Mots-clé
(Allemand)
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TP0083;F-Gebäude
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Description succincte
(Allemand)
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Dispositifs d'éclairage intégrés à haute performance énergétique - Green Lighting
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Publications / Résultats
(Français)
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L’éclairage électrique est responsable d’une part importante de la consommation d’électricité des bâtiments, plus particulièrement dans les secteurs administratifs et tertiaires. L’intégration optimale de dispositifs d’éclairage naturel et artificiel, basée sur l’utilisation de sources lumineuses et de composants optique à haut rendement, permet d’envisager des stratégies d’éclairage plus performantes sur le plan énergétique. Les progrès technologiques considérables réalisés dans ce domaine, tant en matière de recherche (dispositifs anidoliques d’éclairage naturel, gestion bio-mimétique des installations techniques, etc.) que de développements technologiques (sources lumineuses à haute efficacité, luminaires à haut rendement, etc.), sont autant d’arguments en cette faveur.
Le projet vise ainsi à concevoir et à mettre en oeuvre un dispositif intégré d’éclairage naturel et artificiel susceptible d’atteindre une puissance spécifique effective inférieure à 3 W/m2. Il est envisagé pour cela de faire appel à des lampes à décharge de nouvelle génération (halogénures métalliques, tubes fluorescents à ballasts électroniques), à des luminaires à haut rendement (optique nonimageante, matériaux à haut pouvoir de réflexion), ainsi qu’à des dispositifs avancés de contrôle de l’éclairage artificiel (réseau de neurones artificiels, algorithme génétique). La comparaison des performances lumineuses de ce dispositif avec celles d‘une installation conventionnelle d’éclairage électrique, équipant un local de bureau identique, doit permettre de procéder à une validation expérimentale « in-situ » de ce dernier.
L’étude prospective des possibilités offertes en matière d’éclairage intérieur par de nouvelles technologies d’éclairage, telles que les diodes électroluminescentes (LED et/ou OLED) et les luminaires conçus à partie de l’optique non-imageante vient compléter ce projet. Ces activités constituent la contribution suisse à l’IEA ECBCS Annex 45 « Energy Efficient Electric Lighting of Buildings ». Elles s’insèrent plus particulièrement dans le cadre de la SubTask B « Innovative Technical Solutions » de ce programme de recherche, placé sous la responsabilité de l’Agence Internationale de l’Energie (IEA).
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Scartezzini,Jean-Louis
Linhart,F.
Gabrani,A.
Documents annexés
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Rapport final
(Allemand)
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Ziel des Green Lighting Projekts war es, ein hocheffizientes, integriertes Beleuchtungssystem basierend auf modernster Tages- und Kunstlichttechnik zu entwickeln. Die Lichtleistungsdichte dieses Systems sollte den Wert von 3 W/m2 nicht überschreiten.
Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass anidolische Tageslichtsysteme (engl. Anidolic Daylighting Systems (ADS)) eine ideale Grundlage für hocheffiziente, integrierte Beleuchtungssysteme sind. Solche Tageslichtsysteme sind nicht nur in der Lage, in Büroräumen über weite Teile der normalen Bürozeiten, bei verschiedenen Himmelstypen und über das gesamte Jahr eine adäquate Beleuchtungsumgebung (z.B. ausreichend hohe Beleuchtungsstärken) zu schaffen; vielmehr sind sie auch bei Büroinsassen sehr beliebt, vorausgesetzt dass geeignete Mechanismen zum Vermeiden von Blendungen vorhanden sind. Natürlich ist jedoch in jedem Fall zusätzlich elektrische Beleuchtung notwendig, um ein ADS zu Zeiten niedrigen Tageslichtflusses zu unterstützen. Im Rahmen dieses Projektes wurde gezeigt, dass die vorteilhaftesten Kompromisse zwischen Energieeffizienz und visuellem Komfort erzielt werden können, wenn für die elektrische Beleuchtung eine Kombination aus direktstrahlenden Deckenleuchten (Umgebungsbeleuchtung) und tragbaren Schreibtischlampen (temporäre Arbeitsbeleuchtung) verwendet wird. Als Leuchtmittel sind für die Deckenleuchten hocheffiziente Leuchtstoffröhren am besten geeignet, wobei weisse LED-Röhren eine interessante Option für die nähere Zukunft darstellen könnten. Für Schreibtischleuchten sind Kompaktleuchtstofflampen (sogenannte Energiesparlampen) oder weisse LED-Glühbirnen am besten geeignet.
