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Ville de PANTIN Construction de l’

ECOLE DU CENTRE groupe scolaire zéro énergie et démarche HQE

NOTICE ECLAIRAGE NATUREL DCE 25 juillet 2008 Méandre, architectes 99 rue de Stalingrad 93100 Montreuil Tél 01 43 63 23 44 - fax 01 43 63 11 46 atelier.meandre@wanadoo.fr Atelier 122, paysagistes 99 rue de Stalingrad 93100-Montreuil Tél 01 48 46 0712 - fax 01 43 63 11 46 atelier122paysage@yahoo.fr

ALTO ingénierie, thermique et fluides 7 allée Newton 77420- Champs sur Marne Tél : 01 64 68 18 50 - fax 01 64 68 17 29 florence.cinotti@alto-ingenierie.fr

E.V.P. ingénierie, structure béton 80 rue du faubourg Saint-Denis 75010-Paris Tél 01 40 26 15 97 - fax 01 40 26 15 98 evp@evp-ingenierie.com

ATPI, bet VRD 4 rue des frères Lumière 78370 Plaisir Tél 01 34 81 29 59 – fax 01 30 55 22 35 bet.atpi@wanadoo.fr

Anglade Structure Bois 46 rue Arago 66664-Port Vendres Tél 04 68 98 07 12 – fax 04 68 98 07 13 anglade.bois@wanadoo.fr

Acoustique Vivié & associés 75 rue de l’Eglise 75015 Paris Tél 01 45 58 30 13 – fax 01 45 57 40 56 herve.pereira@acoustique-vivie.fr

Cabinet Poncet, économiste 7 rue de l’Artisanat 42390-Villars Tél : 04 77 32 35 13 - fax 04 77 38 97 63 cabponcet@wanadoo.fr

Novorest Ingénierie 68bis rue du capitaine Dreyfus 93100 Montreuil Tél 01 48 58 91 00 – Fax 01 48 58 91 10 novorest@free.fr

Chacun des membres de l’équipe a une compétence « HQE » intégrée


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Mission de maîtrise d’œuvre - MOE Etude éclairage naturel

SOMMAIRE 1

PREAMBULE................................................................................................................................2

2

SIMULATIONS AVEC LES FAÇADES AU STADE APS ............................................................2

2.1 2.2

Modélisation ..................................................................................................................................2 Résultats : Facteur de lumière du jour normalisé .........................................................................3

3

OPTIMISATION DES BRISE-SOLEIL SUD .................................................................................5

3.1 3.2

Méthodologie .................................................................................................................................5 Résultats........................................................................................................................................5

4

CALCULS DE L’ECLAIRAGE NATUREL DANS LE BATIMENT A ...........................................6

4.1 4.2

Méthodologie .................................................................................................................................6 Résultats : Facteur de lumière du jour normalisé .........................................................................7

5

CALCULS DE L’ECLAIRAGE NATUREL DANS LE BATIMENT B ...........................................8

5.1 5.2

Méthodologie .................................................................................................................................8 Résultats : Facteur de lumière du jour normalisé .........................................................................8

6

CALCULS DE L’ECLAIRAGE NATUREL DANS LE BATIMENT C .........................................12

6.1 6.2

Bât C : Réfectoire à 80 cm du sol (APS).....................................................................................12 Bât C : Réfectoire à 60 cm du sol ...............................................................................................12

7

ANNEXE......................................................................................................................................14

7.1

Définition du facteur de lumière du jour (Daylight factor)............................................................14

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Mission de maîtrise d’œuvre - MOE Etude éclairage naturel

PREAMBULE Dans le cadre de la construction de l’école du centre de Pantin (93) et compte tenu de la volonté affichée du maître d’ouvrage de réaliser un bâtiment Haute Qualité Environnementale® (Cible 10 – Confort Visuel – traité en base), les ouvertures ont été étudiées de telle façon à obtenir un éclairage naturel optimal. Aussi, tout au long des études, le projet a-t-il profondément évolué (notamment au cours de la phase APD) afin d’apporter plus de lumière naturelle dans la majorité des pièces. Les espaces occupés de façon prolongée par les enfants bénéficient aujourd’hui tous d’un apport de lumière naturelle conséquent. Cette note récapitule toutes les études réalisées et dispositions qui ont été prises. Les calculs ont été réalisés avec Radiance suivant la méthode de calcul normalisé des FLJ par ciel couvert standard CIE (voir détail en annexe) et pour un plan de travail à 60cm au dessus du sol.

2

SIMULATIONS AVEC LES FAÇADES AU STADE APS

2.1

Modélisation Le modèle avait été établi sur la base des éléments du concours l’enveloppe (ossature bois d’une épaisseur total 37 cm équipée de triple vitrage dont la transmission lumineuse est de 70%).

