Mesures d'éclairage à Genève

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Mesures d'éclairage à Genève

MOLINEAUX, Benoît, INEICHEN, Pierre, GUISAN, Olivier

Abstract

Une bonne connaissance de la distribution lumineuse du ciel est indispensable pour pouvoir répondre efficacement aux besoins en éclairage intérieur à partir de l'éclairage naturel. Le GAP l et le CUEPE2 font partie intégrante du International Daylight Measuring Program, IDMP, lancé par la Commission Internationale de l'Eclairage, c.I.E., en 1991. Dans ce contexte, nous mesurons depuis juillet 91 les paramètres de rayonnement, d'éclairement et de distribution lumineuse correspondant à une station de recherche du programme IDMP.

Parallèlement aux mesures nous étudions les modèles de conversion permettant de recalculer tous les paramètres mesurés à partir des seules mesures de rayonnement global et direct et/ou diffus, plus généralement disponibles dans toutes les stations météorologiques.

Ce petit fascicule explique comment nous avons établi des ciels moyens et des tableaux de fréquence d'observation à partir de nos mesures, il est accompagné d'une disquette contenant les fichiers décrits ici. Notre banque de données est malheureusement très incomplète en raison des problèmes nombreux que nous [...]

MOLINEAUX, Benoît, INEICHEN, Pierre, GUISAN, Olivier. Mesures d'éclairage à Genève . Genève : 1993

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l\i?}:ri_ltuËE

4, chi:ii.:in rie Cor_rches ct-t - 1231 CONici_iES _GENËVE

Mesures d'éclairage à Genève:

I. Ciels moyens mensuels

2. Ciels dynamiques journaliers

3. Fréquence d'occurence des paramètres d'éclairement

B.

MoTTNEATIX,

P. INpIcræN, o. GtIS.qN

Groupe de Physique Appliquée

centre universitaire _d'Etude

_des

^problèmes _{de I'Energie}

Rapport interne Juin

93

Introduction

Une

bonne connaissance

de la distribution

lumineuse

du ciel

est indispensable

pour

pouvoir répondre efiicacement

aux

besoins

en

éclairage

intérieur à partir de

l'éclairage

natJrel.

Le

GAPr et le

CUEPE2

font partie

intégrante

du

Internationaî

Daylight Measùng

^program,

IDMP, lancé par la

Commission

Internationale de

I'Eclairage,

C.Ï.E., en

1991.

Dans

ce contexte, nous mesurons depuis

juillet

₉₁ les paramètres de rayonnement, d'éclairement et de

distribution

lumineuse correspondant

à une station de recierche du

programme

IDMp.

Parallèlement aux mesures nous étudions les modèles de conversion

permettàt

de recalculer tous les paramètres mesurés à

partir

des seules mesures de rayonnemént global et direct etlou diffi;s, plus généralement disponibles dans toutes les stations météorologiqies.

Ce petit

fascicule explique comment nous avons établi des ciels moyens

et

des tableaux de fréquence d'observation à

partir

de nos mesures,

il

est accompagné d'une

disquette

contenant les fichiers décrits ici.

Notre

banque de données est malheureusement très incomplète en raison des problèmes nombreux que nous avons rencontrés avec les instruments encore au _{stade du} prototype.

Mesures

Les

mesures d'éclairement

et de

luminance couvrant

la

période _de

juillet 9l

à

juin ₉₃

_sont

résumées dans

le

tableau suivant. Tous les instruments _sà

trouvent

sur

le toit

d'ùn immeuble dominant la

ville

de Genève

(latitude

_46.2"

N,

longitude

6.lo E,

altitude 400 m). L'horizon ne dépasse pas 60 d'élévation

(voir

photo fish-eye du ciel

.n unn.*.).

Tableau

l. : Mesures

dréclairement

et de

luminance Paramètre Appareil

de

mesure

Périodes

non 1ngsu1{s(l)

Précision _de

I'appareil

Calibration

Global horizontal Krochmann 11.10.91-6.11.91 2Yo Q) Juin 91, Fév 93

Diffi;s

horizontal 1içe1(2)

tt.I0.9t-28.t2.9t

t3.8.92-t5.8.92

^{5o/o G)} Juin 91, Fév 93

Direct

plan suiveur(a) Krochmann,

Puis

Licor

⁽²⁾ I1.10.91-6.11.91 ₂

g _5yo?)

_{Fév 93}

Global vertical

NESW

Krochmann 11.10.91-6.I 1.91

20

⁽³⁾ Fév 93

Luminance du ciel Krochmann (l) _2o7o

e)

Juin 91, Fév 93

(r)

Les

périodes indiquées

sont

celles

où, suite à un

problème d'acquisition,

le

paramètre concerné

n'a pu être

mesuré.

