PEB – Eclairage dans les bâtiments tertiaires

Parution : février 2011

La consommation des installations d'éclairage représente près de 35 % de la consommation énergétique primaire des bâtiments tertiaires. Ce pourcentage étant loin d'être négligeable, l'éclairage a été introduit dans le calcul de la PEB des bâtiments non résidentiels. Cependant, il ne concerne actuellement que les bureaux et les écoles.
Cette importante consommation énergétique est le fait d'installations de qualité moyenne et du manque d'intérêt de l'utilisateur pour une gestion intelligente. En optant pour une installation d'éclairage de qualité et pour un système de gestion automatisé adapté, on peut réduire de façon significative la consommation énergétique.

Fig. 1 Eclairage des bureaux.
Fig. 1 Eclairage des bureaux.
Fig. 2 Eclairage des écoles.
Fig. 2 Eclairage des écoles.

Principe
Réglementation PEB
Rôle de l'auteur de projet et de l'entreprise en charge des travaux
Bibliographie
Avertissement
Annexe

1. Principe

La réglementation PEB vise à limiter la consommation énergétique des installations d'éclairage en favorisant la réduction de la puissance installée (1) et de la puissance consommée (2).

Bien que toutes les installations d'éclairage artificiel soient énergivores, la PEB ne prend pas en compte tous les types d'éclairage. Elle considère les installations fixes d'éclairage, mais pas l'éclairage de secours (éclairage antipanique, éclairage d'évacuation, …), ni l'éclairage extérieur au bâtiment (éclairage des zones extérieures de parking, éclairage architectural des façades, …), ni l'éclairage portable (luminaires d'appoint, lampes de bureau, …).


(1) Puissance installée : somme des puissances nominales des différents luminaires d'une même installation [W/m²].
(2) Puissance consommée : puissance réelle qui est délivrée aux luminaires, donc effectivement utilisée [W].

A. Eclairage en plafonnier
A. Eclairage en plafonnier
B. Eclairage mural
B. Eclairage mural
C. Eclairage encastré dans le sol
C. Eclairage encastré dans le sol
Fig. 3 Luminaires pris en compte dans le calcul de la PEB.

A. Eclairage de secours
A. Eclairage de secours
C. Eclairage portable
C. Eclairage portable
B. Eclairage extérieur
B. Eclairage extérieur
Fig. 4 Luminaires non pris en compte dans le calcul de la PEB.

1.1. Valeurs par défaut et puissance installée

La méthode de calcul de la réglementation PEB utilise une valeur de puissance installée par défaut de 20 W/m² pour 500 lx (lux). Cette densité de puissance élevée pénalise le niveau E. Pourtant, il est possible d'assurer un bon éclairement avec des puissances plus faibles. Par conséquent, il est conseillé de calculer le niveau E sur base de la puissance réelle installée.

1.2. Réduction de la puissance

Il est possible de réduire la consommation d'énergie, soit en jouant sur le nombre de luminaires installés et leurs puissances nominales afin de réduire la puissance installée, soit grâce au système de gestion de l'installation d'éclairage afin de réduire la puissance utilisée. De ce fait, la réglementation PEB permet une prise en compte de la gestion du flux lumineux en fonction de la présence ou non d'un occupant et de la quantité d'éclairage naturel disponible.

1.2.1. Gestion du flux lumineux

1.2.1.1. Gestion du flux lumineux en fonction de la présence et de l'absence des occupants


Fig. 5 Capteur détecteur de présence.
Fig. 5 Capteur détecteur de présence.
Un facteur de réduction est pris en compte lorsque l'installation d'éclairage est munie d'un système de contrôle du flux lumineux en fonction de la présence et/ou de l'absence des occupants. Concrètement, ces systèmes de gestion de l'éclairage consistent en des cellules de détection de présence permettant, soit d'allumer le luminaire en cas de présence humaine, soit de réduire ou de couper le flux lumineux après un certain délai d'absence.

Une réduction de consommation de l'ordre de 30 % sera ainsi considérée dans la configuration la plus favorable (allumage manuel et extinction automatique). La réglementation PEB privilégie ces systèmes à condition qu'ils assurent un contrôle par luminaire ou groupes de luminaires. Un capteur doit contrôler une zone inférieure à 30 m² pour être pris en compte.

