Leso-DIAL: outil d`aide à la conception en éclairage naturel
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1. d tendre les capacit s d analyse de ce logiciel Le but est d assister le design des ouverture d s les premi res phases du projet et de promouvoir une meilleure performance nerg tique et environnementale Concr tement le travail se focalisera sur les points suivants e Eclairage naturel e Calcul de l autonomie en clairage naturel pour diff rents climats europ ens e Prise en compte de la lumi re en provenance du soleil e _Incorporation de syst mes avanc s en clairage naturel e Estimation du confort visuel e Eclairage artificiel e Impl mentation d algorithmes simplifi s pour l valuation des strat gies d clairage artificiel des syst mes de contr le et d int gration avec la lumi re naturelle e Gains solaires rafra chissement passif e _ mpl mentation d un mod le d analyse nerg tique et d un pr dicteur de surchauffe e Base de donn es Extension de la base de donn es existante Les participants ce projet s lectionn s pour leur expertise dans ces diff rents domaines sont e he Martin Centre for Architecture and Urban Studies University of Cambridge coordinateur e Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne LESO PB ITB EPFL Switzerland e Fraunhofer Institute f r Bauphysik FhG IBP Stuttgart Germany e Netherland Organization for Applied Scientific Research TNO B e ESTIA sarl Lausanne Switzerland e ntituto de Engenharia Mec nica e Gest o Industrial INEGI Sao Mame2. des r sultats obtenus avec LesoDIAL et Superlite pour un certain nombre de configurations d atrium On peut remarquer que pour les valeurs de facteur de lumi re du jour inf rieures 5 les r sultats sont tr s similaires erreur lt 10 Par contre LesoDIAL est plus optimiste que Superlite pour les points situ s proximit des ouvertures valeurs lev es Une analyse d taill e montre que les valeurs moyennes sur l ensemble du local sont tr s proches pour les deux logiciels Malgr cette surestimation des valeurs maximum il appara t que LesoDIAL et Superlite donnent des r sultats tout fait comparables pour le calcul de l autonomie en clairage naturel Facteurs de lumi re du jour oi Q gt Oo Figure 6 Comparaison des valeurs de facteur de lumi re du jour obtenues avec LesoDIAL et Superlite pour diverses configurations d atrium 191 Quoiqu il en soit si l on garde l esprit que ce type d outil est principalement d di la prise de d cision phase d esquisse tudes pr liminaires etc la pr cision n est pas une fin en soi Il est plus important d avoir une information rapide sur une tendance plut t que d acqu rir une pr cision absolue sur un objet dont la forme finale est en cours d volution 5 D veloppements futurs Projet DIAL Europe Un projet europ en DIAL Europe a d but au 1er avril 2000 avec pour objectif de rendre LesoDIAL plus Europ en et
3. en fonction de ses caract ristiques est consid r comme concordant ou discordant par rapport la r f rence Les concordances et discordances partielles sont ensuite agr g es de fa on ce que la ressemblance globale soit exprim e avec un niveau de cr dibilit compris entre 0 et 1 Paule 1999 189 Les crit res de comparaison sont les suivants Typologie d ouverture indice d ouverture geom trie photom trie Si aucun des objets n est jug ressemblant relativement tous les crit res d observation le programme s lectionne les objets qui pr sentent une ressemblance partielle sur l un ou l autre des crit res Institut de Faihotoce de l nmverats de Mens Labo mars Bitre d acstcdaber i l rurren Fat Ad EST LL E L Figure 4 A gauche Affichage des ressemblances en ce qui concerne la photom trie du local d crit par l utilisateur Ref et l un des locaux stock s dans la base de donn es A droite Vue int rieure de l un des cas r f renc s dans la base de donn es Les caract ristiques principales du local sont affich es droite de la photographie copie d cran de LesoDIAL 4 2 Atrium Les atriums sont tr s fr quents dans certains pays par exemple la Scandinavie sp cialement pour les b timents administratifs Puisque la pr vision de la disponibilit de lumi re naturelle n est pas facile effectuer dans ce cas plusieurs utilisateurs nous ont de
