Rénovation de l’éclairage de deux locaux d’un bâtiment de bureaux du CSTC

L’objectif de la rénovation présentée ici était d’étudier l’état de l’art des solutions LEDs existantes en 2014. Deux locaux ont été rénovés avec, comme objectifs, une réduction de la consommation d’énergie d’éclairage mais aussi une augmentation du confort visuel général.

Les deux locaux rénovés se trouvent dans le bâtiment de bureaux du CSTC situé, Lozenberg 7 à 1932 Sint-Stevens-Woluwe (Zaventem). Le hall d’entrée a été rénové en « uplamping », c’est à dire que seules les lampes ont été changées alors que le hall de réception a été rénové plus profondément, puisque les luminaires et les dalles de faux-plafond ont été remplacés.

Le hall d’entrée fait 4,55 m sur 9,95 m et a une hauteur sous plafond de 2,7 m. Il n’y a pas de fenêtre mais la double porte est entièrement vitrée et apporte un peu de lumière naturelle. Le plafond est composé de profilés en aluminium gris foncés. Les murs sont peints en blanc et le sol est recouvert de carrelages émaillés clairs.

Hall d’entrée 1

Initialement, le hall d’entrée était éclairé par 24 spots halogènes intégrés au plafond (voir figure ci-dessous), disposés de manière irrégulière. Un mélange de lampes avait été fait ; la majorité des lampes avaient les caractéristiques suivantes :

La position des lampes n’était pas modifiable, à moins de démonter entièrement le faux-plafond, ce qui n’était pas la volonté de l’exploitant du bâtiment. Les lampes étaient commandées manuellement au moyen d’un interrupteur on/off placé sur le mur.

  Spot halogènes encastrés

Rénovation

Les lampes choisies pour remplacer les spots halogènes sont des lampes LEDs de deux puissances et d’angles d’ouverture différents. Pour l’éclairage général (20 lampes), le type de lampe LED a été choisi de manière à ce que son flux soit équivalent au flux fourni par la lampe halogène de 50W qu’elle remplace. L’angle d’ouverture a été choisi le plus large possible, c’est-à-dire égal à 36°.

Devant l’ascenseur (4 lampes), les lampes ont une puissance plus petite (flux équivalent à celui d’une lampe halogène de 35W) et un angle d’ouverture plus petit (24°).

Caractéristique des deux lampes LED utilisées en rénovation
Lampes	devant l’ascenseur	autres
Diamètre	54 mm	54 mm
Tension	12 V	12 V
Puissance	7 W	10 W
Intensité lumineuse maximale	2200 cd	1560 cd
Température de couleur	3000 K	3000K
Indice de rendu de couleurs	80	80
Angle d’ouverture	24°	36°
Diagramme polaire

Éclairements

Les mesures d’éclairement ont été prises ponctuellement à une hauteur de 85 cm du sol. Comme les lampes de type « spot » ne fournissent pas un éclairement uniforme, une prise de mesures d’éclairement suivant une grille aurait nécessité pour être représentative, un maillage très serré.

Les valeurs observées montrent que les niveaux d’éclairement ponctuels atteints après « uplamping » sont d’un ordre de grandeur identique à celui obtenu avant « uplamping ».

Éclairements mesurés (lux)
Avant “Uplamping”	Après “Uplamping”

Apparence visuelle, distribution des luminances dans le champ visuel et éblouissement

Vues intérieures et luminances mesurées
Avant “Uplamping”	Après “Uplamping”
Luminance maximum : 291 000 cd/m² UGR = 15,9	Luminance maximum : 28 600 cd/m² UGR = 14,7

On remarque que sur le sol, les contrastes sont plus marqués avec les lampes LED alors que c’est l’inverse sur les murs. Ces ‘taches de lumière’ ont été jugées inconfortables par les occupants.

