
4. Réagir aux changements à un rythme approprié
Les nuages qui se déplacent rapidement, les ombres fugaces et les reflets peuvent provoquer de brèves variations dans les relevés des capteurs. Le réglage de la vitesse de fondu et des délais permet au système de réagir aux changements continus sans que les lumières ne suivent visiblement chaque fluctuation. Les commandes de commutation peuvent utiliser différents seuils d'allumage et d'extinction, une technique appelée hystérésis , afin de réduire les commutations répétées à proximité d'un seuil.
Exemple de captation de la lumière du jour utilisant 500 lux
Supposons qu'un bureau soit conçu pour un éclairage de 500 lux . Le tableau indique la quantité d'éclairage électrique nécessaire pour ce bureau selon différentes conditions d'éclairage naturel.
| La lumière du jour atteignant le bureau | Éclairage électrique nécessaire | Éclairement combiné |
|---|---|---|
| 50 lux | 450 lux | 500 lux |
| 200 lux | 300 lux | 500 lux |
| 380 lux | 120 lux | 500 lux |
| 530 lux | 0 lux si l'arrêt complet est activé | 530 lux |
Ces données décrivent la lumière atteignant le bureau . Le contrôleur détermine la commande de gradation correspondante en fonction de la réponse du système installé. Une zone configurée pour maintenir une intensité minimale peut continuer à fournir un éclairage électrique minimal dans le dernier cas de figure. Si la lumière directe du soleil rend le bureau inconfortable, des stores, des rideaux ou des vitrages peuvent gérer la lumière naturelle et l'éblouissement.
Détection de la lumière du jour en boucle ouverte et en boucle fermée
Le choix entre la détection en boucle ouverte et en boucle fermée dépend de ce que le capteur photosensible peut observer et de la précision avec laquelle ses mesures reflètent les conditions dans la zone contrôlée.
Les deux systèmes visent un éclairage de 500 lux. La régulation en boucle ouverte mesure la lumière naturelle à la fenêtre, et la régulation en boucle fermée mesure la lumière naturelle plus l'éclairage électrique au niveau du bureau.
| Méthode de détection | Ce que mesure le capteur | Ce qui compte en pratique |
|---|---|---|
| boucle ouverte | Lumière du jour provenant d'une fenêtre, d'un puits de lumière ou d'un emplacement extérieur où les luminaires contrôlés ont peu d'influence sur la lecture. | Le contrôleur utilise une relation calibrée entre le signal de lumière du jour et la lumière attendue au niveau du plan de travail. Vérifiez que cette relation est respectée dans des conditions normales d'ombrage et d'éclairage naturel. |
| boucle fermée | Une combinaison de lumière naturelle et de lumière électrique dans la zone contrôlée, généralement perçue comme la lumière réfléchie par les surfaces de la pièce. | Le contrôleur reçoit des informations en fonction des variations de l'éclairage. Orientez le capteur vers une zone représentative et observez l'influence du mobilier, des reflets et des luminaires environnants sur sa mesure. |
Un capteur en boucle ouverte est performant lorsque la lumière naturelle pénètre par une ouverture constante et que la lumière captée est représentative de la zone contrôlée. Un capteur en boucle fermée offre un retour d'information plus précis pour une zone de travail lorsque sa position et son étalonnage sont appropriés. Par exemple, un capteur pointant vers une zone ensoleillée au sol peut entraîner une baisse d'intensité des éclairages environnants alors que les bureaux nécessitent davantage de lumière. Modifier le champ de vision du capteur ou diviser l'espace en zones plus petites permet de résoudre ce problème.
Types de solutions d'éclairage à récupération de la lumière naturelle
Le contrôle de la sortie et l'architecture du système sont des choix de conception distincts. Un contrôleur de pièce unique peut assurer une variation d'intensité lumineuse continue, tandis qu'un système en réseau plus vaste peut inclure à la fois des zones de variation et de commutation.
