Éclairage naturel

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L’éclairage naturel consiste à placer les fenêtres, les puits de lumière, les autres ouvertures et les surfaces réfléchissantes de façon à ce que la lumière du soleil (directe ou indirecte) puisse fournir un éclairage intérieur efficace. Une attention particulière est accordée à l’éclairage naturel lors de la conception d’un bâtiment lorsque l’objectif est de maximiser le confort visuel ou de réduire la consommation d’énergie. Des économies d’énergie peuvent être réalisées grâce à une utilisation réduite de l’éclairage artificiel (électrique) ou du chauffage solaire passif. La consommation d’énergie de l’éclairage artificiel peut être réduite en installant simplement moins de lumières électriques là où il y a de la lumière du jour ou en atténuant/éteignant automatiquement les lumières électriques en réponse à la présence de lumière du jour – un processus connu sous le nom de récolte de lumière naturelle.

La quantité de lumière du jour reçue dans un espace intérieur peut être analysée en mesurant l’éclairement sur une grille ou en effectuant un calcul du facteur de lumière du jour. Les programmes informatiques tels que Radiance permettent à un architecte ou à un ingénieur de calculer rapidement les avantages d’une conception particulière. La réponse de l’œil humain à la lumière n’est pas linéaire, de sorte qu’une répartition plus uniforme de la même quantité de lumière rend une pièce plus lumineuse.

La source de toute la lumière du jour est le Soleil. La proportion de lumière directe à diffuse influe sur la quantité et la qualité de la lumière du jour. La  » lumière solaire directe  » atteint un site sans être dispersée dans l’atmosphère terrestre. La lumière diffusée dans l’atmosphère est diffusée de jour. La lumière réfléchie par le sol contribue également à la lumière du jour. Chaque climat a une composition différente de ces lumières du jour et une couverture nuageuse différente, de sorte que les stratégies d’éclairage naturel varient selon l’emplacement du site et le climat. Il n’y a pas de lumière solaire directe sur le mur du côté polaire (mur nord dans l’hémisphère nord et mur sud dans l’hémisphère sud) d’un bâtiment de l’équinoxe d’automne à l’équinoxe de printemps aux latitudes nord du tropique du Cancer et sud du tropique du Capricorne.

Traditionnellement, les maisons étaient conçues avec un minimum de fenêtres du côté polaire, mais des fenêtres plus grandes et plus nombreuses du côté équatorial (mur orienté sud dans l’hémisphère nord et mur orienté nord dans l’hémisphère sud). Les fenêtres du côté équatorial reçoivent au moins un peu de lumière directe du soleil n’importe quel jour ensoleillé de l’année (sauf sous les tropiques en été), de sorte qu’elles sont efficaces dans les zones d’éclairage naturel de la maison adjacentes à ces fenêtres. Dans les latitudes plus élevées au milieu de l’hiver, l’incidence de la lumière est très directionnelle et projette de longues ombres. Ceci peut être partiellement amélioré par la diffusion de la lumière, les tubes ou tuyaux de lumière, et par des surfaces internes quelque peu réfléchissantes. Dans les latitudes assez basses de l’été, les fenêtres orientées vers l’est et l’ouest et parfois vers le pôle reçoivent plus de lumière du soleil que les fenêtres orientées vers l’équateur.

Fenêtres

Les fenêtres sont le moyen le plus courant d’admettre la lumière du jour dans un espace. Leur orientation verticale signifie qu’ils admettent sélectivement la lumière du soleil et diffusent la lumière du jour à différents moments de la journée et de l’année. Par conséquent, les fenêtres à orientations multiples doivent généralement être combinées pour produire le bon mélange de lumière pour le bâtiment, selon le climat et la latitude. Il y a trois façons d’améliorer la quantité de lumière disponible d’une fenêtre : (a) placer la fenêtre près d’un mur de couleur claire, (b) incliner les côtés des ouvertures de fenêtre de sorte que l’ouverture intérieure soit plus grande que l’ouverture extérieure, ou (c) utiliser un grand appui de fenêtre de couleur claire pour projeter la lumière dans la pièce.