1.2.1.2. Gestion du flux lumineux en fonction de la lumière naturelle


Fig. 6 Capteur permettant une gestion du flux lumineux en fonction de l'éclairage naturel intégré à un luminaire.
Fig. 6 Capteur permettant une gestion du flux lumineux en fonction de l'éclairage naturel intégré à un luminaire.
Les systèmes qui gèrent le flux lumineux en fonction de la disponibilité de lumière naturelle sont eux aussi favorisés, d'autant plus s'ils assurent une gestion localisée. Le gain sera ainsi maximum (de 20 % dans la zone dite éclairée artificiellement à 40 % dans la zone dite éclairée naturellement) lorsque la surface contrôlée par le capteur est égale ou inférieure à 8 m².

A l'inverse, aucun gain n'est pris en compte lorsque la surface contrôlée par un seul capteur est supérieure ou égale à 30 m². Le choix de cette limite de 30 m² vient de l'impossibilité, du point de vue de l'efficience énergétique, de contrôler de très grandes surfaces à partir d'un seul capteur. Si la surface contrôlée par un capteur est comprise entre 8 m² et 30 m², le gain variera de manière linéaire, d'une part entre 20 % et 0 % pour la zone éclairée dite artificiellement et, d'autre part, entre 40 % et 0 % pour la zone dite éclairée naturellement.

Comme c'était le cas pour les systèmes de détection de présence, la PEB favorise les systèmes de contrôles par luminaires ou groupes de luminaires.

A. Principe de fonctionnement sous un ciel couvert
A. Principe de fonctionnement sous un ciel couvert
B. Principe de fonctionnement sous un ciel clair
B. Principe de fonctionnement sous un ciel clair
A. Principe de fonctionnement sous un ciel couvert
C. Système de gestion de l'éclairage naturel
Fig. 7 Gestion de l'éclairage artificiel en fonction de la disponibilité d'éclairage naturel.

1.3. Confort visuel

Si la réglementation PEB vise à une diminution de la consommation énergétique, celle-ci ne peut s'accompagner d'une diminution du confort visuel. Ainsi, réduire la puissance installée de 18 W/m² à 10 W/m² n'est pas une solution en soi si l'éclairement moyen à maintenir sur le plan de travail passe de 500 lx (comme recommandé par la norme NBN EN 12464–1 [1]) à 300 lx.
La PEB met en rapport le niveau d'éclairement à assurer (500 lx par défaut) et la consommation énergétique maximale.

1.3.1. Niveau d'éclairement

1.3.1.1. Niveau d'éclairement réalisé et variable auxiliaire L

La PEB prend en compte le niveau d'éclairement assuré afin de fixer la consommation caractéristique primaire et ce, en utilisant la variable auxiliaire L. Cette dernière est une image du niveau d'éclairement réalisé et se calcule au moyen des données photométriques des luminaires. Pour un local équipé d'un luminaire donné, cette valeur auxiliaire est fonction du flux lumineux des lampes et des codes flux CIE (.N2, .N4 et .N5) [4] de ce luminaire (ces codes flux CIE sont identiques aux codes flux CEN tels que définis dans la norme européenne NBN EN 13032–2 [3]).

Les codes flux sont l'image de la distribution lumineuse d'un luminaire et sont déterminés sur la base de la distribution spatiale du flux lumineux délivré par le luminaire en fonction de l'angle d'ouverture considéré.

Il est également possible de calculer le niveau L sur la base de simulations informatiques au moyen de logiciels reconnus par les Régions.

Le niveau d'éclairement permet d'adapter le niveau de consommation primaire maximum en fonction de l'éclairement réalisé. La consommation maximale d'énergie primaire autorisée d'un bâtiment scolaire équipé de nombreuses salles de dessin technique requérant un éclairement moyen à maintenir de 1000 lx sera ainsi supérieure à celle d'un bureau où seuls 500 lx sont nécessaires.

1.3.1.2. Niveau d'éclairement réglable

Les systèmes permettant de régler le niveau d'éclairement sont également pris en compte dans le calcul PEB (que ce soit par luminaire ou par groupe de luminaires) en fonction, par exemple, du vieillissement de l'installation, ceci de manière à ce que les occupants puissent travailler sous éclairement constant.

Par niveau d'éclairement réglable, il faut entendre les systèmes permettant de régler le niveau d'éclairement lors de l'installation à même le luminaire ou les systèmes manuels librement gérés par l'occupant.