4. les participants taient invit s noter les principales fonctionnalit s de ce dernier L chelle utilis e pour la notation tait de 1 Poor 5 Good Les fonctions les moins bien et le mieux not es sont expos es ci apr s dans les tables 1 et 2 ci apr s Cette proc dure d valuation permet d affirmer que LesoDIAL est tr s bien not par l chantillon d architectes interrog s La note moyenne de 3 72 sur un maximum possible de 5 repr sente une approbation de 74 4 Plus de la moiti des participants au test a spontan ment reconnu qu elle pouvait utiliser LesoDIAL dans la pratique courante 188 La possibilit d utiliser au choix des chiffres pr cis des termes linguistiques ou des notions 4 38 graphiques pour d crire le probl me est tr s utile Un outil informatique est plus utile qu un ouvrage de r f rence livre sur le m me sujet 4 38 Information sur les protections solaires Lexique 4 23 Facteurs de lumi re du jour r sultats graphiques et num riques 4 23 Fonction Diagnostic 4 15 Module Affectation 4 08 Information sur les menuiseries Lexique 4 00 Table 1 Fonctions les mieux not es notes moyennes Sujet Note 5 La prise de contact avec le logiciel n a pas pr sent de probl me particulier 1 92 Information sur les risques de surchauffe 2 15 G om trie en toiture 2 57 Information sur les risques d blouissement PTT Si vous avez besoin d une information vou
5. rences ASE 1989 Association Suisse des Electriciens Eclairage int rieur par la lumi re du jour Norme Suisse SN 418911 Z rich 1989 Bodart M 1997 LesoDIAL Validation report on daylight factor calculation Working document of the IEA SHC Task 21 ECBCS Annex 29 Daylight in Buildings Subtask C4 Simple design tools Universit Catholique de Louvain La Neuve Belgium BRE British Research Establishment 1996 Estimating daylight in buildings Part 1 amp 2 Digest 309 310 Building Research Station Garston Watford Hertfordshire WD2 7JR England Fontoynont M and Lafforgue P and Mittanchey R and Aizlewood M and Butt J and Carrol W and Hitchcock R and Erhorn H and De Boer J and Dirksmoeller M and Michel L and Paule B and Scartezzini J L and Bodart M and Roy G 1999 Validation of daylighting simulation programmes a report of IEA SHC Task 21 ECBCS Annex 29 DGCB URA CNRS 1652 ENTPE France Paule B and Compagnon R and Scartezzini J L 1995 Toward a new daylighting design computer tool Proceedings of the Right Light 3 Conference Newcastle England Paule B 1999 Application de la logique floue l aide la d cision en clairage naturel Th se N 1916 Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne Suisse Reynolds M 2000 Designing for Daylight and Energy Performance design support tool evaluated Environmental Design Dissertation M Phil in Environmental Design in Architecture King s Col
6. Leso DIAL outil d aide la conception en clairage naturel Bernard Paule Jean Louis Scartezzini Laboratoire d Energie Solaire et de Physique du B timent LESO PB EPFL CH 1015 Lausanne E mail bernard paule epfl ch Zusammenfassung Die Nutzung von Tageslicht in der Architektur stellt ein komplexes Problem dar Die zahlreichen Parameter die darauf einen Einfluss haben Geometrie Photometrie Umgebung usw machen Vorhersagen schwierig und unsicher Die Erfahrung hat uns jedoch gelehrt dass f r die Tages lichtplanung bereits Entscheidungen die in der ersten Planungs oder gar in der Entwurfsphase getroffen werden wichtig sind Das am LESO PB entwickelte Computerprogramm Leso DIAL ist dank vereinfachten Algorithmen f r die Berechnung der Verwendung von Regeln der Fuzzy Logik und einer Bedieneroberfl che die eine intuitive Handhabung zul sst dem Planer in der Entwurfsphase eine echte und leistungsf hige Hilfe Nach zweij hriger Nutzung und Weiterentwicklung behandelt dieser Artikel die folgenden Aspekte Einige Resultate der Validierung im Rahmen der IEA SHC TASK 21 ECBS ANNEX 29 Ergebnisse der Programmevaluation im Rahmen von praktischen Anwendungen Neue Funktionen und Entwicklungen Geplante Weiterentwicklung des Programms im Rahmen des europ ischen Programms DIAL Europe R sum La prise en compte de la lumi re naturelle dans l architecture est un probl me complexe Le nombre de param t