Différents types et qualités de verre et différents traitements de fenêtres peuvent également affecter la transmission de la lumière à travers les fenêtres. Le type de vitrage est une question importante, exprimée par son coefficient VT (transmittance visuelle), également appelé transmittance visuelle de la lumière (VLT). Comme son nom l’indique, ce coefficient mesure la quantité de lumière visible admise par la fenêtre. Une TV faible (inférieure à 0,4) peut réduire de moitié ou plus la lumière entrant dans une pièce. Mais attention aussi aux vitres VT élevées : des valeurs VT élevées (disons supérieures à 0,60) peuvent être à l’origine de l’éblouissement. D’autre part, vous devez également tenir compte des effets indésirables des grandes fenêtres.

Les fenêtres s’intègrent dans des murs translucides (ci-dessous).

Fenêtres de bureau

Un autre élément important dans la création de l’éclairage naturel est l’utilisation de fenêtres à claire-voie. Ce sont des fenêtres hautes et placées verticalement. Ils peuvent être utilisés pour augmenter le gain solaire direct lorsqu’ils sont orientés vers l’équateur. En regardant vers le soleil, les claires-voies et autres fenêtres peuvent admettre des reflets inacceptables. Dans le cas d’une maison solaire passive, les claires-voie peuvent fournir un chemin lumineux direct vers les pièces du côté polaire (nord dans l’hémisphère nord ; sud dans l’hémisphère sud) qui ne seraient pas éclairées autrement. Alternativement, on peut aussi utiliser des claires-voie pour admettre la lumière diffuse du jour (du nord dans l’hémisphère nord) qui éclaire uniformément un espace tel qu’une salle de classe ou un bureau.

Souvent, les fenêtres à claire-voie brillent aussi sur les surfaces murales intérieures peintes en blanc ou d’une autre couleur claire. Ces murs sont placés de manière à réfléchir la lumière indirecte vers les zones intérieures où elle est nécessaire. Cette méthode a l’avantage de réduire la directivité de la lumière pour la rendre plus douce et plus diffuse, réduisant ainsi les ombres.

Toit en dents de scie

Une autre alternative de verre à angle de toit est un toit en dents de scie (que l’on trouve sur les anciennes usines). Les toits en dents de scie sont munis d’une vitre de toit verticale orientée à l’opposé du côté équatorial du bâtiment pour capter la lumière diffuse (et non un gain solaire direct direct et dur du côté équatorial). La partie coudée de la structure porteuse en verre est opaque et bien isolée avec un toit froid et une barrière radiante. Le concept d’éclairage du toit en dents de scie réduit partiellement le problème du puits de lumière « four solaire » en été, tout en permettant à l’air intérieur chaud de s’élever et de toucher la vitre extérieure du toit pendant l’hiver froid, avec un important transfert de chaleur non désiré.

Lanterneaux

Les puits de lumière sont des fenêtres qui transmettent la lumière (produits qui remplissent les ouvertures de l’enveloppe d’un bâtiment, y compris les fenêtres, les portes, etc.) et qui forment la totalité ou une partie du toit d’un bâtiment. Les puits de lumière sont largement utilisés dans la conception de l’éclairage naturel dans les bâtiments résidentiels et commerciaux, principalement parce qu’ils constituent la source la plus efficace de lumière naturelle par unité de surface.

Une alternative à un puits de lumière est une lanterneau de toit. Une lanterne de toit est une coupole d’éclairage naturel qui se trouve au-dessus d’un toit, par opposition à une lucarne qui est intégrée dans la construction d’un toit. Les lanternes de toit servent à la fois d’élément architectural et de méthode d’introduction de la lumière naturelle dans un espace, et sont généralement des structures en bois ou en métal avec un certain nombre de panneaux vitrés.