| Stratégie de sortie | Comment ça marche | Là où ça s'intègre |
|---|---|---|
| Interrupteur marche/arrêt | Un relais commande un luminaire ou un groupe de luminaires en fonction des seuils d'éclairage et des délais configurés. | Les zones où la lumière du jour fournit régulièrement un éclairage suffisant pour la tâche et où une commutation complète est appropriée. |
| gradation par paliers | Les projecteurs basculent entre des niveaux de sortie prédéfinis, tels que plein, intermédiaire et faible. Une approche similaire consiste à actionner des groupes de projecteurs distincts pour obtenir différents niveaux. | Espaces où des modifications ponctuelles sont acceptables. Lors du changement de bancs de luminaires, vérifiez que les luminaires restants assurent toujours une distribution lumineuse adéquate. |
| gradation continue | Le contrôleur ajuste les pilotes compatibles sur toute leur plage de gradation prise en charge. | Bureaux, salles de classe et autres espaces régulièrement occupés où des changements progressifs contribuent à maintenir des conditions de travail stables. |
Pour une variation d'intensité continue, spécifiez séparément le niveau de sortie stable minimal et le comportement d'arrêt complet . Un pilote peut prendre en charge une variation d'intensité faible tout en nécessitant une fonction de commutation distincte pour éteindre complètement le luminaire. Vérifiez que les luminaires installés varient de manière fluide et constante aux niveaux utilisés par le système.
Pour une petite pièce, un contrôleur local ou un luminaire équipé d'un capteur photoélectrique intégré peut suffire. Pour un projet plus important, il est possible de regrouper les luminaires par pièce, exposition des fenêtres ou distance par rapport à une source de lumière naturelle. Un système adressable, filaire ou sans fil, permet de paramétrer chaque luminaire individuellement et de les regrouper par logiciel. Un système d'éclairage IoT géré de manière centralisée peut également indiquer la fréquence de variation d'intensité lumineuse dans les différentes zones, aidant ainsi les équipes techniques à identifier les zones qui restent constamment éclairées à pleine puissance.
Où la récupération de la lumière naturelle est-elle la plus efficace ?
Les pièces les plus performantes bénéficient d'un éclairage naturel exploitable au niveau du plan de travail, même aux heures où l'éclairage électrique serait allumé . Une pièce dotée de grandes fenêtres peut néanmoins offrir des économies d'énergie limitées si les stores restent baissés, si les bâtiments voisins bloquent la lumière naturelle ou si l'espace est principalement utilisé après la tombée de la nuit. Il est donc important de vérifier l'éclairage naturel aux endroits où les personnes travaillent et sous les stores qu'elles utilisent réellement.
| Espace | Modèle de lumière du jour | Priorité de conception |
|---|---|---|
| Bureaux du périmètre | La luminosité diminue généralement avec la distance par rapport aux fenêtres et varie selon l'orientation de la façade. | Attribuez aux luminaires situés côté fenêtre une commande indépendante. Évaluez une seconde zone où la lumière naturelle pénètre plus profondément dans la pièce. |
| Salles de classe | Les bureaux situés près des fenêtres bénéficient d'un apport de lumière naturelle bien supérieur à celui des bureaux situés à l'autre bout de la pièce. | Vérifiez les relevés à plusieurs pupitres d'élèves et tenez compte des besoins d'éclairage spécifiques aux surfaces d'enseignement. |
| Entrepôts éclairés par des puits de lumière | Les puits de lumière peuvent éclairer de vastes zones, tandis que les étagères hautes créent des ombres localisées. | Disposez les luminaires par groupe en fonction de la répartition de la lumière naturelle au niveau des allées et des plans de travail. Vérifiez les conditions avec la configuration normale des racks en place. |
| Espaces commerciaux | Le vitrage peut éclairer la surface de vente tandis que les présentoirs dépendent encore d'un éclairage d'accentuation électrique. | Identifiez quel éclairage général peut être atténué et évaluez l'éclairage des présentoirs en fonction de son propre niveau d'éclairement vertical et des exigences de marchandisage. |
Une zone d'éclairage naturel doit tenir compte des conditions d'utilisation des luminaires. Deux rangées situées à égale distance d'une fenêtre peuvent nécessiter un contrôle distinct si elles sont orientées différemment ou séparées par une cloison haute. À l'inverse, une disposition régulière des puits de lumière peut permettre d'éclairer des zones plus étendues lorsque les mesures révèlent une répartition homogène de la lumière naturelle.
Comment concevoir et mettre en service un système de récupération de la lumière naturelle
La mise en service transforme un système d'éclairage en système d'exploitation. Un capteur de luminosité et des luminaires à intensité variable constituent le matériel. L'affectation des zones, la position du capteur et les réglages finaux déterminent si le système fournit l'éclairage prévu au quotidien.
