Date : juin 2008

Auteur : B.J.

Source

  • Le froid alimentaire dans les magasins de vente de denrées périssables, A. Gac et W. Gautherin, Association Française du Froid (AFF), 1987 . Cfr feuilles photocopiées dans la farde « Energie+ 2008 Eclairage 1 » ou la farde « Energie+ 2008 Froid alimentaire  1 »
  • Recommandations relatives à l’éclairage intérieur des lieux de travail, Agence Française de l’Eclairage (AFE), 1993. Cfr farde « Energie+ 2008 Eclairage 1 » ou la farde « Energie+ 2008 Froid alimentaire  1 »
Commentaire
  • Le dernier exemple de la page sur l’utilisation des équipements permettant de réduire l’influence de la température sur le fonctionnement des lampes fluorescentes se base sur la technologie cool spot de Zumtobel et le logiciel de calcul FluxCalc disponible via le site de Zumtobel.
  • 30-03-2009 : Application des nouveaux styles de mise en page. Julien.
Passée sous antidote?
  • Oui

 

Influence de l’éclairage

Les luminaires, en plus de produire de la lumière, vont également dégager de la chaleur. Une grande partie de l’énergie consommée est transformée en chaleur et doit être évacuée par la machine frigorifique. Il y a plusieurs manières de limiter les apports thermiques de l’éclairage et ainsi de diminuer les consommations énergétiques des meubles frigorifiques.

Exemple.

Selon ouverture d'une nouvelle fenêtre ! l’AFF, un éclairage à incandescence assurant un niveau d’éclairement de 400 lux provoquera un accroissement de température de 1.5 à 3 °C pour les paquets de la couche supérieure selon les meubles. Un éclairage équivalent, réalisé à base de tubes fluorescents ne provoquera pas d’accroissement supérieur à 0.5 °C.

Toute l’énergie consommée par les lampes est transformée en chaleur par :

  • conduction (« par les solides »),
  • convection (« par les gaz, les liquides »),
  • rayonnement (lumière et autres radiations, infrarouge en particulier).

En fonction de la famille de lampes considérée, la répartition de ces divers apports sera différente. Il est essentiel de tenir compte de cette répartition pour éviter des élévations de température trop importantes.
Parmi les manières envisageables pour limiter ces apports thermiques, on peut par exemple :

  • faire appel à des lampes dont le spectre d’émission comporte une faible proportion d’énergie thermique infrarouge par rapport à la fraction utile d’énergie lumineuse ;
  • sortir le système d’éclairage de la zone de froid ;
  • limiter la puissance des lampes.

Choisir des lampes adaptées

Dans toutes les applications, il y a lieu de limiter les apports thermiques du système d’éclairage. Ceux-ci se paieront par une surconsommation au niveau de la climatisation et/ou des machines de froid alimentaire.
Deux caractéristiques permettent de choisir correctement le type de lampe à utiliser :

  • le rendement des lampes : fraction de la quantité d’énergie transformée en lumière ;
  • la composition du spectre d’émission : on choisira des lampes dont le spectre comporte une faible proportion d’énergie thermique infrarouge par rapport à la fraction utile d’énergie lumineuse.

Pour éviter un apport calorifique trop important, on réalisera le système d’éclairage à partir de  tubes fluorescents.

Lampes à incandescence

Ces lampes émettent un rayonnement infrarouge important (de l’ordre de 75 % de la puissance de la lampe). Comme les infrarouges et les rayons lumineux se réfléchissent en même temps, les lampes à réflecteur et les projecteurs intensifs vont provoquer des élévations de température très importantes dans l’axe du faisceau.
Les lampes à rayonnement dirigé dites à « faisceau froid » ou dichroïque » limitent le rayonnement infrarouge direct. Le miroir de ces lampes, conçu pour réfléchir la lumière, est transparent pour les radiations infrarouges indésirables. Lorsque l’on utilise ce genre de lampe, il faut s’assurer que le luminaire utilisé est susceptible de les recevoir, car, sans précaution, elles provoquent un échauffement supplémentaire de la douille, du câblage et de la partie arrière du luminaire.

Lampes fluorescentes et lampes à décharge (haute pression)

Ces lampes émettent une très faible proportion de rayons infrarouges courts. Par contre, les tubes à décharge des halogénures métalliques et des sodiums haute pression émettent une quantité importante d’infrarouges moyens. En ce qui concerne les lampes fluorescentes, on ne fera attention qu’aux niveaux d’éclairement très élevé qui sont les seuls à produire un effet thermique direct perceptible.
Si l’effet calorifique du rayonnement de ces lampes est relativement faible, la transformation en chaleur de l’énergie électrique consommée (lampe et ballast)  ne doit pas être sous-estimée. L’élévation de la température des parois du luminaire va transformer celui-ci en émetteur d’infrarouges longs susceptibles d’influencer la distribution thermique du local et/ou du meuble frigorifique.