Vues du modèle

Salle considérée l’étude

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pour

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2.2

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Résultats : Facteur de lumière du jour normalisé Dans un premier temps nous avions étudié la salle selon la façade du projet et selon plusieurs possibilité d’éclairage en imposte coté couloir. Cas1 : Sans imposte coté couloir

Cas2 : Avec imposte de 50cm au dessus de la porte et brise-soleil devant la façade Sud.

Surface avec FLJ>2%=25%

Surface avec FLJ>2%=25%

Cas3 : Avec imposte de 50cm sur toute la longueur de la salle et brise-soleil devant la façade Sud.

Cas4 : Idem cas 3 sans les brise-soleil devant la façade Sud.

Surface avec FLJ>2%=25% Surface avec FLJ>2%=25% Les résultats n’étaient pas satisfaisants si bien que les façades ont évolué fortement vers des vitrages filants, tout en essayant de minimiser les déperditions thermiques. Dans un premier temps les calculs avaient été réalisés pour un plan de travail à 80 cm de hauteur, ce qui n’est pas le plus pertinent pour des enfants de classe maternelle et élémentaire.

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Une première piste d’amélioration avait été étudiée : avec vitrages filants. Cas5 : Façade vitrée à 100% sans imposte coté couloir.

Cas6 : Façade vitrée à 70%(allège de 90cm) sans imposte coté couloir.

Surface avec FLJ>2%=50% Surface avec FLJ>2%=50% Cas7 : Façade vitrée à 63%(allège de 110cm) sans imposte coté couloir.

Surface avec FLJ>2%=40% De fait de la profondeur des couloirs, de l’épaisseur du double mur et des brise-soleil l’option de l’aménagement d’imposte ne permet pas d’améliorer l’éclairage naturel dans les classes. Par contre l’augmentation de la surface vitrée cotée Nord permet une nette amélioration de l’éclairage naturel.

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OPTIMISATION DES BRISE-SOLEIL SUD

3.1

Méthodologie Nous avions travaillé à l’optimisation des brise-soleil de la façade Sud car ceux-ci ont une influence sur le calcul de l’éclairage naturel avec second jour. Du fait de l’usage du bâtiment A et de l’affectation des espaces situés en façade Sud nous avions optimisé les brise-soleil pour avoir une protection optimum les mois de mai, juin, et septembre. La façade étant plein Sud dans un léger renfoncement l’étude du diagramme solaire nous av ait permis de déterminer l’exposition de la façade optimum pour une altitude solaire maximum de 40°.

Septembre

3.2

Résultats L’application de cette optimisation aux deux variantes (équivalentes d’un point de vue thermique) définies par l’architecte est présentée ci-dessous.

40°

Variante Brise-soleil larges

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Variante brise-soleil resserrés

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CALCULS DE L’ECLAIRAGE NATUREL DANS LE BATIMENT A

4.1

Méthodologie Les éléments suivants ont été pris en compte : - Prise en compte des vitrages filants en façade Nord, - Réduction du débord de toit Sud (mise en conformité avec les plans), - Modification des brise-soleil en façade Sud (voir chapitre précédent), - Étude de l’apport d’un éclairage en second jour coté circulations Sud. - plan de travail à 60cm au dessus du sol. - enveloppe est en ossature bois d’une épaisseur totale de 37 cm équipée de triple vitrage dont la transmission lumineuse est de 70% - Le vitrage filant en façade Nord est de 2,2m mètres de haut avec une allège de 60cm.

Coupe sur vitrages filants

Salle considérée pour l’étude

Vue Nord Remarque : Le dernier étage n’a pas été modifié ici pour mémoire de l’ancienne façade

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4.2

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Résultats : Facteur de lumière du jour normalisé Cas1 : Sans second jour

Cas2 : Avec second jour et sans brise-soleil

Surface avec FLJ>2% (en vert)=75%

Surface avec FLJ>2% (en vert)=92%

Cas3 : Avec second jour et petits brise-soleil

Cas3 : Avec second et grands brise-soleil.

Surface avec FLJ>2% (en vert)=75%

Surface avec FLJ>2% (en vert)=75%

La présence des brise-soleil pénalise le second jour mais l’apport en lumière naturelle est satisfaisant sans cela grâce aux vitrages filants en façade Nord. Les protections solaires peuvent alors être l’une ou l’autre des deux variantes. L’éclairage étant satisfaisant sans second jour, cette option n’a pas été retenue pour la bâtiment A.

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CALCULS DE L’ECLAIRAGE NATUREL DANS LE BATIMENT B

5.1

Méthodologie Les calculs ont été réalisés avec Radiance suivant la méthode de calcul normalisé des FLJ par ciel couvert standard CIE (voir détail en annexe) et pour un plan de travail à 60cm au dessus du sol dans les salles de classe et 80cm pour la salle à manger.

Vue Nord

Vue Sud-Est 5.2

Résultats : Facteur de lumière du jour normalisé

5.2.1

Bât B : Grande salle du RDC à 60cm du sol

Surface avec FLJ>2% (en vert) , la ligne pointillés indique la limite 2*(H-h) Cette salle a été conservée telle quelle, car comme elle est essentiellement utilisée l’été pour le centre de loisirs, augmenter le vitrage de celle-ci conduirait à des surchauffes.