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2. Réglementation PEB

La PEB considère, par défaut, que l'installation d'éclairage présente une puissance installée de 20 W/m² pour un niveau d'éclairement de 500 lx. Cette situation est toutefois défavorable. En effet si le concepteur utilise cette puissance par défaut dans ses calculs, il lui sera très difficile d'atteindre le niveau E imposé. Par conséquent, le calcul détaillé sur base de la puissance installée est conseillé. Ce calcul tend à avantager les luminaires qui présentent un rendement lumineux élevé. Il incite également le concepteur et l'installateur à faire attention :
  • au type de lampe utilisé : une lampe TL (lampe tubulaire) ou CFL (lampe fluocompacte) a un rendement lumineux plus élevé qu'une lampe à incandescence

  • à la qualité des optiques : la lumière doit être envoyée à l'endroit qu'il faut éclairer

  • aux consommations des éléments auxiliaires : la consommation du système de commande doit être limitée

  • au système de contrôle : un système assurant, par exemple, la détection de présence permet de limiter la consommation énergétique.
Tous les éléments précités sont pris en compte dans la PEB au travers de :
  • la puissance de la (ou des) lampe(s)

  • la variable auxiliaire L, fonction de l'éclairement réalisé

  • la consommation parasitaire des auxiliaires (qui n'est actuellement pas encore prise en compte)

  • les différents facteurs de réduction de la puissance installée en fonction du type et du système de gestion.
De manière plus concrète et comme explicité plus haut, les études de sensibilité ont montré que sans un éclairage énergétiquement efficient, il est quasi impossible de remplir les exigences du niveau E.
L'analyse de 50 bâtiments différents montre qu'il y a plus de 20 points de différence entre le niveau E calculé, pour une installation d'éclairage efficiente, selon que l'on prenne la méthode forfaitaire ou la méthode détaillée.

Il importe donc d'installer un éclairage énergétiquement efficient et, dans la mesure du possible, d'équiper les installations de systèmes de gestion du flux lumineux fonction de la présence et de la disponibilité de lumière naturelle.

Des valeurs de densité de puissance de 10 à 11 W/m² pour un éclairement de 500 lx sont l'objectif à atteindre, tandis que des valeurs supérieures à 12,5 W/m² pour 500 lx empêchent au bâtiment d'atteindre une bonne performance énergétique.

Il est possible d'améliorer le niveau E :
  • en augmentant le niveau d'éclairement pour une même puissance installée

  • en diminuant la puissance installée tout en gardant le même éclairement

  • en utilisant, à éclairement et puissance constants, des systèmes de gestion du flux lumineux en fonction de la présence et/ou de l'absence d'occupant

  • en utilisant, à éclairement et puissance constants, des systèmes de gestion du flux lumineux en fonction de la disponibilité d'éclairage naturel.
On peut évidemment combiner plusieurs de ces interventions.

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3. Rôle de l'auteur de projet et de l'entreprise en charge des travaux

Dans l'Infofiche 48.1 vous trouvez un aperçu général des tâches de chaque partenaire de l'acte de bâtir, pour autant qu'elles soient liées à la réglementation PEB. Nous avons vu que les luminaires et leur gestion sont les principaux paramètres pour le calcul PEB. L'entrepreneur doit donc être bien tenu au courant par l'auteur de projet des luminaires et systèmes de gestion retenus.

Vous trouverez ci-dessous des tâches plus spécifiques en lien avec cette Infofiche.

L'auteur de projet est normalement amené à :
  • dimensionner correctement l'installation d'éclairage de manière à assurer une limitation de la puissance consommée tout en assurant un confort visuel

  • spécifier de façon détaillée les caractéristiques des sources lumineuses et des luminaires à mettre en œuvre

  • préciser la position des capteurs et le mode de fonctionnement des systèmes de gestion mis en œuvre.
L'entrepreneur en charge des travaux est normalement amené à :
  • respecter scrupuleusement le cahier des charges et en particulier en ce qui concerne le choix des luminaires

  • demander l'autorisation de l'auteur de projet pour procéder à la pose de tout système ou élément de système en dérogation au cahier des charges

  • proposer des variantes ou améliorations ayant ou non effet sur la réglementation PEB

  • communiquer certaines informations à l'auteur de projet au sujet des produits mis en œuvre. Ce sera par exemple le cas des fiches techniques reprenant les données photométriques des luminaires mis en œuvre ou des systèmes de gestion.
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Bibliographie

1. Bureau de Normalisation
NBN EN 12464–1 Lumière et éclairage. Eclairage des lieux de travail. Partie 1 : lieux de travail intérieur. Bruxelles, NBN, 2003.

2. Bureau de Normalisation
NBN EN 12665 Lumière et éclairage. Termes de base et critères pour la spécification des exigences en éclairage. Bruxelles, NBN, 2002.

3. Bureau de Normalisation
 EN 13032–2 Lumière et éclairage. Mesure et présentation des caractéristiques photométriques des lampes et luminaires. Partie 2 : présentation des données utilisées dans les lieux de travail intérieurs et extérieurs. Bruxelles, NBN, 2005.