Aucune

mesure

n'a pu être prise'pendant lej

^périodes

suivantes: t6'.7.9t-14.9.91, g.r2.9t-24.r2.9r, zô.tz.gt-t-61.g;,

12.02.92:24.2.g2,

' 21.4.92-t2.8.92,

20.10.92-9.3.93.

(2)

Le

support mobile des instruments mesurant

diffirs

et direct est un tracker Krochmann _sauf

du

I 1.10.91 au 28.12.91, tracker Eppley sans mesure du diffirs.

(3) Précision donnée par le fabricant.

(+) Cône d'ouverture soustendu par un Vz angle de 2.g5o.

lGroupe _de Physique Appliquée de l,Université _{de Genève} 2Centre Universitaire O etuae des problèmes _de I'Energie

La distribution

lumineuse

du ciel est

mesurée

en

145

points de la voûte

distribués selon Tregenza

[1]. ^Le

tableau suivant donne

la

hauteur

et le

décalage

en azimut

des

diftrents

points.

Le

scanner démarre toujours avec le premier point _ayant

lJ

même azimut que le soleil.

Le

scan dure entre 20 et 30s. Une caractérisation complète du scanner a été effectuée en 1992

l2l.Le

fabricant est intervenu plusieurs fois sur notre demanede pour modifier son appareil qui ne répondait pas aux spécifications données ni à celles de la c.I.E-.

Tableau

2: Position

des

points

de mesure de

luminance

Nos. des points

Altitude ["]

^{Décalage en}

Azimut

lol

1-30 6

t2

3 1-60

l8 t2

6l-84

_{30 15}

85-r08

42

t5

r09-t26

_{54 20}

127-138 66 30

t39-144

78 60

145 90

Toutes nos mesures

ont fait I'objet d'un contrôle de ^qualité _[3],

au

total environ l0%

des mesures de luminances

ont

été ainsi été déclarées douteuses

et

ne sont pas prises en compte pour ces moyennes.

Méthode de calcul

Toutes les moyennes

ont

été calculées à

partir

de valeurs prises entre 8h

et

18h, heure locale des horlogep.

Le

changement de l'heure d'hiver

à

I'heure à'été

a

été

introduit

artificiellement entre les 36ème .1 37ème

jours

_et réciproquement entre 1s5 27gème

s12lÈmejours (soit

du 27

au28 Mars et

du27

au 28 _septembre pour _une année non bisextile).

Les

145 points _sont

toujours

mesurés avec le premier

point

centré sur I'azimut du soleil (pour

faciliter

les modélisations). Les ciels moyens sont estimés

pour

chaque

point

ayant

un

azimut fixe, le

point I

étant au Sud

(azimut:

180o), puis le balayageest compté vers l'Ôuest.

Pour

trouver

la luminance d'un

point voulu

avec azimut

fixe, la

moyenne a été prise entre les

deux points

mesurés

à la

même

hauteur et entourant le point voulu. Cette

moyenne est pondérée

par la

distance entre les

points

mesurés

et le point voulu,

avec I'hypothése que la luminance varie linéairement sur cette distance.

Pour chaque balayage mesuré,

un

scan avec azimuts fixes a donc été estimé, puis la moyenne entre ces scans

a

été reportée _{dans les} fichiers.

L'azimut et la

hauteur des points (en dégrés) sont donnés dans les fichiers.

La définition des ciels

clairs,

couverts et

intermédiaires

s'est faite selon les critères suivants:

. ciel clair: indice de clarté Kt' > 0.6 (voir [4], ^{ce seuil peu} élevé permet

d'inclure sufiïsamment

de

données

du matin qui seraient sinon

éliminées

en iaison de

voiles matinaux);

J

a a

ciel couvert: éclairement direct plan suiveur

<

100

Lux;

ciel intermédiaire: les autres ciels.

Fichiers

l. Ciels moyens mensuels

Une moyenne linéaire a été effectuée

pour

chacun des 145 points du ciel, pour tous les jours complets mesurés pendant

le mois. Les

nombres

de jours

concernés,

le

nombre

total

de balayages utilisés et l'écart-type observé

pour

chaque

point a

été reporté dans

le

fichier. Les mois mesurés deux

fois

sont reportés dans

le

même

fichier,

ce

qui fait

au

total

12 fichiers mensuels.

Noms desfichiers mensuels: SKYO7.ASC, SKY08.ASC etc,

Structure

des

fichiers

^mensuels:

L'exemple suivant est tiré du fichier SKY07.ASC,

les colonnes sont de largeurs fixes séparées par des blancs.

(Lvmoy:

luminance moyenne, sigma

= écart-type).

re ïe

Nb Nb

de jours :15

de balayages

No. Azi ht o o Lvmoy cd/m2 cd/m' sigma

Les

figures

^{du ciel sont en}

[cd/ml

^{et sont}

présentées

avec le Sud vers Ie haut

(point

no.I) puis

comptées dnns

le

sens inverse des aiguilles d'une montre avec I'Est à droite.