Atrium

Un atrium est un grand espace ouvert situé dans un bâtiment. Il est souvent utilisé pour éclairer une circulation centrale ou un espace public par la lumière du jour admise à travers un toit ou un mur vitré. Les atriums fournissent un peu de lumière du jour aux zones de travail adjacentes, mais la quantité est souvent faible et ne pénètre pas très loin. La fonction principale d’un atrium est de fournir une expérience visuelle et un degré de contact avec l’extérieur pour les personnes dans les zones de travail. L’éclairage naturel des étages successifs des pièces adjacentes à un atrium est interdépendant et nécessite une approche équilibrée. La lumière du ciel peut facilement pénétrer dans les étages supérieurs, mais pas dans les étages inférieurs, qui dépendent principalement de la lumière réfléchie par les surfaces internes de l’atrium, comme la lumière réfléchie par le sol. Les étages supérieurs ont besoin de moins de fenêtres que les étages inférieurs, et si les murs de l’atrium sont de couleur claire, les murs supérieurs réfléchiront la lumière vers les étages inférieurs.

Parois translucides

Les murs en brique de verre sont translucides à transparents. Traditionnellement, elles sont creuses et jointoyées avec un coulis de béton fin, mais certains murs modernes en briques de verre sont en verre massif coulé avec une colle transparente. Si la colle correspond à l’indice de réfraction du verre, la paroi peut être assez transparente.

En augmentant la quantité de béton, les parois des bouteilles intègrent des bouteilles qui traversent le mur et transmettent la lumière. Des murs en béton avec des prismes de verre qui les traversent ont également été réalisés. Avec l’avènement des fibres optiques moins chères, des murs en béton à fibres optiques. La lumière du jour (et les images d’ombre) peuvent alors passer directement à travers un mur de béton massif, le rendant translucide ; la fibre optique guidera la lumière autour des courbes et sur des dizaines de mètres. Généralement, seulement quelques pour cent de la lumière est transmise (le pourcentage de transmission est d’environ la moitié du pourcentage de la surface qui sont des fibres, et habituellement seulement ~5% de fibres sont utilisées).

Le verre et le béton conduisent assez bien la chaleur lorsqu’ils sont solides, de sorte qu’aucun de ces murs n’est bien isolé. Ils sont donc souvent utilisés à l’extérieur, comme cloison entre deux espaces chauffés (voir images), ou dans des climats très tempérés.

Les murs (et les toits) des serres sont conçus pour transmettre le plus de lumière et le moins de chaleur possible. Ils utilisent une variété de matériaux et peuvent être transparents ou translucides.

Distribution à distance

Il est possible d’apporter un peu de lumière du jour dans des espaces où les possibilités de fenêtres ou de puits de lumière sont faibles grâce à des dispositifs de distribution à distance tels que des miroirs, des prismes ou des tubes lumineux. C’est ce qu’on appelle l’éclairage anidolique, à partir d’optiques anidoliques (non formatrices d’images). La réponse non linéaire de l’œil humain à la lumière signifie que la diffusion de la lumière dans une zone plus large d’une pièce rend celle-ci plus lumineuse et la rend plus éclairée.

Les systèmes de distribution de la lumière du jour à distance ont des pertes, et plus ils doivent transmettre la lumière du jour et plus le trajet est compliqué, plus l’inefficacité est grande. L’efficacité de nombreux systèmes de distribution à distance peut aussi varier considérablement d’un ciel clair à un ciel couvert. Néanmoins, lorsqu’il n’y a pas d’autre possibilité de fournir la lumière du jour à un espace, les systèmes de distribution à distance peuvent être appréciés.

