Efficacité énergétique : Éclairage salle de classe - TP STI2D

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Efficacité énergétique/ Eclairage salle de classe
Classe :
ECLAIRAGE SALLE DE CLASSE
Nom : ………………………..
Prénom : …………………….
Binôme : ……………………..
.............................
Date : .................................
NOTE OBSERVATIONS
OBJECTIF DE FORMATION
COMPETENC
ES ATTENDUE
O1 - Caractériser des produits ou des
constituants privilégiant un usage raisonné
du point de vue développement durable.
O5 - Imaginer une solution, répondre à un
besoin.
CO1.3. Justifier les solutions constructives d’un produit au regard
des performances environnementales et estimer leur impact sur
l’efficacité globale
CO5.7. Définir la structure matérielle, la constitution d’un produit
en fonction des caractéristiques technico-économiques et
environnementales attendues.
SAVOIRS
ET
SAVOIR-FAIRE ASSOCIES :
2.3.3. Conversion de puissance
Conversion électrique/Lumineuse.
4.3.3. Efficacité énergétique passive et active d'un produit
Rendement énergétique des équipements techniques du bâtiment.
Conception de fonctionnalités intelligentes à caractère domotique et
immotique.
PRE-REQUIS :
Aucun
SUPPORT / RESSOURCES
Logiciel Dialux / Maquette test éclairage
Structure html « Projet éclairage salle de classe »

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Efficacité énergétique/ Eclairage salle de classe
Problématique : L’efficacité énergétique dans notre lysée est nécessaire afin de limiter notre impact sur
l’environnement. Une part non négligeable de cette énergie est utilisée pour l’éclairement des salles de
classe afin d'assurer un confort visuel des occupants. Peut-on limiter nos besoins d’éclairement et/ou limiter
notre consommation énergétique pour cette utilisation dans notre lycée ?
Rappel
Le flux lumineux « ϕ » est la puissance lumineuse (quantité de lumière) émise par une source lumineuse
dans toutes les directions à la fois. Cette mesure est donc utile pour mesurer la luminosité réelle d'une source
de lumière « nue ». Il s'exprime en lumen.
L'intensité lumineuse « I » est la quantité de flux lumineux émise dans une direction donnée.
L'intensité lumineuse I est le flux émis ϕ par unité d'angle solide Ω.
Cette grandeur ne dépend pas de la distance d'observation .
Formule : I = ϕ / Ω
ΩΩ
Ω
Unités : I (candéla ,cd) , ϕ (lumen, lm) et Ω
ΩΩ
Ω (stéradian, sr)
L'intensité lumineuse "I" permet de caractériser les luminaires en indiquant sur un
graphe leur intensité lumineuse dans les différentes directions (pour une source lumineuse de 1
000 lumens = 1klm).
ACTIVITE A : Notions d’éclairagisme - généralités (20 min)
- A l'aide du chapitre "Grandeurs photométriques" et "Efficacité lumineuse", rappeler les définitions et les formules
importantes (avec unités) des deux grandeurs physiques suivantes:
L’éclairement « Ecl » ………………
Formule : Ecl = ?
Unités : Ecl ? , ϕ (lumen, lm) et S ?
L’efficacité lumineuse d’une lampe « Eff » ...................
Formule : Eff = ?
Unités : ?