La luminance maximum atteinte est plus importante avec les lampes halogènes. L’indice d’éblouissement (UGR) est également plus grand avant « uplamping ». Notons cependant que les normes européenne sont respectées dans les deux cas (UGR<22). Par contre, le niveau de luminance maximal atteint avant « uplamping » est très haut et traduit un éblouissement certain. Les valeurs communément acceptées pour un éblouissement direct sont de 2500 à 3000 cd/m².  Et donc, si on suit ces valeurs, même l’éclairage LED peut induire un éblouissement direct si on regarde les lampes.

Calcul du temps de retour sur l’investissement

Le tableau ci-dessous donne le calcul précis réalisé pour évaluer le temps de retour sur investissement de la rénovation. On observe que ce temps de retour est d’un an et 6 mois, ce qui est très court.

	Avant “Uplamping”	Après “Uplamping”	Économie
Énergie
Nombre d’heure de service	2 280 h/an	2 280 h/an
Puissance installée	1×50 + aux = 55 W	1×10 + aux = 15 W 1×7 + aux = 12 W
Nombre de pièces	24	20 4
Puissance totale	1,32 kW	0,348 kW	74%
Consommation	3 010kWh/an	793 kWh/an	2 216 kWh/an
Émissions de CO2	0,900 tonne/an	0,237 tonne/an	0,663 tonne/an
Consommation
	512 €/an	135 €/an	377 €/an
Coûts de maintenance
Durée de vie de la lampe	5 000 h	30 000 h 40 000 h
Prix de la lampe*	2,01 €/pce	20,71 €/pce 18,34 €/pce
Prix annuel de l’installation	22,00 €	31,48 € 4,18 €
Coût de la main-d’œuvre	10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce	10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce
Coût total annuel de la main-d’œuvre	45,60 €	6,34 € 0,95 €
Coût annuel de la maintenance	68 €	43 €	25 €/an
Investissement
Coût de démontage		0 €/pce
Coût d’achat		20,71 €/pce 18,34 €/pce
Coût d’installation		10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce
Coût d’investissement		587,64 €
Temps de retour
		1 an et 7 mois
	* Prix en août 2014 Hypothèses : 0.299 kg CO2 / kWh et coût de l’énergie 0,17€/kWh Tous les prix sont HTVA

Le hall de réception mesure 6,45 m de long sur 6,8 m de large. Sa hauteur sous plafond est de 2,7 m. Cet espace dessert cinq salles de réunion et est connecté à un couloir qui conduit aux autres locaux situés au rez-de-chaussée. Il n’y a aucune fenêtre donnant sur ce hall.

Le faux-plafond est constitué de dalles de faux-plafond de couleur blanche. Les murs sont peints en blanc et le tapis est gris foncé.

Hall de réception et spot Halogène

Le hall de réception est éclairé par 37 spots halogènes de 110 mm de diamètre total, contenant des lampes de 50 mm de diamètre, et  commandés par un interrupteur on/off.

La structure du faux-plafond permettait de modifier le nombre et la disposition des luminaires.

Rénovation

Après une étude par simulation ainsi que des essais sur site, deux types de luminaire ont été sélectionnés. Afin d’améliorer l’uniformité et l’effet d’éblouissement que les luminaires de type downlight peuvent générer, le nombre de luminaires installés a été augmenté mais leur flux lumineux a été gradué pour fournir les niveaux d’éclairement souhaités. Les luminaires ont été disposés selon le plan ci-dessous :

Plan de positionnement des luminaires après rénovation ( O Downlight de 24 W et o spot de 12,7 W)

Caractéristique des luminaires LED installés
Luminaires	Downlight	Spot
Diamètre	216 mm	85 mm
Illustration
Puissance	24 W	12,7 W
Flux lumineux	2 230 lm	655 lm
UGR	21,4	15,5
Efficacité lumineuse	93 lm/W	52 lm/W
Diagramme polaire

   

Hall de réception après rénovation

Éclairements

Les mesures d’éclairement de la situation initiale ont été prises ponctuellement à une hauteur de 85 cm du sol.  L’éclairement final a été mesuré selon une grille de 13 x 12 points.