7

551

7

402

1

357

432

2965

2BB9

3043

1 180

⁶

2 1,92

⁶

3204

⁶

145 0 90 7944 4433

Exemple choisi:

Figurel:

Ciel moyen observé en Mars

Scarr tle la utrLite tt:rt/rrrfl 3656

B

3953 4346 481S 5359 5961 Ë6Al

?333 8Elg6

1B 59 Ët- a1 33 96

Et5 ËEt

5?

?5 96 43 4S

E+JJ

59 46 3Ë5Ë 3953

*985 9?6t

tEt65?

11596

l.

e5?5

66

JJ

sË s9 tE6 9?

I15 145 _\

2. Dynamique journalière pour les trois types de ciel

Une

dynamique

journalière _moyenne a été établie pour les ciels clairs, couverts

et intermédiaires pour les deux périodes étélhiver séparées par le changement d'heure. Toutes les mesures comprises entre I'heure

-

Yz et I'heure

+

^y2 (4 mesures par heure)

ont

été utilisées pour établir la moyenne de

la

luminance mesurée en chacun des 145 points (azimut

fixe)

à I'heure entière (heure locale des horloges).

La

dynamique journalière _est ainsi reportée

danj

o fichiers

(l

par période et par type de temps).

Noms des

fichiers: JCL-ETE.ASC,

JCO_ETE.ASC,

JMO ETE.ASC, soit,

dans I'ordre:

jour

type ciel clair été, ciel couvert été, ciel moyen (intermédiaire) été etc.

Exemples choisis: Les figures sont données toutes les 2 heures dans I'ordre de 8h à lBh.

I. I I I.

e g g

I.

'. I.

I. z e a

Figure 4: Dynamique journalière, période estivale, ciels clairs

4Ëû t

1ï61 e54e 3959 5S8$

?s9a 9$?$

15rS s8trÊ 6gs4 8ff8Ë 1496 *3t.6

?e56

I t

I. I

g a

z,

I t I I.

a

Ê E

Ë {Ë8

+68 13Ét_

r3Él e54E

e54A 395!r

s959 55A3

ESSS ?g!ta

?sga 9t?*

9$?S 1J-513

15lS 13A82 3Ètr9 lÉa34 6e34 tsstrE ss60 et{[gÉ 149Ë e{3rÉ

{1316 e?85Ë

?e56 -)

46fi tr

lsÉt e54g

55tg s959

?39e 93?3

tSIS SSEA

Ëe3{ SSEE

1496 43lË

?e5Ë

I t.

t I

e g

3,

5

E 4ËA

46û 1361

*ffit ^ËiÊfi

s!t59 55A3

55S3 ?398

"39e ^S3?3 93?S llsrS

+EËË iHEHA

6eslt ts8ËE s$Etr Atd96 I.496 Alt$t.Ë +Ë+Ê e?î56

1SË1 {tËs e54A 3959 55SS ?398 9S?3 1513 6e34 rsEa fi8trË 1496 4gt6

?e5Ë -l

1S61 4Ë*

e54E 3959

SSSg ?$$E

tI.5ts 93?3

lssEa tËe34

I.fiSEE

el49Ë

Ë431Ë g?Ê5Ë

-l

Figure 5: Dynamique journalière, période estivale, jours _couverts

Structure

des

fichiers de

^dynamique

journalière: L'exemple suivant est tiré du

fichier

JCL*ETE.ASC (npt:

nombre de points):

.Tour type ciel cl_air (Kt'

>

No. azi ht 8h

pt npt Lrrmoy sigma

1180

⁶

2L92

⁶

3244

⁶

7

4 2555 684

74 2350 609

74 2332 627

npt Lvmoy th

10r_ 4860

101_ 4106

101_

37

6I

npL Lrrmoy sigma

1-8h

11_3

s 1_

6s

^81,2

113 6083 tI79 11_3

7

637

177 9

14s 0 90

⁷

4 1806 111_s 101

33 98

1_1_3 2294 :-229

3. Fréquence d'occurrence des mesures d,éclairement

Les paramètres suivants ont étés triés:

.

éclairement global sur les quatre plans verticaux:

N, E,

S, W;

.

éclairement global et diffi:s sur le plan horizontal;

.

éclairement direct sur le plan suiveur

(1

aux rayons du soleil).

Le

nombre d'observations de chaque paramètre

et pour

chaque mois

a

été reporté

pour

les intervalles

("bins")

d'éclairement définis par

la C.LE. [1],

^Tableau

^3.

^Les

^sériei

^{de frèquence}

ont été générées mois par mois, pour les trois types de ciel.