Auf der Grundlage der aufgeführten Technologien wurde im Laufe der letzten drei Jahre ein hocheffizientes, integriertes Beleuchtungssystem mit extrem niedriger Lichtleistungsdichte entwickelt. Das System wurde in einem Versuchsbüro des „LESO Solar Experimental Building ― auf dem Campus der ETH Lausanne aufgebaut; es ist im Rahmen einer wissenschaftlichen Studie mit zwanzig Versuchspersonen eingehend getestet worden. Diese Studie hat gezeigt, dass das neue Beleuchtungssystem in der Lage war, die Arbeitsleistung und den subjektiven Sehkomfort der Versuchspersonen im Vergleich zur Standardbeleuchtung in diesem Büro deutlich zu verbessern. Unser neues, hocheffizientes Beleuchtungssystem führt im Versuchsbüro zu einer installierten Lichtleistungsdichte von 4.2 W/m2 und einer effektiven Lichtleistungsdichte von ungefähr 2 W/m2.
Zusammenfassend lässt sich also sagen: Das Green Lighting Projekt hat gezeigt, dass installierte Lichtleistungsdichten unter 5 W/m2 und effektive Lichtleistungsdichten unter 3 W/m2 heutzutage realisierbar sind, vorausgesetzt es werden moderne Tageslichtsysteme und hocheffiziente elektrische Beleuchtungssysteme in idealer Weise miteinander kombiniert. Anwendungen auf der Basis weisser LEDs können bereits heute in solchen Systemen zum Einsatz kommen; in naher Zukunft wird das Potential dieser Technologie ausserdem immer weiter wachsen. OLED-Anwendungen (OLED = engl. Abkürzung für organische lichtemittierende Diode) könnten auch eine interessante Option für zukünftige Beleuchtungsszenarien in Büroräumen werden, bis dahin wird es aber wohl noch einige Jahre dauern.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Linhart,F.
Scartezzini,Jean-Louis
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Rapport final
(Anglais)
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The objective of the Green Lighting project was to develop a High Performance Integrated Lighting System, based on advanced technologies for day- and electric lighting, achieving a Lighting Power Density (LPD) that does not exceed 3 W/m2.
The project has revealed that Anidolic Daylighting Systems (ADS) are an ideal basis for High Performance Integrated Lighting Systems. Not only are they able to provide adequate illumination (i.e. sufficiently high illuminances) in office rooms during large fractions of normal office hours, under various sky conditions and over the entire year, but they are also highly appreciated by office occupants at the condition that glare control mechanisms are available. Complementary electric lighting is, however, still necessary to back up the ADS at times when there is insufficient daylight flux available. It was shown during this project, that the most interesting trade-offs between energy-efficiency and visual comfort are obtained by using a combination of ceiling-mounted directly emitting luminaires with very high optical efficiencies for ambient lighting and portable desk lamps for temporary task lighting. The most appropriate lamps for the ceiling-mounted luminaires are currently highly efficient fluorescent tubes, but white LED tubes can be considered a realistic option for the future. The most suitable light sources for desk lamps for temporary task lighting are Compact Fluorescent Lamps (CFLs) and white LED light bulbs. Based on the above-mentioned technologies, a High Performance Integrated Lighting System with a very low LPD has been developed over the last three years. The system has been set up in an office room of the LESO solar experimental building located on the EPFL campus; it has been tested intensively during a Post-Occupancy Evaluation (POE) study involving twenty human subjects. This study has revealed that the subjects’ performance and subjective visual comfort was improved by the new system, compared to the usual lighting installation in this office. The High Performance Integrated Lighting System has an installed LPD of 4.3 W/m2 and an effective LPD of approximately 2 W/m2.