7. concerne les r sultats fournis b La comp tence des tudiants sur le domaine de l clairage naturel a t am lior e apr s l utilisation du logiciel La comparaison entre les r ponses aux questionnaires de connaissance Avant et Apr s l exercice montre que l utilisation de l outil se traduit simultan ment par une baisse significative du nombre de r ponses fausses et une hausse du nombre de r ponses correctes voir Fig 3 Range of recommanded g value for shading devices c Les utilisateurs ont consid r que la possibilit BEFORE d utiliser soit des chiffres soit des l ments graphiques ou linguistiques pour la description du probl me est tr s utile et efficace Number of Answers Figure 3 Comparaison du nombre de r ponses Justes et Fausses Avant et Apr s l utilisation du logiciel NA non r pondu RIGHT WRONG NA RIGHT WRONG NA O NO A O1 NN 3 2 Usage professionnel Une session d valuation aupr s d architectes britanniques a t r alis e par M Reynolds pour l Universit de Cambridge The Martin Centre for Architecture and Urban Studies Reynolds 2000 Des repr sentants de 13 bureaux d architecture dans la r gion de Cambridge ont particip cette tude La taille de ces bureaux variait de 1 plus de 20 architectes et le nombre moyen d ann es de pratique des individus interrog s tait de 18 9 ann es min 2 ans max 30 ans Rapidement inform s sur la manipulation du programme
8. de comparer certains des r sultats obtenus lors de ce travail On peut constater que le niveau de pr cision de LesoDIAL se situe dans la m me fourchette que les autres logiciels et peut donc tre consid r comme tr s satisfaisant Parois Noires Niveau Maquette BRE Superlite Genelux LesoDIAL Loo aoz 10 oo 101 1 13 7 13 3 12 95 13 4 L2 ass ass 1778 184 3 267 265 s 26 4 40 2 40 4 38 17 40 6 Ls oaas sa 6is 6e 6 es os ones o2 Niveau Maquette BRE Superlite Genelux LesoDIAL 0 19 1 15 3 15 38 17 1 23 9 20 19 73 21 Figure 2 Description de la 2 30 7 26 8 25 56 p maquette du British Research ge se sr 2 Establishment et comparaison 3 39 9 36 6 37 77 36 2 2 a a a a des r sultats obtenus par les i es 91 8 49 83 51 4 diff rents logiciels avec les 5 71 8 725 HoE HE mesures effectu es sur la e e a a a SE a maquette 6 94 4 64 5 100 2 2 Eclairage par atrium Les fonctionnalit s du logiciel ont r cemment t tendues de mani re prendre en compte les atriums Une proc dure de calibration a t utilis e pour comparer les r sultats de LesoDIAL avec ceux du logiciel Superlite voir 4 2 3 Evaluation 3 1 Enseignement Tout au long de la conception de cet outil plusieurs tests ont t conduits de fa on v ri
9. de de Infesta Portugal 6 Conclusions A la naissance du projet LesoDIAL l un des cueils viter absolument tait d essayer de construire un outil dont la vocation aurait t de produire la solution optimale Un tel outil aurait non seulement t inefficace cause de sa nature fortement r ductrice mais il aurait aussi t sans doute radicalement rejet par les architectes puisque reniant implicitement le r le intrins que de la cr ativit dans le design L exp rience a montr qu en essayant de rester le plus proche possible du mode de conception des architectes travail sur des solutions concr tes utilisation simultan e de chiffres de donn es graphiques et linguistiques lors de la description proposition de pistes pour optimiser le design gr ce la fonction diagnostic etc LesoDIAL est tr s bien jug par ses utilisateurs Ainsi le besoin d outils simples faciles utiliser et rapides dans le domaine de l clairage naturel est confirm Il semble que l volution de la r glementation et des exigences des utilisateurs aille dans le sens d une augmentation de la diffusion de ce type d outil Dans la r alit la demande des propri taires ou des gestionnaires de b timents en ce qui concerne une utilisation optimale de la lumi re naturelle est de plus en plus forte Tout ceci nous encourage poursuivre le travail accompli et tendre les fonctionnalit s de LesoDIAL dans le futur 192 7 R f