Réflecteurs de lumière et étagères

Autrefois largement utilisé dans les immeubles de bureaux, le réflecteur de lumière à réglage manuel est rarement utilisé aujourd’hui, ayant été remplacé par une combinaison d’autres méthodes de concert avec l’éclairage artificiel. Le réflecteur avait trouvé la faveur là où le choix de la lumière artificielle fournissait un faible éclairage par rapport à l’éclairage électrique moderne.

Les tablettes lumineuses sont un moyen efficace d’améliorer l’éclairage des fenêtres du côté équatorial d’une structure, cet effet étant obtenu en plaçant une tablette lumineuse blanche ou métallique réfléchissante à l’extérieur de la fenêtre. Habituellement, la fenêtre est protégée du soleil direct de la saison estivale par un avant-toit en saillie. La tablette lumineuse dépasse de l’ombre créée par l’avant-toit et réfléchit la lumière du soleil vers le haut pour éclairer le plafond. Cette lumière réfléchie peut contenir peu de chaleur et l’éclairage réfléchissant du plafond réduit généralement les ombres profondes, réduisant ainsi le besoin d’éclairage général.

En hiver, lorsqu’il y a de la neige sur le sol, un plateau de lumière naturelle est créé, ce qui le rend réfléchissant. Le faible ensoleillement hivernal (voir le trajet du soleil) se reflète sur la neige et augmente l’apport solaire par l’intermédiaire de vitres orientées vers l’équateur d’un à deux tiers, ce qui éclaire le plafond de ces pièces de façon lumineuse. Le contrôle de l’éblouissement (rideaux) peut être nécessaire.

Prismes

L’utilisation la plus ancienne des prismes pour l’éclairage naturel pourrait bien être celle des prismes de pont, laissés dans les ponts des navires pour transmettre la lumière en dessous. Par la suite, des lampadaires de trottoir ou des lumières de voûte ont été utilisés pour éclairer les sous-sols sous les trottoirs.

Les prismes qui utilisaient la réflexion interne totale pour projeter la lumière latéralement, éclairant les parties les plus profondes d’une pièce, devinrent plus tard populaires. Au début, les tuiles à prismes en verre coulé à refroidissement lent et épais étaient souvent connues sous le nom de « tuiles de luxe », du nom d’un grand fabricant. Ils ont été et sont encore utilisés dans les parties supérieures des fenêtres, et certains croient qu’ils ont contribué à la tendance des intérieurs victoriens sombres et subdivisés aux intérieurs à aire ouverte de couleur claire.

Le film de fenêtre de réorientation de la lumière du jour (DRF) est une version en plastique mince des anciennes tuiles de prisme en verre. Il peut être utilisé comme substitut aux stores opaques.

Tubes lumineux

Un autre type de dispositif utilisé est le tube de lumière, aussi appelé dispositif tubulaire d’éclairage naturel (DRT), qui est placé dans un toit et qui laisse passer la lumière dans une zone focalisée de l’intérieur. Ces derniers ressemblent quelque peu aux luminaires encastrés de plafond. Ils ne permettent pas autant de transfert de chaleur que les puits de lumière parce qu’ils ont moins de surface.

Les DRT utilisent la technologie moderne pour transmettre la lumière visible à travers les murs et les toits opaques. Le tube lui-même est un composant passif constitué soit d’un simple revêtement intérieur réfléchissant, soit d’un faisceau de fibres optiques conducteur de lumière. Il est souvent coiffé d’un « collecteur de lumière » transparent monté sur le toit et terminé par un diffuseur qui laisse passer la lumière du jour dans les espaces intérieurs et répartit uniformément l’énergie lumineuse disponible (ou efficacement si l’utilisation de l’espace éclairé est raisonnablement fixe et que l’utilisateur souhaite un ou plusieurs « points lumineux »).

