Date : création 18/03/2013

Auteur : Didier D et Olivier

Mise en page : Sylvie

 

Introduction

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.

Hall d’entrée

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 :

Caractéristique des lampes avant rénovation
Diamètre

50 mm

Tension 12 V
Puissance 50 W
Intensité lumineuse maximale 2000 cd
Température de couleur 3000 K
Indice de rendu de couleurs 97
Angle d’ouverture 36°

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

Hall de réception

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.

Caractéristique des lampes avant rénovation

Diamètre

50 mm

Tension 12 V
Puissance 50 W
Intensité lumineuse maximale 2000 cd
Température de couleur 3000 K
Indice de rendu de couleurs 97
Angle d’ouverture 36°

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