In conclusion, the Green Lighting project successfully demonstrated that installed LPDs lower than 5 W/m2 and effective LPDs lower than 3 W/m2 can be achieved today if advanced daylighting systems and efficient electric lighting components are integrated in an appropriate way. White LED applications can already be used nowadays in such systems; their potential in a short term will moreover continue to grow. OLED applications might also offer interesting options for the future, but this will still take several years.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Linhart,F.
Scartezzini,Jean-Louis
Documents annexés
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Rapport final
(Français)
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Le projet Green Lighting vise à concevoir et à mettre en oeuvre un dispositif intégré d’éclairage naturel et artificiel, susceptible d’atteindre une puissance spécifique d’éclairage effective inférieure à 3 W/m2.
Les composantes de base de ce dispositif sont des systèmes d’éclairage naturel à haute performance lumineuse, basés sur l’optique non-imageante (systèmes anidoliques). Ces derniers ont pour avantage d’offrir des niveaux d’éclairement très élevés sur le plan de travail, durant un grand nombre d’heures du jour et pour différentes conditions lumineuses extérieures, en cas de mise en oeuvre dans des bâtiments administratifs ; leur appréciation par les usagers est, par ailleurs, extrêmement favorable pour autant que des moyens de gestion de la lumière naturelle réduisant les risques d’éblouissement soient mis à disposition. L’installation d’un dispositif complémentaire d’éclairage électrique demeure toutefois indispensable, en vue de pallier en particulier à l’absence d’éclairage naturel lors de périodes hivernales et/ou en début et fin de journée. Il a ainsi pu être démontré dans la cadre de ce projet qu’une intégration optimale de ces systèmes, tant du point de vue de la consommation énergétique que du confort visuel, peut être réalisée par l’installation de luminairesplafonniers à haut rendement optique (mode d’éclairage direct) combinés à des dispositifs d’éclairage à la tâche (lampes de table) ; l’utilisation de diodes photo-luminescentes (LED), en lieu et place de tubes fluorescents à haute efficacité lumineuse, est certainement envisageable dans un futur proche, en ce qui concerne les plafonniers. Elle est déjà possible aujourd’hui pour les lampes de table (5 - 7 W), dans une mesure presque comparable aux lampes fluorescentes compactes (9 - 11 W).
Partant de cette approche, un dispositif intégré d’éclairage naturel et artificiel, caractérisé par une très faible puissance spécifique d’éclairage, a été conçu et mis sur pied dans l’un des locaux de bureau du bâtiment expérimental LESO, situé sur le campus de l’EPFL. L’étude de son comportement a été menée à bien par le biais d’un suivi expérimental et de l’évaluation subjective et objective de ses performances globales effectuée à l’aide d’une vingtaine de sujets. Il a ainsi pu être démontré que des performances et des conditions de confort visuel supérieures ou égales à celles d’un système conventionnel d’éclairage peuvent être offertes par un tel dispositif intégré. Il est apparu, par ailleurs, qu’une puissance spécifique d’éclairage installée égale à 4.3 W/m2 pouvait être atteinte, ainsi qu’une puissance spécifique d’éclairage effective de 2 W/m2.
Le projet Green Lighting a ainsi permis de montrer que des puissances spécifiques d’éclairage extrêmement faibles - inférieure à 5 W/m2 pour la puissance installée et inférieure à 3 W/m2 pour la puissance effective – peuvent être atteintes par le biais de l’intégration de systèmes d’éclairage naturel à haute performance lumineuse et de dispositifs d’éclairage électrique à haut rendement. Des diodes photo-luminescentes, émettant en lumière blanche (White LEDs), peuvent, par ailleurs, déjà être mises en oeuvre dans de tels dispositifs: leur potentiel de développement à court terme est important. L’utilisation de diodes photoluminescentes organiques (OLEDs) n’est par contre pas envisageable à court terme et requiert encore un certain nombre d’années.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Linhart,F.
Scartezzini,Jean-Louis
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