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Efficacité énergétique/ Eclairage salle de classe
ACTIVITE B : Mesure de l’efficacité énergétique des lampes. (30 min)
Nous allons réaliser une étude comparative de l’efficacité énergétique de différentes technologies de lampes à notre disposition.
Mise en situation : La surface de la cellule représente 1/36 de la surface de la sphère autour de la lampe.
Une partie du flux lumineux est stoppée par le culot de lampe
S
cellule
= π .d² /4 = π . 0,0 4² / 4 =1,25 .10
-3
m² ≅ 0,00125 m² = 12.5 cm²
S
sphère
= 4. π .r² =4. π .0,06² = 0,0452m² S
sphére
/ S
cellule
= 36
Hypothèse : On estime que la cellule du luxmètre reçoit environ 1/34 de flux total
(couleur orange). La mesure de l’éclairement (en lux) qui est convertie en (flux lumineux
(lumen) est peu précise mais nous donnera un ordre de grandeur sur l’efficacité
énergétique des lampes testées.
- On vous demande de mesurer l’éclairement « Ecl » avec un luxmètre et la
puissance électrique « P
elec
» absorbée par la lampe avec une pince ampèremétrique.
Nota : La cellule de détection luxmètre devra toujours être à 6 cm de la source lumineuse.
- Calculer le flux total, l’efficacité lumineuse et déterminer la classe énergétique (A,
B,… E) pour chacune des lampes. Compléter le tableau. Voir item «efficacité lumineuse»
Type de lampe
Ecl
(lux) P
elec
(W)
Φ
cellule
= E
cl
x 0.00125
(lm)
Φ
total
= Φ
cellule
x 34
(lm) E
ff
= Φ
total /
P
elec
(lm / W) Classe énergétique
Incandescence
Fluo-compact
halogène
LED
- Quelle est la lampe la plus efficace énergétiquement ? Comparer avec la lampe la moins efficace.
- Après consultation de l’item « Les procédés d’éclairage » donner les autres avantages et l’inconvénient de cette lampe
performante.
Avantages :
Inconvénient :
ACTIVITE C : Modélisation et simulation éclairage existant dans la salle D15 (50 min)
Nous nous proposons d’identifier nos besoins réels d’éclairement artificiel et la répartition d’éclairement dans la salle D15
- Indiquer la valeur d’éclairement en Lux qu'il doit y avoir dans une salle de classe sur le plan de travail des élèves.
Voir item « éclairage nécessaire » E
classe
= ?
- Relever dans le tableau les dimensions utiles de la salle de classe et les informations importantes sur son éclairage.
Longueur (m) Nombre rangées de luminaires
Largeur (m) Nombre de luminaires par rangée
Hauteur (m) Nombre de lampes par luminaire
Hauteur (m) du plan de travail
par rapport au sol Espace entre les rangées de luminaire (m)
Espace entre les luminaires de la rangée ( m)
Neutre
Phase
U
L
W
a
c
+dc
I
L

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Efficacité énergétique/ Eclairage salle de classe
- En utilisant " Dialux light", modéliser la salle de classe avec le type de luminaire ci-dessous.
Voir item "la fiche guide de Dialux light".
- Luminaire Philips
- Catégorie luminaire : Encastré - Nom Famille : Impala TBS 160
- Catégorie lampe dans le luminaire : MASTER TL-D 4 lampes de 18W /840 (spécification technique IRC 80 Couleur 4000°K)
- Optique : type M6
- Facteur de maintenance :0,9 - Rotation luminaire = 0 °C (dans la longueur salle) - Plan utile de travail (voir tableau de mesurage)
- Suivre « procédure Dialux light» et enregistrer le fichier Dialux « salle D15.dlx » dans vos documents.
- Imprimer « le résumé » de la salle D15 sur l’imprimante du labo (feuille à compléter et à rendre en fin de séance).
Analyse des résultats « résumé salle D15 » :
- Sur le « résumé », identifier sur le plan utile de travail, la valeur moyenne, maxi et mini d'éclairement en lux.
Identifier clairement par des flèches sur le graphique d'éclairement (courbes isolux) les éclairements maxi et mini.
E
moy
= E
max
= E
min
=
- Spécifier si l'installation respecte bien le niveau d'éclairement recommandé E
classe
pour toutes les tables de travail de
notre salle D15. Entourer les 4 zones non respectueuses de l'éclairement recommandé.
- Mesurer le niveau d'éclairement (en lux) réel sur vos tables de travail avec un
« luxmètre » et reporter vos mesures dans le tableau ci-dessous.
(4 points de mesure imposés, voir figure ci-contre).
- Comparer vos mesures réelles d'éclairement sur le plan utile de travail avec la
modélisation de la salle de classe sur Dialux. Expliquer les différences constatées.
(Indiquer par des croix les endroits où vous avez lu les valeurs sur la simulation)
points Ecl. Réel (lux) Ecl. Simul. (lux) Explications
1
2
3
4
A partir du « résumé » imprimé, répondre aux questions suivantes.
- Pour le luminaire choisi, identifier le flux lumineux ( ou puissance d’éclairement) φ
φφ
φ (lm) des 4 lampes seules (sans
le luminaire) et des 4 lampes avec le luminaire. Que constatez-vous, expliquez cette différence ?
φ
φ φ
φ
(sans luminaire)
= φ
φ φ
φ
(avec luminaire.)
=
- Identifier la puissance d’éclairement totale φ
φφ
φ
total
de la salle de classe avec les luminaires. φ
φφ
φ
total
=
- Identifier la puissance électrique P (w) du luminaire, d’un seul tube fluorescent dans le luminaire et la puissance
totale installée dans la salle D15 pour fournir cette éclairage.
P
lum
= P
tube
= total salle D15  P
totale
=
- Identifier la puissance installée spécifique électrique (W/m²) pour l’éclairement de la salle de classe. Quel est le
calcul réalisé par le logiciel Dialux pour trouver cette valeur ?