L’appareil d’éclairage naturel tubulaire a été inventé par Solatube International en 1986 et commercialisé pour la première fois en Australie en 1991[dubious – discuss]

Verre intelligent

Le verre intelligent est le nom donné à une classe de matériaux et de dispositifs qui peuvent être commutés entre un état transparent et un état opaque, translucide, réfléchissant ou rétro-réfléchissant. La commutation s’effectue en appliquant une tension au matériau ou en effectuant une opération mécanique simple. Les fenêtres, les puits de lumière, etc., qui sont faits de verre intelligent peuvent être utilisés pour régler l’éclairage intérieur, en compensant les variations de la luminosité de la lumière extérieure et de la luminosité requise à l’intérieur.

Éclairage solaire

Héliostats

L’utilisation d’héliostats, des miroirs qui se déplacent automatiquement pour réfléchir la lumière du soleil dans une direction constante lorsque le soleil se déplace dans le ciel, est de plus en plus populaire comme méthode d’éclairage éconergétique. Un héliostat peut être utilisé pour projeter la lumière du soleil directement à travers une fenêtre ou un puits de lumière, ou dans n’importe quel arrangement d’éléments optiques, tels que des tubes de lumière, qui distribuent la lumière où elle est nécessaire. L’image montre un miroir qui tourne sur une monture altazimutale commandée par ordinateur et motorisée.

Eclairage public solaire

Les lampadaires solaires sont des sources lumineuses surélevées qui sont alimentées par des panneaux photovoltaïques généralement montés sur la structure d’éclairage. Le panneau solaire d’un tel système PV hors réseau charge une batterie rechargeable, qui alimente une lampe fluorescente ou LED pendant la nuit. Les lampadaires solaires sont des systèmes d’alimentation autonomes qui permettent de réaliser des économies sur les coûts de creusement de tranchées, d’aménagement paysager et d’entretien, ainsi que sur les factures d’électricité, malgré leur coût initial plus élevé que l’éclairage public classique. Ils sont conçus avec des batteries suffisamment grosses pour assurer un fonctionnement pendant au moins une semaine et même dans les pires conditions, on s’attend à ce qu’ils ne s’atténuent que légèrement.

Éclairage solaire hybride

Le Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) a mis au point une nouvelle solution de rechange aux puits de lumière appelés éclairage solaire hybride. Cette conception utilise un collecteur de lumière monté sur le toit, une fibre optique de grand diamètre et des appareils d’éclairage fluorescent à efficacité modifiée qui ont des tiges transparentes reliées aux câbles de fibre optique. Essentiellement, il n’y a pas besoin d’électricité pour l’éclairage intérieur naturel pendant la journée.

Les essais sur le terrain réalisés en 2006 et 2007 de la nouvelle technologie HSL étaient prometteurs, mais la production d’équipements à faible volume reste coûteuse. HSL devrait devenir plus rentable dans un avenir proche. Une version capable de résister aux tempêtes de vent pourrait commencer à remplacer les systèmes d’éclairage fluorescent commerciaux conventionnels par des systèmes améliorés en 2008 et au-delà. Le projet de loi américain de 2007 sur l’énergie prévoit le financement de la R-D sur les LGV, et de nombreux grands bâtiments commerciaux sont prêts à financer le développement et le déploiement d’autres applications des LGV.

La nuit, ORNL HSL utilise des ballasts électroniques de contrôle d’éclairage fluorescent à intensité variable. Au fur et à mesure que la lumière du soleil diminue graduellement au coucher du soleil, le luminaire fluorescent est graduellement augmenté pour donner un niveau d’éclairage intérieur presque constant de la lumière du jour jusqu’à ce qu’il fasse nuit à l’extérieur.

HSL pourrait bientôt devenir une option pour l’éclairage intérieur commercial. Il peut transmettre environ la moitié de la lumière solaire directe qu’il reçoit.

Solarium

Dans un bâtiment à gain solaire isolé bien conçu avec solarium, solarium, serre, serre, etc., il y a habituellement beaucoup de verre du côté de l’équateur. Une grande surface vitrée peut également être ajoutée entre la véranda et le salon intérieur. Le verre de sécurité pour portes patio à faible coût et à grand volume de production est un moyen peu coûteux d’atteindre cet objectif.