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5.2.2

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Bât B : Salle de classe Niveau 1 à 60 cm du sol – façade nord Nous avons étudié la possibilité d’améliorer la lumière naturelle en fond de salle en réalisant un second jour. Nous avons étudié la possibilité d’améliorer la lumière naturelle en fond de salle en réalisant un second jour.

Salle classe étudiée

de

Vitrage filant Vue Nord Est

Vitrages de second jour

Vue intérieure

Sans second jour

Avec second jour de 2,2m à 2,8m

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Avec second jour de 1,6m à 2,2m

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Pour celles-ci nous proposons d’aménager des surfaces vitrées au niveau de la toiture végétalisée ce qui est très efficace comme on peut le constater sur la figure ci-dessous.

Salle Nord avec vitrage en toiture Malheureusement, pour des problèmes de mise en œuvre et de coûts, cette solution n’a pu être gardée et l’option des tubes solaires a été retenue (3 par salle de classe). 5.2.3

Bât B : Salle de classe façade Sud (Niveau 1 à 60 cm du sol) Nous avons étudié la possibilité d’améliorer la lumière naturelle en fond de salle en réalisant un second jour. Cela s’est révélé efficace pour la salle située au Sud car elle bénéficie directement de la lumière provenant des vitrages situés en partie haute de la circulation

Avec second jour de 2,2m à 2,8m

Vue depuis le couloir vers le Nord

Salle Sud avec second jour de 1,6 à 2,2m

Avec second jour de 1,0 à 1,6m Le second jour à de 1,6m à 2,2m est efficace pour améliorer l’apport de lumière naturelle.

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5.2.4

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Bât B : Salle d’activités du RDC (à 60 cm du sol) Pénalisé par le masque créé par les bâtiments localisés au Nord (en rouge ci dessous) le niveau de FLJ est faible pour les pièces les plus à l’Est (repère bleu ci-dessous). Aussi proposons nous de localiser la salle d’activité artistique en face de la faille (repère vert cidessous) et de l’équiper avec un tube conduisant la lumière (type solarspot ou équivalent) prenant la lumière au niveau de la toiture végétalisée.

SolarSpot

Les résultats de FLJ sont alors respectivement :

Salle d’activité artistique

Salle d’activité (repère bleu)

Cependant, pour éviter les croisements entre enfants de maternelle et d’élémentaire, la position initiale de la salle a été conservée à la demande de la maîtrise d’ouvrage.

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CALCULS DE L’ECLAIRAGE NATUREL DANS LE BATIMENT C

6.1

Bât C : Réfectoire à 80 cm du sol (APS)

Surface avec FLJ>2% (en vert) , la ligne pointillés indique la limite 2*(H-h) 6.2

Bât C : Réfectoire à 60 cm du sol En phase APS nous avions constaté que le réfectoire ne bénéficiait pas assez de lumière naturelle aussi avons nous introduit des sheds au centre de la salle à manger.

La zone colorée en vert correspond à un FLJ >1,5

Verre diffusant

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Verre diffusant

Avec puits de lumière vitrés en face Nord ,

Verre diffusant

Avec puits de lumière vitrés en face Nord et en face supérieure

Verre diffusant

Avec puits de lumière avec vitre inclinée face Nord

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7

ANNEXE

7.1

Définition du facteur de lumière du jour (Daylight factor)

Le facteur de lumière du jour représente, par ciel couvert standard CIE, le rapport entre la quantité de lumière (éclairement) disponible à l’extérieur et la quantité de lumière qui arrive effectivement dans le local.

D=

Ep E hz

[%]

Le FLJ est généralement mesuré à la hauteur du plan de travail, soit 0,85 m.

Outre le confort des usagers, l’optimisation des apports de lumière naturelle dans les locaux permet également d’économiser de l’énergie : la lumière apportée naturellement est « gratuite ». Les intérêts de l’éclairage naturel sont donc multiples : •

intérêt économique par la réduction des consommations d’énergie électrique : certaines études européennes montrent que l’on peut espérer un gain de 30 % sur la consommation électrique destinée actuellement à l’éclairage des bâtiments publics. Cette réduction contribue également à diminuer les gains internes produits par l’éclairage artificiel et donc les éventuels besoins en rafraîchissement,

intérêt environnemental par cette même réduction des consommations énergétiques,

intérêt psychophysiologique de la lumière naturelle pour les occupants.

Dans ce contexte, l’enjeu est d’optimiser la quantité d’éclairage naturel reçue (estimée par le calcul du Facteur de Lumière du Jour ou FLJ), tout en évitant les problèmes liés à la présence de parois vitrées, à savoir l’éblouissement et la surchauffe (ce dernier point ne fait pas partie de la présente étude).

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