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Efficacité énergétique/ Eclairage salle de classe
Activité D : Évaluation de l’énergie consommée par l’éclairage et amélioration (30 min)
Nous allons simuler la consommation énergétique sur 1 an pour notre éclairage existant. Naturellement fort de notre
expérience avec les lampes LED on se propose d’évaluer le bénéfice sur la consommation énergétique et la qualité
d’éclairement si on remplaçait les lampes fluorescentes par des lampes LED avec ou bien sans dispositif automatique
de contrôle des lumières en fonction de la lumière du jour.
- En utilisant « Dialux 4.10 », charger le fichier Dialux « Salle D15 2020.dlx» et sauvegarder le dans vos documents.
Emplacement: > Dos sup S > STI2D > i2D Ingénierie et Développement Durable >1sti2db> Projet éclairage 2020 FV> Files > Documents >
- Vérification préliminaire : Dans l’onglet « Luminaire –disposition » vous pourrez changer le type de luminaire
(relancer le calcul d’éclairage) . Capturer et comparer les graphiques en fausses couleurs de la salle (avec visuel des fenêtres).
Philips FLUO TBS160 4xTL-D18W HFP M6 Philips LED BBS464 W60L60 1xLED48/830 AC-MLO
« Capture » « Capture »
Commentaire :
Scénario d’éclairage : Emplacement Marseille, lieu de formation « Espace pour activité de groupe », temps de service de jour et de nuit estimés
pour éclairage d’un lieu de formation, système de pilotage manuel (sans contrôle automatique de présence).
Pour le dernier mode d’éclairage : contrôle éclairage selon luminosité naturelle
- Selon le scénario d’éclairage ci-dessus, dans l’onglet « évaluation d’énergie » du projet « « salle D15 2020 »,
procéder à l’évaluation des énergies pour les trois modes d’éclairage (voir tableau). Prévoir des sauvegardes de votre travail.
Pour répondre aux questions suivantes, vous compléterez le tableau ci-dessous.
- Récupérer la puissance totale électrique installée, la consommation électrique annuelle et la consommation
conventionnelle électrique pour l’éclairage de la salle D15 .
- Calculer l’énergie nécessaire pour éclairer les salles de classe du lycée (100 pièces identiques) et calculer les coûts
pour l'éclairage du lycée sur une année (Coût électrique 0,14 € /kWh).
- En déduire les économies réalisées selon les modes d’éclairage LED utilisés.
Mode
d’éclairage
Puissance
installée
(W)
Consommation
énergétique
Salle D15
(kWh/an)
Consommation
énergétique
conventionnelle
(kWh/an . m²)
Consommation
Energétique
Lycée
(kWh/an)
Coût total
(€)
Economie par
rapport à
l’existant
(€)
Tube Fluo
pilotage manuel
existant
LED
pilotage manuel
LED
pilotage manuel + contrôle
automatique zone éclairée
selon lumière du jour.
- Imprimer le projet final en pdf (avec contrôle de luminosité) et commenter les résultats mensuels d’évaluation
d’énergie. Faire capture pour appuyer votre argumentation.
Zone non éclairée par lumière naturelle
Zone éclairée par lumière naturelle
Installation d’un dispositif de contrôle d’allumage