10. fier la simplicit la rapidit la familiarit ainsi que l intelligibilit de LesoDIAL Paule 1999 Il a t ainsi demand une centaine d tudiants de l EPFL et de l Ecole d ing nieurs et d Architectes de Fribourg de tester les diff rentes versions du logiciel et de r pondre un certain nombre de questions La proc dure d valuation tait la suivante e Un questionnaire de connaissances tait distribu en d but de s ance afin d valuer le niveau de comp tence des tudiants en mati re d clairage naturel 187 e Un exercice portant sur la description et le calcul des performances d un local tait ensuite r alis dans un temps limit e Le m me questionnaire de connaissance tait de nouveau rempli par les tudiants afin de v rifier si l utilisation du logiciel se traduisait par une am lioration de leur niveau de comp tence e Un questionnaire d valuation du logiciel tait enfin distribu l issue de la s ance pour recueillir l avis et les commentaires des utilisateurs propos du logiciel Cette proc dure a permis de faire ressortir les points suivants a L outil ne n cessite ni manuel d utilisation ni temps d apprentissage Les tudiants ont tous t capables d accomplir l exercice et de r pondre aux diff rents questionnaires dans la dur e impartie 2 heures Aucun probl me de compr hension n a t signal tant en ce qui concerne le fonctionnement du logiciel qu en ce qui
11. lege Cambridge Robinson D 1996 Energy model usage in building design qualitative assesment n Proc CIBSE A Building Serv Eng Res Technol 17 2 pp 89 95 Slowinski R 1997 La th orie des ensembles approximatifs et ses applications dans l aide la d cision Institut d Informatique Universit de Technologie de Poznan Poznan Poland 193
12. mand d adapter LesoDIAL de fa on pouvoir d crire des atriums et calculer les niveaux de facteur de lumi re du jour dans les locaux adjacents 4 2 1 Description L interface de description reprend la philosophie d velopp e dans les versions pr c dentes de LesoDIAL Pour chaque fa ade l utilisateur doit indiquer si la fen tre s ouvre sur l ext rieur ou sur un atrium La g om trie de l atrium est d crite soit en rentrant des chiffres pr cis soit en modifiant graphiquement les dimensions Les param tres photom triques peuvent tre saisis en s lectionnant des termes linguistiques voir Fig 5 Les param tres suivants sont pris en consid ration pour la description et le calcul Typologie de l atrium Hauteur largeur et profondeur de l atrium Position du local dans l atrium face x z Facteur de r flexion moyen des parois de l atrium Pourcentage d ouverture dans les parois Type de vitrage de l atrium verri re Faction de cadre menuiseries de la verri re Figure 5 Quelques exemples illustrant l interface de description des atriums 190 4 2 2 Calcul du facteur de lumi re du jour Pour calculer la composante r fl chie externe du facteur de lumi re du jour LesoDIAL consid re que la luminance des obstructions est proportionnelle la luminance de la portion de ciel obstru e pond r e par la facteur de r flexion de l obstruction BRE 1996 La figure 6 montre une comparaison
13. ont pas connus de mani re pr cise e Module Evaluation Calcul des niveaux de facteur de lumi re du jour et de l autonomie en clairage naturel sur le plan de travail split flux method e Diagnostic du local en vue d optimiser les performances en mati re d clairage naturel r gles de logique floue e Module Comparaison Acc s une base d exemples afin de comparer le choix de l utilisateur avec des configurations similaires cas r els ou pr simul s e Lexique Les principaux termes du vocabulaire de l clairage plus d une centaine sont pr sent s de fa on richement illustr e 2 Validation 2 1 Eclairage dans les locaux LESO Scale Model 1 10 Parois Noires x I I IUU IM I Photometry Cell Maquette Superlite Genelux Adeline LesoDIAL TE Walls 0 02 0 60 A 7 06 7 7 7 69 6 47 7 58 Floor 0 02 0 28 B 1 04 1 04 0 92 0 98 1 10 A 10 16 9 69 8 93 8 34 10 22 B 2 91 2 2 1 56 1 92 3 34 C 2 07 1 41 0 94 1 19 2 15 186 L une des activit s de l IEA SHC TASK 21 ECBCS ANNEX 29 Subtask C a consist en un travail de validation des principaux outils de pr diction de l clairage naturel en comparaison avec des mesures sur maquettes Fontoynont et al 1999 Les figures 1 et 2 montrent deux exemples de ce travail de validation et permettent
