Introduction

Une fois la lumière émise par la lampe, quelle quantité peut-elle atteindre la surface de travail souhaitée ? Prenons l’exemple des luminaires d’intérieur : une partie de la lumière émise par une lampe industrielle atteint directement la surface de travail, une autre partie est réfléchie sur les murs et le plafond, puis réfléchie sur la surface de travail, tandis que le reste ne peut l’atteindre (comme sur une étagère). Le coefficient d’utilisation est le flux lumineux (qu’est-ce que le flux lumineux ?) atteignant la surface de travail divisé par le flux lumineux de la source lumineuse. En éclairage routier, on parle également de coefficient d’utilisation, mais il se présente généralement sous la forme d’une courbe de coefficient d’utilisation. En effet, dans ce domaine, il est nécessaire de prendre en compte la distribution de la lumière émise par la lampe dans les deux directions, côté rue et côté habitation. Cet article aborde principalement la notion de coefficient d’utilisation, sa courbe, les paramètres qui l’influencent, son importance et comment l’utiliser pour optimiser la distribution lumineuse et l’agencement des lampes dans des applications pratiques afin d’obtenir de meilleurs résultats d’éclairage. Poursuivons la lecture pour en savoir plus.

Qu’est-ce que le coefficient d’utilisation ?

Le coefficient d’utilisation, également appelé facteur d’utilisation, permet de déterminer l’efficacité lumineuse d’un luminaire dans une application spécifique. La formule de calcul du facteur d’utilisation est la suivante : coefficient d’utilisation = flux lumineux projeté sur la surface de travail / flux lumineux total de la lampe. Il mesure l’efficacité de la lampe à transférer l’énergie lumineuse vers la surface de travail dans une zone donnée. En éclairage intérieur, le facteur d’utilisation est influencé par des facteurs tels que la distribution spectrale, la taille de l’espace (indice de la pièce) et la réflectivité des différentes surfaces intérieures (murs, plafonds et sols). Idéalement, le facteur d’utilisation des lampes industrielles et minières utilisées pour l’éclairage intérieur peut atteindre 1, voire légèrement dépasser 1 ; en éclairage routier, le facteur d’utilisation est lié à des facteurs tels que les caractéristiques spectrales, l’angle d’inclinaison de la lampe et la longueur de la flèche, et se présente souvent sous la forme d’une courbe de coefficient d’utilisation. En éclairage intérieur, la méthode du lumen permet d’estimer approximativement l’effet lumineux (éclairement lumineux) après installation de la lampe. Cette méthode est également appelée méthode du facteur d’utilisation car elle utilise le paramètre du facteur d’utilisation. Sa formule de calcul est la suivante : Eav (éclairement moyen) = Φ (flux lumineux d’une lampe) x N (nombre de lampes) x CU (facteur d’utilisation) x K (facteur de maintenance) ÷ A (surface). Pour en savoir plus, consultez le blog ZGSM correspondant : Méthode de calcul du lumen et ses avantages.

Quels facteurs affectent le coefficient d’utilisation ?

Concernant le coefficient d’utilisation, des informations générales peuvent être obtenues à partir du texte mentionné dans la section précédente. Prenons l’exemple des luminaires industriels d’intérieur : lorsque la distribution lumineuse, la taille de l’espace et la réflectivité de la surface de la pièce sont différentes, la valeur du coefficient d’utilisation varie également. Voici le tableau du facteur d’utilisation (également appelé coefficient d’utilisation) des luminaires grande hauteur ZGSM Helios (En savoir plus sur les luminaires grande hauteur ZGSM Helios). Lorsque la lentille est différente, le coefficient d’utilisation (UF) de l’angle de faisceau de 60 degrés est de 0,82 pour k (indice de la pièce) = 0,6 et ρc = 0,8, ρw = 0,8 et ρf = 0,2, tandis que le coefficient d’utilisation (UF) de l’angle de faisceau de 120 degrés n’est que de 0,54. Plus l’angle de faisceau est grand, plus la quantité de lumière nécessaire pour traverser les murs et le plafond jusqu’au sol (zone cible) est importante. Lorsque la lentille est identique (120 degrés), la différence de réflectivité entre le mur, le plafond et le sol influence également la valeur du coefficient d’utilisation. Ces différences sont présentées dans le tableau. Lorsque la réflectivité et la pièce sont identiques, plus l’indice de la pièce est petit (Qu’est-ce que l’indice de la pièce ?), plus la valeur UF est petite. En effet, plus l’indice de la pièce est faible, plus la pièce est petite (ou longue et étroite). À ce stade, on peut imaginer qu’une grande partie de la lumière émise par le luminaire éclaire les murs environnants, ce qui entraîne une valeur du coefficient d’utilisation plus faible. Dans le cas des lampadaires, quels facteurs sont liés au coefficient d’utilisation (UF) ? ZGSM estime que cela est principalement lié à la distribution lumineuse, à l’angle d’inclinaison de la lampe et à la longueur du bras. Expliquons-les un par un ci-dessous.

