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Chapitre VIIIChapitre VIII

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Pourquoi utiliser la lumièrePourquoi utiliser la lumièredu jourdu jour

Augmenter l’éclairement pour optimiser la performance visuelle

Souligner l’architecture des lieux

Assurer aux occupants des locaux une liaison avec le monde extérieur

Réduire la consommation énergétique du bâtiment

Assurer une meilleure santé et bien être des occupants

Facteur de lumière du jour (FLJ)

€

FLJ =Eclairement sur le plan de travail

Eclarement horizontal exterieur

Composante réfléchie interne Composante du ciel

Composante réfléchie externe

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DéfinitionsDéfinitionsLa transmittanceLa transmittance

TransmittanceTransmittance

Simple ou directe

Elle conserve l’image Le flux incident est redistribué quelque soit l’angle d'incidence

Elle ne conserve pas l’image

Parfaitement Diffuse

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DéfinitionsDéfinitionsle coefficient de transmissionle coefficient de transmission

€

τ =Fout

Fin

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

300 400 600 900 1900Longuer d'onde (nm)

Transmittance (%)

Verre classique

Verre verre tintéisolant

Fin

Fr

Fout

€

τ + ρ +α =1

Facteur de transmission

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Le mouvement du soleilLe mouvement du soleil

Horizon local

Voû te céleste apparente

Sud Ouest

Est

Zenith Trajecroire

t Azimuth solaire

Altitude solaire

s

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Rayonnement solaireRayonnement solaire

2000150010005000Longueur d’onde (nm)

2.0

1.5

1.0

0.5

VisibleUV Infrarouge

50% (Energie)

Ene

rgie

(W

m-2nm

-1)

45%4%

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L’éclairement naturel dépendL’éclairement naturel dépend

De la position du soleil dans la journée

De la clarté de l’atmosphère

Valeurs typiques Eciel=86 klx, τciel=0,21

De la présence de nuages

Soleil au zenth local

Soleil incliné

Parcours Atmospheriques

Zenith local

Est

Ouest

Hiver Eté

De la position du soleil saisonnière

Ciel « standard » (IESNA)

Clair :

Partiellement couvert:

Couvert:

Plus de 70% sans nuages

70%-20% sans nuages

Moins de 20% sans nuages€

Mciel = Ecielτ ciel

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Eclairement naturelEclairement naturel

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Altitude solaire, α t

( )Eclairement Horizontal klx

Clair Partiellement couvert

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Altitude solare , α t

( )Eclairage verical klx

0°

30°

45°

65°

75°

Ciel clair

Les courbes ci-dessus ne sont valables que pour un ciel clair ou partiellement couvert en considérant que l’éclairement solaire normal (soleil au zénith) est le même dans les deux cas. Pour un ciel couvert, l’éclairement solaire directe est nul, la lumière vient de la voûte céleste et elle ne dépend pas de la position du soleil

Ciel de « Moon & Spencer »(CIE)

€

L(θ) = Lzénith

1+ 2sinθ

3

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FenFenêtresêtres

Voû te céleste apparente

Fenêtre Portion du ciel visible par la

fenêtre Point

Eclairé

€

M = Mcielτ fen

On peut considérer une fenêtrecomme une source homogène diffuse

€

E p = M Cp

€

Cp =1

2π

A

1+ A2( )

1 2 tan−1 B

1+ A2( )

1 2

⎡

⎣

⎢ ⎢

⎤

⎦

⎥ ⎥+

B

1+ B2( )

1 2 tan−1 A

1+ B2( )

1 2

⎡

⎣

⎢ ⎢

⎤

⎦

⎥ ⎥

⎧ ⎨ ⎪

⎩ ⎪

⎫ ⎬ ⎪

⎭ ⎪

A =x

z; B =

y

z

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0,3 0,91 1,52 2,13 2,74 3,35 3,96 4,57

Distance de la fenêtre (m)

Eclairement (lx)

Points Eclairés

Décroissanceexponentielle

x

y

z

Facteur deconfiguration

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DDômesômes

Dôme

puit de jour

ouverture ou diffuseur

Fin

Fout

Dômes augmentent la transmittanceCar présentent une surface accrue lorsqueLa lumière solaire est très inclinée

Lumière incidente

Taille Apparente

Ouverure plate

Lumière Incidente

Tail Apparente

Dôme

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Transmittance des dTransmittance des dômesômes

Fin;s

Fout;s

Fin;c

Fout;c

Lumière directe (soleil): τD

Lumière diffuse (voûte céleste) : τd

Les dô :

τD est une fonction de l’angle d’incidence, mais pour les dômes τD est quasi-constant pour >30°

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95

Transmittance du matériau (feuille)

Transmittance de dome

)416.018.1(25.1 fsfsD τ−τ=τ

fsd 715.0 τ=τ

€

Foutdôme = Fout;c + Fout;s = Fin;sτ D + Fin;cτ d

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Cavity Ratio

Puit de jourPuit de jour

L

W

H

€

ηpuit =Fout

Foutdôme

= ƒ(CR,ρ w )

0,7 0,5 0,3 0,1 00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,001 0,88 0,86 0,85 0,83 0,822 0,78 0,75 0,72 0,69 0,683 0,70 0,65 0,61 0,58 0,564 0,63 0,58 0,53 0,49 0,485 0,58 0,52 0,47 0,43 0,416 0,54 0,47 0,42 0,37 0,367 0,50 0,43 0,37 0,33 0,318 0,46 0,39 0,34 0,30 0,289 0,44 0,36 0,31 0,27 0,25

10 0,41 0,34 0,28 0,24 0,23

CR

ρw

€

CR =5H(L + W )

LW

€

ηpuit (τ D ES + τ d EC )

Flux par unité de surfacepénétrant dans le local

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Puit de jour pyramidalPuit de jour pyramidal

Ls

Ws

H

Wo

Lo

Fin

Fout

€

ηpuit = Fso 1+(Ao − AsFso)

(1− ρ w (1−Ao

Aw

(1−As

Aw

Fso) −As

Aw

(1− Fso))

⎧

⎨ ⎪ ⎪

⎩ ⎪ ⎪

⎫

⎬ ⎪ ⎪

⎭ ⎪ ⎪

L'efficacité d’un puit de jour en pyramide tronquée est supérieure à celle d’un puit rectangulaire

Facteur de forme

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Stratégies d’économie d’énergieStratégies d’économie d’énergiegrâce à l’éclairement naturelgrâce à l’éclairement naturel

Niveau àmaintenir

Eclairement naturel

Eclairement artificiel

Niv

ea

u (

%)

Eclairement naturel Eclairement artificiel

Eclairement total

0 % 50 % 100 %

Modulation

Temporelle

Spatiale

201816141210864

Heure dans la journée

JFMAMJJASOND

E > 5000 lx(Paris)

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ExemplesExemples

Institut du Monde Arabe (Paris)

Gymnase (Nicolas Michelin)

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ExemplesExemples

Un projet de l’architecte Jean Nouvel