Gestion intelligente de la lumière du jour

Des mesures détaillées réalisées avec un éclairage à régulation en essaim dans un atelier de locomotives et de wagons des CFF à Zurich ont révélé un potentiel d’économie d'énergie de 95 pour cent sur l’éclairage.

Texte: Tobias Hofer, Astra-LED, Stefan Gasser, Association suisse pour l’éclairage SLG

La gestion sophistiquée de la lumière permet de réaliser des économies bien plus importantes que simple le remplacement des anciennes lampes fluorescentes par des LED. Le projet établit une référence en matière de meilleure norme pour les nouvelles installations d’éclairage dans l'industrie et d’autres utilisations avec un bon apport de lumière naturelle.

Il y a plusieurs ateliers et dépôts des Chemins de fer fédéraux suisses à proximité de la gare centrale de Zurich. Les locomotives, unités de traction et wagons y sont garés et entretenus. Les halls du Dépôt G d’environ 15 000 m² sont encore éclairés par de vieilles lampes fluorescentes qui sont allumées toute la journée. L’extension ouest d’une superficie de 540 m² reçoit beaucoup de lumière naturelle grâce aux jours zénithaux. Dans cette partie du dépôt, un éclairage LED très efficace avec un contrôle sophistiqué en essaim a été installé dans le cadre d’un projet pilote.

Éclairage en essaim dans un hall industriel

Grâce à l’éclairage régulé par l’électronique en essaim, l’éclairage artificiel est non seulement régulé en fonction de la présence de personnes et de la lumière du jour, mais il ne brûle que dans la pièce où il y a effectivement

du monde ou là où la lumière du jour n’est pas suffisante. L’éclairage artificiel suit les gens comme un essaim, de sorte que la lumière ne brûle à pleine puissance qu’à certains endroits. Cela permet d’économiser une énorme quantité d’énergie, comme le montre cet exemple.

Au total, 32 lampes LED intelligentes d’une puissance de 55 watts chacune de la société Astra-LED de Gossau ont été installées dans la zone de test examinée. Outre leur haute efficacité énergétique, les luminaires se caractérisent par des capteurs très élaborés et une électronique sophistiquée. Chaque luminaire est doté de ses propres capteurs de présence et de lumière du jour et est connecté à toutes les autres lumières via Bluetooth Mesh. Les luminaires peuvent être paramétrés via une application pour smartphone. De plus, une passerelle avec une connexion au réseau de téléphonie mobile est utilisée pour envoyer les paramètres et toutes les données mesurées au bureau du fabricant, lui permettant d’effectuer des réglages et des évaluations.

Analyse détaillée du potentiel d’économie d’énergie

Afin de documenter les avantages d’un éclairage connecté contrôlé par des capteurs, différents scénarios de réglages des capteurs ont été sélectionnés. Au total, onze périodes de mesure d’une semaine, entre janvier et mars 2024, ont permis de tester ces différents scénarios et de la comparer systématiquement avec la solution optimale, à savoir l’éclairage en essaim de présence et de lumière naturelle (scénario E).

Les mesures montrent les valeurs de consommation énergétique annualisées des cinq scénarios comparées aux valeurs de la norme SIA 387/4, version 2023.

L’illustration 1 montre la grande réduction de consommation d’énergie en fonction des paramètres sélectionnés du système d’éclairage intelligent. Les cinq scénarios sont comparés aux exigences de la norme SIA 387/4 «Énergie électrique dans les bâtiments – Partie Éclairage». L’état neuf non régulé des luminaires LED est exactement à la valeur SIA ce qui correspond à la valeur limite de la norme précédente de 2017. La détection de présence normale réduit la consommation de 20%, la détection de présence avec fonction essaim de 60 pour cent. La régulation de la lumière est plus efficace dans le hall bénéficiant d’un bon apport de lumière naturelle; elle permet d’économiser environ 80 %. Le réglage optimal du système d’éclairage avec contrôle de présence, de lumière du jour et régulation en essaim permet de réaliser près de 90% d'économies. Le remplacement des anciennes lampes fluorescentes par de nouvelles lampes LED n‘est pas pris en compte: si l'on considère l'ensemble, y compris le remplacement des lampes, la consommation d'énergie spécifique chute d'environ 20 kWh/m² à seulement 1,1 kWh/m², à savoir une réduction de 95%.

Extrapolé à l’ensemble du Dépôt G avec 15 000 m² de surface éclairée, cela entraînerait une économie d’énergie annuelle de 337 MWh/an. Avec un prix de l’électricité de 15 centimes/kWh, cela correspond à une économie annuelle sur les coûts énergétiques d’environ 50 000 CHF.

Mesures électriques complètes

Les résultats de l’étude de cas sont basés sur des mesures de puissance électrique à haute résolution. Dans chaque scénario, la puissance actuelle des 32 luminaires installés a été mesurée toutes les 90 secondes (total 60 000 mesures). Cela permet de créer des profils de charge pour chaque jour. Deux d’entre eux sont représentés dans l’illustration 2: le graphique rouge montre le déroulement du scénario A (uniquement minuterie) le 6 mars et la courbe verte montre le fonctionnement contrôlé de manière optimale six jours plus tard: 89% d’électricité en moins pour l’éclairage!

Il y a mesure de la lumière du jour et mesure de la lumière du jour L’exemple pratique présenté dans un hall bien éclairé par la lumière du jour montre les énormes économies réalisées, notamment grâce aux capteurs de lumière du jour parfaitement réglés.

La qualité de la mesure de la lumière du jour n’est pas satisfaisante avec de nombreux capteurs disponibles dans le commerce. Les capteurs mesurent normalement la luminance du plafond directement sous le capteur et l’utilisent pour déterminer un éclairement sur la surface de travail.

Cependant, dans la mesure où la zone située sous le capteur peut être claire ou sombre et où il peut toujours y avoir d’autres objets sous le capteur, notamment dans les ateliers, la conversion de la luminance mesurée en lumière du jour dans la pièce est très imprécise. Cela entraîne une régulation de la lumière moins efficace et fait ainsi perdre un grand potentiel d’économies.

Dans l’exemple présenté ici, une mesure de la lumière différente, beaucoup plus efficace, est utilisée. Ce n’est pas la luminance au sol qui est mesurée, mais plutôt la luminosité globale de la pièce. Et, la lumière du jour ayant un spectre lumineux différent de celui des lampes LED, elle est mathématiquement extraite de la lumière totale et le besoin exact de lumière artificielle est déterminé. Le résultat est une mesure de la lumière nettement plus précise, comme le montre l’exemple du dépôt G des CFF.