Les portes utilisées pour entrer dans une pièce doivent être en face des vitres intérieures de la serre, afin que l’utilisateur puisse voir l’extérieur immédiatement lorsqu’il entre dans la plupart des pièces. Les halls devraient être réduits au minimum et remplacés par des espaces ouverts. Si un hall est nécessaire pour l’intimité ou l’isolation d’une pièce, il est possible de placer des vitres de sécurité peu coûteuses des portes patio des deux côtés du hall. Des rideaux sur le verre intérieur peuvent être utilisés pour contrôler l’éclairage. Les rideaux peuvent être automatisés en option à l’aide de commandes de moteurs électriques à capteurs qui tiennent compte de l’occupation de la pièce, de la lumière du jour, de la température intérieure et de l’heure de la journée. Les bâtiments solaires passifs sans système de climatisation centrale nécessitent des mécanismes de contrôle des variations horaires, quotidiennes et saisonnières de la température et de la lumière du jour. Si la température est correcte et qu’une pièce est inoccupée, les rideaux peuvent se fermer automatiquement pour réduire le transfert de chaleur dans les deux sens.

Pour aider à répartir la lumière du jour dans les pièces les plus éloignées de l’équateur, on peut utiliser des miroirs de plafond au sol peu coûteux.

Les codes du bâtiment exigent un deuxième moyen d’évacuation en cas d’incendie. La plupart des concepteurs utilisent une porte d’un côté des chambres à coucher et une fenêtre extérieure, mais les fenêtres du côté ouest offrent un rendement thermique estival très faible. Au lieu d’une fenêtre orientée vers l’ouest, les concepteurs utilisent une porte extérieure R-13 remplie de mousse solide et éconergétique. Il peut y avoir une contre-porte en verre à l’extérieur pour que la lumière puisse passer lorsque la porte intérieure est ouverte. Les portes et fenêtres vitrées Est/Ouest doivent être entièrement ombragées de haut en bas ou un revêtement spectralement sélectif peut être utilisé pour réduire le gain solaire.

Les architectes et les décorateurs d’intérieur utilisent souvent l’éclairage naturel comme l’un des éléments de design. Un bon éclairage naturel exige que l’on prête attention aux aspects qualitatifs et quantitatifs de la conception.

Qualitatif

L’utilisation de la lumière naturelle est l’un des aspects de la conception de l’architecture ; en 1929, l’architecte français Le Corbusier disait que « L’histoire des matériaux architecturaux… a été la lutte sans fin pour la lumière… autrement dit, l’histoire des fenêtres. » Comme il l’a souligné dans son architecture (comme Notre Dame du Haut), l’éclairage naturel a été un élément majeur de la conception architecturale (voir par exemple la chapelle du MIT et l’église de la lumière). Outre les aspects esthétiques, l’impact de l’éclairage naturel sur la santé humaine et la performance au travail est également considéré comme un éclairage naturel de qualité. Les études actuelles montrent que les conditions d’éclairage dans les lieux de travail contribuent à une variété de facteurs liés à la satisfaction au travail, à la productivité et au bien-être et à des scores d’acceptation visuelle nettement plus élevés sous éclairage naturel que sous éclairage électrique. Des études ont également montré que la lumière a un effet direct sur la santé humaine en raison de la façon dont elle influence les rythmes circadiens.