1. Cartographiez les zones d'éclairage naturel. Identifiez les fenêtres, les puits de lumière, les obstacles et les surfaces de travail. Utilisez la modélisation de l'éclairage naturel ou des mesures sur site pour déterminer où la lumière naturelle contribue de manière significative. Attribuez les luminaires desservant ces zones aux groupes de contrôle appropriés.
2. Choisissez des emplacements représentatifs pour les capteurs. Vérifiez le champ de vision par rapport aux cloisons, étagères, surfaces brillantes et luminaires contrôlés. Pour un capteur en boucle fermée, assurez-vous que la lumière qu'il capte varie de manière à correspondre à celle de la surface de travail. Pour un capteur en boucle ouverte, vérifiez que la référence de lumière du jour reste pertinente dans des conditions d'ombrage normales.
Un luxmètre mesure l'éclairement près de la fenêtre, et les relevés effectués sur plusieurs surfaces de travail permettent de calibrer les commandes de captation de la lumière naturelle pour l'ensemble de la zone.
3. Procédez à l'étalonnage à l'aide d'un luxmètre. Effectuez des mesures à des points représentatifs du plan de travail une fois les finitions et le mobilier principal installés. Vérifiez que l'éclairage électrique installé atteint l'objectif prévu en cas de faible luminosité ou d'obscurité. Testez ensuite la réponse en présence de lumière naturelle et ajustez le point de consigne ou la sensibilité si nécessaire. Une seule mesure effectuée près d'une fenêtre ne fournit que des informations limitées sur le reste de la zone.
4. Testez toute la plage de fonctionnement. Vérifiez la gradation en fonction de la luminosité ambiante et le rétablissement de celle-ci lorsqu'elle diminue. Si la séquence inclut un arrêt complet, vérifiez le moment où il se produit et la manière dont les luminaires se rallument. Pendant les tests, parcourez les zones adjacentes afin de détecter tout changement inattendu au niveau des groupes de luminaires. Examinez les vitesses de variation et les délais dans des conditions susceptibles d'entraîner des changements rapides.
5. Consignez les réglages et relevés finaux. Conservez le plan de zonage, l'emplacement des capteurs, les valeurs cibles, la puissance minimale, les seuils de commutation et les délais de réponse dans les archives du projet. En cas de réaménagement des locaux (déplacement de cloisons, modification de l'agencement des espaces de travail), ces données serviront de point de départ à l'équipe technique pour le réétalonnage.
En cas de performances insuffisantes, le symptôme peut aider à localiser le problème. Des lumières qui s'atténuent excessivement peuvent indiquer qu'un capteur détecte une surface anormalement lumineuse. Des lumières qui restent allumées en plein jour peuvent indiquer un capteur obstrué, un seuil de consigne trop élevé ou un groupe de luminaires mal configuré. Des variations répétées proches d'un seuil nécessitent de vérifier le délai, l'écart entre les seuils et si le capteur détecte la lumière provenant de luminaires qui viennent de s'allumer ou de s'éteindre. Si la sortie est instable à un niveau de gradation fixe, vérifiez la compatibilité du pilote et le réglage minimal stable.
Combien d'énergie peut-on économiser grâce à la récupération de la lumière du jour ?
Une méta-analyse de 2012 portant sur les systèmes de contrôle d'éclairage commercial a estimé que les stratégies d'éclairage naturel présentaient un potentiel d'économies d'énergie moyen de 28 % selon les études analysées. Pour un projet donné, le résultat dépend de la part de la charge d'éclairage située dans les zones éclairées naturellement, de la fréquence d'utilisation de l'espace pendant les heures d'ensoleillement et de la marge de réduction de la puissance des luminaires permettant de maintenir un éclairage conforme aux exigences.
D’après cette méta-analyse, les meilleures estimations du potentiel d’économies d’énergie moyennes pour l’éclairage sont de 24 % pour la gestion de l’occupation, 28 % pour l’éclairage naturel, 31 % pour le réglage individuel, 36 % pour le réglage institutionnel et 38 % pour une approche combinée. Williams, A., Atkinson, B., Garbesi, K., Page, E., et Rubinstein, F. (2012). Lighting Controls in Commercial Buildings . LEUKOS , 8(3), 161–180.