Positionnement des luminaires et cartographie des éclairements
Situation initiale	Après rénovation – éclairage à 100%	Après rénovation – éclairage à 60%

Nous notons que les valeurs d’éclairement sont hautes mais que l’uniformité ne respecte pas strictement la norme européenne qui demande 0.6 minimum.

Une gradation du flux lumineux des luminaires à 60% permet un éclairement moyen de 535 lx, tout en gardant une uniformité de 0.45 (ce qui ne correspond pas à la valeur demandée par la norme). Nous verrons, en analysant les luminances et l’éblouissement que le fait de graduer les lampes permet de respecter la norme en terme d’indice d’éblouissement, qui n’est pas atteint pour un éclairage à 100%.

Éclairements réalisés	Après rénovation – éclairage à 100%	Après rénovation – éclairage à 60%
minimum sur le plan de travail : Emin	375 lux	240 lux
maximum sur le plan de travail : Emax	1357 lux	1165 lux
moyen sur le plan de travail : Emoy	803 lux	535 lux
Uniformité : Uo	0,47	0,45

Apparence visuelle, distribution des luminances dans le champ visuel et éblouissement

Luminances et UGR mesurées
Vue intérieure	Éclairage à 100%	Éclairage à 60%
Luminance maximum	180 000 cd/m²	90 000 cd/m²
UGR – vue 1	22,1	19,7
UGR – vue 2	21	18,3
UGR – vue 3	23,6	21

Plan de positionnement des luminaires et points de vue des mesures UGR

Calcul du temps de retour sur l’investissement

Le tableau ci-dessous donne le calcul précis réalisé pour évaluer le temps de retour sur investissement de la rénovation. On observe que ce temps de retour est de 9 ans et 4 mois, ce qui est beaucoup plus long que le temps de retour calculé lors du « uplamping », bien que l’économie d’énergie est un peu plus importante dans ce dernier cas (83 % pour 74 % dans le cas du « uplamping »).

Ceci est principalement dû au coût d’investissement qui est de plus de 10 fois le coût d’investissement nécessaire pour le « uplamping ». Néanmoins, l’économie d’énergie n’est qu’un des différents objectifs visés par cette intervention. L’amélioration du confort visuel  entre autres, a été en majorité, fortement apprécié par les occupants.

	Avant “Uplamping”	Après “Uplamping”	Économie
Énergie
Nombre d’heure de service	2 280 h/an	2 280 h/an
Puissance installée	1×50 + aux = 55 W	1×13 = 13 W 0,6×24 = 14,4 W
Nombre de pièces	37	10 15
Puissance totale	2,04 kW	0,346 kW	83%
Consommation	4 640kWh/an	789 kWh/an	3 851 kWh/an
Émissions de CO2	1,39 tonne/an	0,24 tonne/an	1,15 tonne/an
Consommation
	789 €/an	134 €/an	655 €/an
Coûts de maintenance
Durée de vie de la lampe	5 000 h	30 000 h 50 000 h
Prix de la lampe*	2,01 €/pce	75 €/pce 95 €/pce
Prix annuel de l’installation	34,00 €	57,00 € 133,00 €
Coût de la main-d’œuvre	10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce	15′ x 25 €/h = 6,25 €/pce
Coût total annuel de la main-d’œuvre	70 €	5 € 4 €
Coût annuel de la maintenance	104 €	199 €	– 95 €/an
Investissement
Coût de démontage		16 x 25€/h = 400 €
Coût d’achat		4 776 €
Coût d’installation		40h x 25 €/h = 1 000 €
Coût d’investissement		6 176 €
Temps de retour
		11 ans
	* Prix en août 2014 Hypothèses : 0.299 kg CO2 / kWh et coût de l’énergie 0,17€/kWh Tous les prix sont HTVA