Répartition lumineuse des lampes

La courbe de distribution lumineuse d’un lampadaire décrit les caractéristiques de distribution du flux lumineux dans l’espace, ce qui affecte directement le coefficient d’utilisation (CU) des lampadaires. En observant la distribution lumineuse, on peut connaître approximativement la répartition de la lumière émise par le lampadaire sur la chaussée après installation. La valeur CU est un indicateur quantitatif qui mesure le flux lumineux émis par le lampadaire pour atteindre efficacement la rue, le côté habitation et le ciel (les lampes LED n’ont généralement pas cette partie de lumière). Par exemple, dans le spectre de type VS, la proportion de lumière côté rue et côté habitation est sensiblement la même ; tandis que dans le spectre de type IIM (plus d’informations sur la classification de la distribution lumineuse IESNA), l’éclairage côté rue représente environ 65 %, contre seulement 30 % pour l’éclairage côté habitation. Voir les détails sur la photo ci-dessous.

Angle d’inclinaison et hauteur d’installation

L’angle d’inclinaison du luminaire correspond à l’angle entre sa surface lumineuse et l’horizontale (le sol). Il affecte directement la direction de la projection lumineuse et, par conséquent, le coefficient d’utilisation. Lorsque l’angle d’inclinaison est grand, davantage de lumière sera dirigée vers le côté rue et le ciel (Sky glow, un type de pollution lumineuse), tandis que la proportion du côté maison diminuera, comme le montre la figure ci-dessous. Lorsque la hauteur d’installation varie, la répartition lumineuse au sol change, ce qui indique que les angles les plus éloignés du luminaire sont éclairés. Cet angle n’a aucun effet sur le coefficient d’utilisation, mais dans les applications concrètes, il est important de prêter attention à son impact lorsque le rapport entre la hauteur d’installation et la largeur de la route varie. Par exemple, pour une même route de 7 mètres, lorsque la hauteur est de 6 ou 5 mètres, le choix de la répartition lumineuse doit être adapté à la situation. Le premier nécessite souvent une distribution lumineuse latérale plus large que le second, ce que nous expliquerons en détail dans la section application pratique.

Boom length and setback of pole

The arm length and setback of the light pole will affect the illumination effect of the lamp after actual installation. The reason is that the light distribution of the street lamp in and around the road changes. We can imagine that when using a long arm, the lamp is often closer to the center of the road. Similarly, the smaller the setback, the closer the center point of the luminous surface of the lamp is to the center of the road. For more about the luminaire arrangement, please check ZGSM blog – Luminaire arrangement of street light LED. By observing the coefficient of utilization curve of the street lamp, when setback = 2 meters, without arm vs setback = 0 and arm = 2 meters, we can preliminarily estimate that 10% of the light originally directed to the rear of the lamp (house side) will be directed to the road surface (street side). Of course, we also need to pay attention to the problem that the light emitted by the road lamp with a long arm exceeds the boundary on the other side of the road.

Pourquoi le coefficient d’utilisation est-il important ?