Sources LED

Les lampes LED ne génèrent pas ou peu de rayonnement infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) dans le flux lumineux.
C’est la température de jonction qui influence le flux lumineux de la LED chip et donc son efficacité lumineuse. Les LED conviennent particulièrement bien pour les applications à basse température (surgélation, réfrigération, …) sachant que le flux lumineux augmente avec l’abaissement de la température de jonction. De plus, pour les basses températures, la durée de vie augmente.

Bilan énergétique de quelques lampes

Le tableau suivant donne les bilans énergétiques de quelques types de lampes.

Bilans énergétiques de quelques lampes (d’après C. Meyer et H. Nienhuis)
Type de lampe Conduction et convection [%] Rayonnement [%] Rayonnement lumineux [%] Puissance à installer par 100 lm [W]
UV IR
Incandescentes 100 W 15 75 10 10
Fluorescentes rectilignes 71.5 0.5 (1) 28 1.4
Fluorescente compactes 80 0.5 (1) 19.5 1.8
Halogénures métalliques 50 1.5 24.5 24 1.3
Sodium haute pression 44 25 31 1
(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

 

Exemple.

Par exemple si 2 500 lm doivent être fournis, les bilans énergétiques des différentes installations deviennent :

Type de lampe Conduction et convection [W] Rayonnement [W] Rayonnement lumineux [W]
UV IR
Incandescentes 100 W 37.5 187.5 25
Fluorescentes rectilignes 25.025 0.
175
(1) 9.8
Fluorescente compactes 36 0.225 (1) 8.775
Halogénures métalliques 16.25 0.487 7.962 7.8
Sodium haute pression 12.1 6.875 8.525
(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

 

Cet exemple montre bien l’intérêt d’utiliser des lampes à décharge. Leur faible coût d’achat, leur longue durée de vie, leur bon indice de rendu des couleurs font des lampes fluorescentes le choix le plus adapté.

Placer les systèmes d’éclairage à l’extérieur des meubles

Pour éviter de consommer inutilement de l’énergie (de l’ordre de 10 % de l’énergie de jour fournie par l’évaporateur), l’éclairage du meuble doit être prévu en dehors de la zone froide. D’une part, les lampes fluorescentes ont une mauvaise efficacité lumineuse à basse température, d’autre part, les luminaires sont des sources de chaleur. Comme dit précédemment, l’énergie électrique consommée par les lampes et les ballasts est transformée en chaleur. Pour cette raison on tentera au maximum de sortir les appareils des zones ou des meubles froids. Si le maître d’ouvrage se refuse à déplacer la lampe, il faudra tout de même essayer de sortir le ballast de la zone réfrigérée ou climatisée.
Dans la lutte contre les apports de rayonnements, les baldaquins de forme concave dont la face inférieure est recouverte d’un aluminium de type poli miroir non anodisé, peuvent être utiles.

Ces baldaquins interceptent une part importante de la lumière d’ambiance et il peut alors être nécessaire de faire recourt à un appoint d’éclairage. Ce complément peut être réalisé de manière confortable en utilisant comme réflecteur la sous face en aluminium du baldaquin.

Cela permet :

  • d’éviter l’influence de l’éclairage direct général,
  • d’utiliser un éclairage indirect,
  • d’éloigner les appareils des meubles,

À défaut d’un éclairage placé hors de la zone froide, limiter la puissance des lampes

La plupart du temps, les constructeurs de meubles frigorifiques utilisent des lampes fluorescentes. Le problème est que ce type de lampes a une basse efficacité lumineuse aux basses températures comme le montre la figure suivante :

Les pertes peuvent donc être très importantes :

  • plus de 40 % de perte si on utilise des tubes T8,
  • plus de 70 % de perte si on utilise des tubes T5.

De nombreux fabricants proposent des solutions permettant de limiter l’influence de la température sur le flux de la lampe.
Certains constructeurs proposent ainsi une sorte de douille qui se monte sur une des extrémités de la lampe fluorescente, celle désignée comme étant le point froid de la lampe. Il y provoque une élévation de la température.

Une autre solution consiste à utiliser un tube de protection qui va permettre d’augmenter la température ambiante autour de la lampe.

Si dans la pratique, le niveau d’éclairement est suffisant, alors il est possible de remplacer la lampe par une autre de puissance plus faible, mais équipée de ce genre de solution.

Exemple.

Soit une zone de froid positif (8 °C) équipé de tube T5 de 54 W (4450 lm à 25 °C). La faible température va influencer la lampe qui ne va émettre que 75 % de son flux théorique, soit un peu moins de 3500 lm. Une lampe de 35 W, équipée d’un dispositif permettant de combattre la baisse de la température fournira un flux équivalent.

Il est ainsi possible de gagner 19 W par lampe tout en assurant le même confort.