4. Commission Internationale de l'Éclairage
Calculations for Interior Lighting : Applied Method. Vienne, CIE, Rapport technique n° 52, 1982.

5. Commission internationale de l'Éclairage
The Measurement of Luminous Flux. Vienne, CIE, Rapport technique n° 84, 1989.

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Avertissement

Les Infofiches 'PEB & Métiers' ont été établies avec le plus grand soin. Le CSTC ne peut toutefois être tenu responsable des dommages qui seraient occasionnés par l'utilisation des renseignements qui y sont repris. Seules les Régions sont compétentes pour formuler un avis sur l'interprétation des réglementations.

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Annexe

A.1. Codes flux

Les codes flux sont l'image de la distribution lumineuse d'un luminaire. Ils sont déterminés sur la base des valeurs FC1, FC2, FC3, FC4, F et PHIS :
  • FC1, FC2, FC3, FC4 et F caractérisent le flux lumineux pour des angles solides de π/2, π, ¾ π, 2 π et 4 π. Cela correspond au flux lumineux délivré dans des cônes centrés sur l'axe principal du luminaire et des angles d'ouverture α de 41,4°, 60°, 75,5°, 90° et 180° (voir figures 8 et 9)

  • FC4, soit le flux lumineux émis dans l'angle solide 2 π, représente l'ensemble du flux lumineux émis vers le bas.

  • F, soit le flux lumineux émis dans l'angle solide 4 π, représente le flux lumineux total émis par le luminaire

  • PHIS correspond au flux lumineux total issu de l'ensemble des lampes du luminaire.
Fig. 1 Définition de l'angle solide.
Fig. 8 Définition de l'angle solide.
Fig. 2 Diagramme polaire.
Fig. 9 Diagramme polaire.

Angle du cône α 41, 4 ° 60 ° 75,5 ° 90 ° 180 °
Angle solide ω π/2 π ¾ π 2 π 4 π
Fig 10A Angles solides

Fig. 1 Définition de l'angle solide.
Fig. 10B Codes flux CIE.

A.1.1. Application à un cas concret
A.1.1.2. Cas d'un luminaire à composante directe (luminaire A)


Fig. 4 Eclairage direct : schéma de principe.
Fig. 11 Eclairage direct : schéma de principe.
Fig. 5 Diagramme polaire (luminaire A).
Fig. 12 Diagramme polaire (luminaire A).

  Lumen [lm]
FC 1 2535
FC 2 3730
FC 3 3755
FC 4 3760
F 3760
PHIS 5000
Fig 13A Données photométriques (luminaire A).
.N1 FC 1 / FC 4 0,67
.N2 FC 2 / FC 4 0,99
.N3 FC 3 / FC 4 1,00
.N4 FC 4 / F 1,00
.N5 F / PHIS 0,75
Fig. 13B Codes flux CIE (luminaire A).

Le luminaire A étant un luminaire direct, le flux lumineux émis vers le bas (FC 4 = 3760 lm) est identique au flux lumineux total émis par le luminaire (F = 3760 lm).

.N5 représente le rapport entre le flux lumineux total F émis par le luminaire et le flux lumineux émis par toutes les lampes du luminaire, soit l'image du rendement du luminaire (75 %).

A.1.2.2. Cas d'un luminaire à composante directe et indirecte (luminaire B)

Fig. 7 Eclairage direct et indirect : schéma de principe (luminaire B).
Fig. 14 Eclairage direct et indirect : schéma de principe (luminaire B).
Fig. 5 Diagramme polaire (luminaire A).
Fig. 15 Diagramme polaire (luminaire B).

  Lumen [lm]
FC 1 1733
FC 2 2292
FC 3 2305
FC 4 2309
F 3870
PHIS 4300
Fig. 16A Données photométriques (luminaire B).
.N1 FC 1 / FC 4 0,75
.N2 FC 2 / FC 4 0,99
.N3 FC 3 / FC 4 1,00
.N4 FC 4 / F 0,60
.N5 F / PHIS 0,90
Fig. 16B Codes flux CIE (luminaire B).

Le luminaire B étant un luminaire à composante directe et indirecte, le flux lumineux total émis par le luminaire (F = 3870 lm) est supérieur au flux lumineux émis vers le bas (FC 4 = 2309 lm).

.N5 représente le rapport entre le flux lumineux total F émis par le luminaire et le flux lumineux émis par toutes les lampes du luminaire, soit l'image du rendement du luminaire (90 %).

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Département 'Acoustique, Energie et Climat', CSTC