L'estimation d'un projet commence par une configuration de référence offrant un service d'éclairage comparable. Utilisez les mêmes luminaires et les mêmes heures de fonctionnement pour évaluer l'impact de l'ajout d'un système de contrôle de la lumière naturelle. Mesurez la puissance absorbée ou utilisez des données de comptage validées. Un pourcentage de gradation décrit le réglage du système, et la consommation électrique correspondante dépend du driver et du luminaire.
Par exemple, supposons qu'une zone consomme 0,80 kW en fonctionnement normal et en moyenne 0,48 kW grâce à la récupération de la lumière du jour pendant cinq heures de jour comparables par jour ouvrable. Si ces conditions s'appliquent pendant 250 jours ouvrables, les économies annuelles estimées pour cette zone sont les suivantes :
(0,80 kW − 0,48 kW) × 5 heures × 250 jours = 400 kWh par an
Pour une estimation globale du bâtiment, calculez les économies réalisées dans chaque zone sur des périodes représentatives et additionnez-les. Les mesures effectuées lors d'une semaine ensoleillée et d'une semaine nuageuse peuvent donner des résultats différents, et l'utilisation de l'ombre ou les variations saisonnières peuvent modifier la moyenne. Pour calculer le retour sur investissement d'un projet, appliquez le tarif d'électricité applicable aux économies estimées et tenez compte des coûts d'équipement, d'installation et de mise en service.
FAQ
1. Est-il possible d'ajouter un système de récupération de la lumière naturelle à un système d'éclairage LED existant ?
Oui. Commencez par vérifier si les luminaires existants sont compatibles avec la variation d'intensité et quelle interface de commande leurs drivers acceptent. Si des luminaires compatibles près des fenêtres partagent un circuit avec des luminaires plus éloignés dans la pièce, des commandes adressables ou un regroupement modifié peuvent permettre un contrôle indépendant des luminaires côté fenêtre. Si l'équipement installé ne prend en charge qu'une intensité fixe, la mise à niveau peut impliquer des drivers compatibles, le remplacement des luminaires ou la mise en place d'un système de commutation lorsque cette solution est appropriée et autorisée.
2. Les capteurs de lumière naturelle et les détecteurs de présence peuvent-ils fonctionner ensemble ?
Oui. Les capteurs de luminosité et les détecteurs de mouvement fournissent des informations différentes au contrôleur, et un seul appareil peut intégrer les deux. Dans une salle de réunion, la séquence de détection d'absence éteint les lumières une fois que tous les participants sont partis. Lorsqu'une personne revient et rallume la lumière, la séquence de gestion de la lumière du jour ajuste l'intensité lumineuse au niveau nécessaire dans la pièce. La séquence de contrôle du projet détermine l'interaction entre les paramètres d'allumage automatique, d'allumage manuel et de détection d'absence.
3. En quoi la récupération de la lumière du jour diffère-t-elle de l'éclairage du crépuscule à l'aube ?
Les ampoules à allumage automatique crépusculaire utilisent un seuil de luminosité ambiante pour déterminer le début et la fin de l'éclairage nocturne. Un bâtiment peut combiner les deux systèmes. Par exemple, un parking ouvert peut tamiser les luminaires situés près de ses ouvertures pendant la journée, tandis que les appliques murales extérieures utilisent un système d'allumage automatique crépusculaire pour l'éclairage nocturne.
4. La récupération de la lumière naturelle est-elle exigée par les codes énergétiques du bâtiment ?
Son utilisation peut être obligatoire dans certains espaces. Aux États-Unis, par exemple, la section C405.2.4 du Code international de conservation de l'énergie de 2024 traite des dispositifs de contrôle de l'éclairage général sensibles à la lumière du jour dans les zones d'éclairage naturel admissibles, sous réserve d'exceptions. L'édition adoptée par l'autorité compétente du projet et les éventuelles modifications locales déterminent les définitions de zones, les fonctions de contrôle et les exigences de vérification applicables.
5. La récupération de la lumière du jour peut-elle fonctionner avec un éclairage à blanc réglable ?
Oui, lorsque les luminaires et les commandes permettent un réglage indépendant du flux lumineux et de la température de couleur corrélée (TCC). La commande de lumière du jour gère l'intensité tandis qu'une programmation ou une ambiance sélectionne une lumière plus chaude ou plus froide. Lors de la mise en service, vérifiez l'éclairement du plan de travail avec les réglages de couleur utilisés dans l'espace. Certains luminaires à lumière blanche variable délivrent des quantités de lumière différentes selon que leurs canaux LED chauds et froids modifient leur intensité.