14. res en jeu g om trie photom trie environnement etc est si lev que la pr diction est d licate et incertaine L exp rience montre pourtant que ce sujet doit tre abord d s les premi res tapes de la conception voire m me lors de la phase d esquisse L exp rience de LesoDIAL logiciel d velopp au LESO PB montre que l utilisation d algorithmes simplifi s calcul et l application de r gles de logique floue optimisation combin es une approche intuitive interface permettent de proposer un outil r ellement efficace et utile aux concepteurs Apr s deux ann es de diffusion cet article fait le point sur l utilisation de LesoDIAL tant dans le milieu professionnel que dans l enseignement et pr sente les sujets suivants Quelques r sultats d une proc dure de validation r alis e dans le cadre de l IEA SHC TASK 21 ECBS ANNEX 29 Diff rents travaux d valuation du logiciel en situation r elle questionnaires Les nouvelles fonctionnalit s de l outils Les d veloppement futurs du logiciel dans le cadre du projet europ en DIAL Europe 185 1 Introduction Financ par l Office F d ral de l Energie et l Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne la conception du logiciel LesoDIAL a d but en 1995 Paule et al 1995 La troisi me version du logiciel est maintenant disponible en fran ais et en anglais La finalit de cet outil est de permettre aux concepteurs de tester rapidement le
15. s solutions qu ils envisagent de mettre en uvre tant d un point de vue quantitatif facteurs de lumi re du jour et autonomie en clairage naturel qu en ce qui concerne les aspects qualitatifs li s l utilisation de la lumi re naturelle confort visuel ad quation des protections solaires etc L id e de base de l outil est bien illustr e par les propos de Richens an easy System is one that can be quickly learnt Once learnt it should be possible to use efficiently without making a great number of mistakes without a great effort of concentration and without constant reference to manuals Finally skill once acquired should be readily retained so that the software is easy to come back to after an interval Simplicity has to be designed into a system and pervade its every aspects Paul Richens cited in Robinson 96 Sch matiquement le programme comporte les quatre modules suivants ainsi qu un Lexique e Module Affectation S lection de la ou des activit s principales devant se d rouler dans le local Edition des niveaux d clairement selon les recommandations de la Association Suisse des Electriciens ASE 89 e Module Description Description des param tres g om triques et photom triques du local l aide d l ments num riques graphiques et ou linguistiques Gr ce l utilisation d algorithmes de logique floue fuzzy logic il est possible de d crire le local m me si certains des param tres ne s
16. s vous r f rez naturellement au Lexique 2 92 Num rotation des fa ades 3 08 Table 2 Fonctions les moins bien not es notes moyennes 4 Nouvelles fonctionalit s 4 1 Base d exemples Il a t montr que le processus de conception architecturale est bas sur la r utilisation de solutions g n riques provenant soit de la propre exp rience des architectes soit de l analyse et de la r interpr tation de r f rences architecturale existantes D une mani re g n rale la possibilit de comparer diff rentes solutions est un moyen tr s efficace de souligner les points forts et les points faibles d un projet La principale volution entre les versions 1 et 2 du logiciel consiste en l adjonction d une base d exemples incluant 47 locaux r els et 40 locaux simul s Puisque le mode de calcul utilis dans LesoDIAL ne permet pas de produire d image r aliste des locaux simul s l id e tait de permettre au concepteur de comparer leur design avec des locaux similaires richement document s photos ou images r alistes plans coupes valeurs de facteur de lumi re du jour etc Le concept de relation de surclassement flou fuzzy outranking relation Slowinski 1997 qui permet de comparer des objets deux deux a t adapt pour trouver dans la base de donn es le ou les cas qui pr sentent des similitudes avec le local d crit par l utilisateur Chacun des objets est consid r crit re par crit re et
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