Quantitatif

Un espace bien éclairé par la lumière du jour a besoin à la fois de niveaux d’éclairage adéquats et d’une lumière bien répartie. Dans l’industrie du bâtiment actuelle, l’éclairage naturel est considéré comme une mesure du rendement des bâtiments dans les programmes de certification des bâtiments écologiques tels que LEED. L’Illumination Engineering Society (IES) et la Society of Light and Lighting (SLL) fournissent des recommandations d’éclairement pour chaque type d’espace. La mesure dans laquelle l’éclairage naturel contribue au niveau d’éclairage recommandé détermine la performance d’éclairage naturel d’un bâtiment. IES a approuvé deux mesures pour évaluer la performance de l’éclairage naturel : Autonomie(sDA) spatiale de la lumière du jour et exposition annuelle à la lumière du soleil (ASE). sDA est une mesure décrivant les niveaux annuels suffisants de lumière du jour ambiante dans les environnements intérieurs. Voir les sections Autonomie à la lumière du jour et Documentation LEED pour plus de détails.

Méthode d’évaluation

Mesures sur le terrain

Dans les bâtiments existants, des mesures sur le terrain peuvent être effectuées pour évaluer la performance de l’éclairage naturel. Les mesures d’éclairement sur une grille sont un niveau de base pour calculer l’éclairement moyen d’un espace. L’espacement des points de mesure varie selon les objectifs du projet. La hauteur de ces points dépend de l’endroit où la tâche principale est effectuée. Dans la plupart des bureaux, le niveau des bureaux (0,762 m au-dessus du sol) sera mesuré. En se basant sur les mesures, l’éclairement moyen, le rapport d’uniformité maximale/minimale et le rapport d’uniformité moyene/minimale seront calculés et comparés au niveau d’éclairage recommandé. Une enquête diagnostique spécifique à l’éclairage peut être réalisée pour analyser la satisfaction des occupants du bâtiment.

Simulations informatiques

Les simulations informatiques peuvent prédire l’état de l’éclairage naturel d’un espace beaucoup plus rapidement et de façon plus détaillée que les calculs manuels ou les essais sur maquette à l’échelle. Les simulations permettent de tenir compte des effets du climat à l’aide de données météorologiques horaires provenant d’une année météorologique type. Il existe des modèles informatiques permettant de prédire les variations de la lumière réfléchie de l’intérieur. La radiologie et le radiorepérage sont des méthodes qui permettent de traiter des géométries complexes, de permettre des distributions complexes du ciel et de produire potentiellement des images photoréalistes. Les méthodes de radiodiagnostic supposent que toutes les surfaces sont parfaitement diffusantes afin de réduire les temps de calcul. Les techniques de traçage des rayons ont une précision et une capacité de rendu de l’image.

Autonomie

L’autonomie en lumière du jour est le pourcentage de temps pendant lequel les niveaux de lumière du jour sont supérieurs à un éclairement cible spécifié dans un espace physique ou un bâtiment. Le calcul est basé sur les données annuelles et les niveaux d’éclairage prédéterminés. L’objectif du calcul est de déterminer combien de temps une personne peut travailler dans un espace sans avoir besoin d’éclairage électrique, tout en offrant un confort visuel et physique optimal.

L’autonomie de la lumière du jour est bénéfique lorsqu’il s’agit de déterminer comment la lumière du jour pénètre et éclaire un espace. L’inconvénient, cependant, est qu’il n’y a pas de limite supérieure aux niveaux de luminance. Par conséquent, un espace avec un gain de chaleur interne élevé jugé inconfortable par les occupants aurait tout de même un bon rendement dans l’analyse. Pour atteindre l’autonomie en lumière du jour, il faut une approche de conception intégrée qui guide la forme du bâtiment, l’emplacement, les considérations climatiques, les composantes du bâtiment, les commandes d’éclairage et les critères de conception de l’éclairage.

En continu

L’autonomie continue en lumière du jour est similaire à l’autonomie en lumière du jour, mais un crédit partiel est attribué aux pas de temps lorsque l’éclairement de la lumière du jour est inférieur au niveau d’éclairement minimum. Par exemple, si l’éclairement cible est de 400 lux et que la valeur calculée est de 200 lux, l’autonomie en lumière du jour n’accorderait aucun crédit, tandis que l’autonomie en lumière du jour continue donnerait 0,5 crédit (200/400 = 0,5). L’avantage de l’autonomie de la lumière du jour continue est qu’elle ne donne pas un seuil d’éclairement acceptable. Au lieu de cela, il aborde la zone de transition – permettant des préférences réalistes à l’intérieur d’un espace donné. Par exemple, les occupants des bureaux préfèrent généralement travailler à la lumière du jour en dessous du seuil d’éclairement, car ce niveau permet d’éviter les risques d’éblouissement et de contraste excessif.