Tableau

3.

rntervalles d'éclairement pour

les fréquences d'occurrence:

Nos des intervalles ou bins 1-10 I 1-18

t9-25

26 Taille de

I'intervalle lkluxl

¹ 5 10

Intervalle couvert

lkluxl

0-10 10-50 50-120

>r20

Noms

desfchiers

mensuels defréquence: FREQO7.ASC, FREeOS.ASC etc.

Structure des

fichiers

^de fréquence: L'exemple suivant est

tiré

du fichier FREQOT.ASC:

Nbre de jours :15

Nbre total de balayages z ⁴⁶⁸

No. bin : 1- 2 3 4 5 6 7 26

1". Ciels clairs : 357 balayages

GLOBALNORD : 0

⁰

DïRECT .:

P.

S. : 0

⁰

2. Ciels intermédiaires:

GLOBAL

NORD 0

000023

U

000

ô

50 balayages

01-

001,

DIRECT P.S.

000 221

61 balayages

L7 1 2

0 0 1

3. Ciels couverts:

GLOBAL GLOBAL GLOBAL GLOBAL GLOBAL

DÏFFUS

DÏRECT

NORD

^Z

EST

^:

SUD

^:

OUEST

^:

HOR.

^:

HOR.

^:

DC.t.u.

3 5 4 1 0 0 6L

5 3 4 6 1 1 0 2

4 5 3 1

1-

n

4 1

1-

1 1 0 T

3 z

)

3 3 0 4

)

4 6 2 z 0

5 4 3 4

L

L 0

0

U

0 0 0 0 0

Les figures suivantes illustrent les fréquences observées pour le mois de mars et deux types de temps:

7

I -.1 I

-lI I

-l

I I

I

+

I

I

T

I

I

I I

*t

I I

-l

I

-l

I I

ltlL -l -t*

tttttt r-

I -r-

ttt L ,1 _t_

ltl llt

I

+

I

r

I I

I

I I

T

I

_I

I

I

-l

I

J

I I

I

L

I I

t-

I

L

I

I

r

I

-.1 -

I

-T-I

I

-t_

I

ttll l- -l -t- ⁺ tllltttt l- I *r- T

lltlL J _I_.1 tttllttt l--l-r*T trtl

r

-l -t- T -t-

ttlt -t*

-r-

Ï

^-r-

_l_ tttr _t- tltttt lttl -r* _ltll⁺ -t- ^L

tttt

ll + _-t *

tt

I

t-

I I

t-

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I

L

I I

t-

I I

J-

I

t-I

(9a

c

o) .(l)È lr{

1

GLOBAL OUEST GLOBAL SUD

1

GLOBAL EST

GLOBAL NORD

GLOBAL HOR DIFFUS HOR.

DIRECT P.S, Fftlfilqf t.o raE 5t Ettft c lclo F F $l c\.t fft Ln $1 v E Ln sr !É E E a-q C] r\È E AE ('t

ûfenalle

_[khx]

EE(=E e(V

Figure 6: Fréquence d'occurrence des paramètres d'éclairement pour les ciels clairs du mois de J' Mars

540

(uo o

.(l)d

Ëtr

GLOBAL OUEST GLOBAL SUD GLOBAL EST

GLOBAL NORD

GLOBAL HOR DIFFUS HOR, DIRECT P.S.

n t\l fr'l q'Ln {g fL 6 g} Cl qf, (\! ôr (rt (-l lflËl tft cf,!n v E a EË E FE EEl.rT Lo r\ m æ o i nt

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ttttttt ltttttt llttttt

t* T--t - ^{t- -l} -t- T

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I I I

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I I -1 I I I -.+

I I

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I I

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I I

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rl

I

^I

Figure 7: Fréquence d'occurrence des paramètres d'éclairement pour les ciels couverts du mois de Mars

Soutien financier

Nos mesures ont pu être réalisées grâce au soutien financier de I'Office Fédéral de I'Energie, du Fonds National Suisse pour la Recherche Scientifique et de I'Université de Genève.

Réferences

[]. ^R.P.

^Tregenza,

^R.

^Perez,

^J.

Michaelsky,

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Seals,

Guide to

recomended

practice of

daylight measurement

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8th draft, C.I.E. TC 3.07 (1991).

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^{P. Ineichen,}

B.

Molineaux, PRC Krochmann sky scanner characterisation, aperture angle of normal beam photometers, Expert meeting tâche

XVII

de

I'A.I.8.,

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[3]. B. Molineaux, P.

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Perez,

Making

use

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thoroughly validated models

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quality control of daylight measurements, Submitted to Solar

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Seals,

A. Zelenk4 Making full

use

of the

clearness index

for

parametrizing

hourly

insolation conditions, Technical note, Solar

Energt 44(2) 111-ll4 (leeo).

Annexe: Photo et mesures du ciel prises

le

14 septembre 1992 à 15h14, heure solaire. L'azimut du soleil est en haut.

9