Éclairement utile

L’éclairement utile de la lumière du jour se concentre sur la lumière directe du soleil qui tombe dans un espace. Le calcul de l’éclairement utile de la lumière du jour est basé sur trois facteurs : le pourcentage de temps pendant lequel un point est en dessous, entre ou au-dessus d’une valeur d’éclairement. La plage de ces facteurs est généralement de 100 à 2 000 lux. L’éclairement utile de la lumière du jour est semblable à l’autonomie de la lumière du jour, mais il a l’avantage supplémentaire de réduire l’éblouissement et l’inconfort thermique. Le seuil supérieur est utilisé pour déterminer quand l’éblouissement ou l’inconfort thermique se produit et peut nécessiter une résolution.

Documentation LEED

Les normes d’éclairage naturel LEED 2009 visaient à relier les occupants du bâtiment à l’extérieur au moyen de techniques et de technologies d’éclairage naturel optimales. Selon ces normes, la valeur maximale de 1 point peut être atteinte par quatre approches différentes. La première approche est une simulation sur ordinateur pour démontrer, par temps clair, les niveaux d’éclairement de la lumière du jour entre 108 et 5 400 lux le 21 septembre entre 9 h et 15 h. Une autre approche prescriptive est une méthode qui utilise deux types d’éclairage latéral et trois types d’éclairage supérieur pour déterminer si un éclairage naturel d’au moins 75% est atteint dans les espaces occupés. Une troisième approche utilise des mesures de la lumière à l’intérieur de l’espace qui montrent qu’entre 108 et 5 400 lux ont été obtenus dans l’espace. La dernière approche consiste à combiner les trois autres méthodes de calcul pour prouver que les exigences en matière d’éclairage diurne sont satisfaites.

La documentation LEED 2009 est basée sur le calcul du facteur de lumière du jour. Le calcul du facteur lumière du jour est basé sur un ciel couvert uniforme. Il s’applique surtout en Europe du Nord et dans certaines parties de l’Amérique du Nord. Le facteur lumière du jour est « le rapport de l’éclairement en un point d’un plan, généralement le plan de travail horizontal, produit par le flux lumineux reçu directement ou indirectement en ce point d’un ciel dont la distribution de luminance est connue, à l’éclairement sur un plan horizontal produit par un hémisphère non obstrué de ce même ciel »

Les normes d’éclairage naturel LEED v4 sont les plus récentes depuis 2014. Les nouvelles normes sont similaires aux anciennes, mais visent également à  » renforcer les rythmes circadiens et à réduire l’utilisation de l’éclairage électrique en introduisant la lumière du jour dans l’espace. Deux options existent pour atteindre la valeur maximale de ces deux points les plus récents. Une option consiste à utiliser une simulation informatique pour démontrer qu’il existe dans l’espace une autonomie spatiale de lumière du jour de 300 lux pendant au moins 50 % du temps et une exposition annuelle à la lumière du soleil de 1 000 lux pendant 250 heures occupées par an. Une autre option consiste à montrer que les niveaux d’éclairement se situent entre 300 lux et 3 000 lux entre 9 h et 15 h, par temps clair, à l’équinoxe pour 75 % ou 90 % de la surface de plancher de l’espace. L’objectif global des mesures d’éclairage naturel LEED v4 est d’analyser à la fois la quantité et la qualité de la lumière, ainsi que d’équilibrer l’utilisation du vitrage pour assurer plus de lumière et moins de charge de refroidissement.

 

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