En matière d’éclairage routier, le coefficient d’utilisation joue un rôle important dans la conception de l’éclairage, la conservation de l’énergie et la maîtrise des coûts des solutions d’éclairage public. Ces aspects sont détaillés ci-dessous.

Économie d’énergie

Dans la courbe de coefficient d’utilisation des lampadaires, la lumière émise par les lampadaires peut être divisée en deux parties : une partie orientée vers l’habitation et l’autre vers la rue. En général, on considère que la partie orientée vers la rue est la lumière utile, dont la proportion est généralement comprise entre 0,5 et 1,0. Idéalement, plus la valeur du coefficient d’utilisation est élevée, mieux c’est, mais pour des raisons techniques et économiques, elle se situe souvent entre 0,6 et 0,8. Pour obtenir le même éclairement, plus le coefficient d’utilisation est élevé, moins la puissance requise par la lampe est importante, ce qui permet de réaliser des économies d’énergie.

Conception d’éclairage de guidage

Le coefficient d’utilisation (CU) d’une rue est calculé en divisant la largeur de la rue par la hauteur d’installation du lampadaire. De plus, lorsque l’angle d’inclinaison est différent, le coefficient d’utilisation côté maison et côté rue varie également. Si l’impact de la distribution lumineuse verticale sur les résultats de la simulation d’éclairage n’est pas pris en compte, la courbe de coefficient d’utilisation permet d’optimiser la conception de l’éclairage. Par exemple, pour des routes plus larges, on peut choisir des lampadaires avec une distribution lumineuse plus importante dans le coefficient d’utilisation côté rue ; par exemple, lorsque le coefficient d’utilisation et la largeur de la rue sont constants, on peut optimiser la conception de l’éclairage (service de conception d’éclairage ZGSM) en ajustant la longueur de la flèche (si autorisée), la hauteur du mât (si autorisée) et l’angle d’élévation.

Contrôle des coûts

Grâce aux informations pertinentes sur le CU, nous pouvons optimiser la conception de l’éclairage afin d’obtenir l’effet lumineux souhaité avec une puissance plus faible ou un nombre réduit de lampadaires. Cela permet de réduire l’investissement initial et les coûts d’exploitation et de maintenance. Par exemple, l’utilisation de lampadaires basse consommation permet de réduire les factures d’électricité à long terme et de répondre aux exigences du développement durable. De plus, les lampadaires basse consommation génèrent généralement moins de chaleur, ce qui contribue à prolonger la durée de vie (En savoir plus sur la durée de vie des LED) des alimentations LED et des LED, et réduit considérablement la maintenance ultérieure. S’il s’agit d’un nouveau projet, vous pouvez analyser la courbe CU pour ajuster avec souplesse la hauteur du mât, la longueur du bras ou l’angle d’inclinaison afin d’optimiser la conception de l’éclairage et d’éviter une conception d’éclairage déraisonnable pour réduire les coûts.

Exemple d’utilisation du coefficient d’utilisation pour choisir l’objectif pour votre projet ?

Dans la section précédente, nous avons vu que le coefficient d’utilisation peut être utilisé pour orienter la conception de l’éclairage. Quels exemples illustrer concrètement ce processus ? ZGSM l’explique à travers un projet que nous avons rencontré. Le client a spécifié les paramètres de la route, et voici deux configurations routières typiques : l’une mesure 10,5 mètres, avec une flèche de 1,5 mètre de long, un lampadaire à 0,5 mètre de l’accotement, sans trottoir, une hauteur de lampadaire de 8 mètres et une disposition unilatérale des lampes de classe d’éclairage M4. La disposition des luminaires et l’état de la route ayant été confirmés, les variantes restantes concernent la distribution lumineuse et l’angle d’inclinaison des lampes. L’équipe technique de ZGSM a analysé trois types de distribution lumineuse (types I, II et III), et le coefficient d’utilisation est le même que ci-dessus. L’observation nous a permis de constater que lorsque la largeur de la route est égale à 1,5 fois la hauteur d’installation (valeur requise légèrement supérieure au rapport largeur/hauteur), l’éclairage latéral représente respectivement 53 %, 59 % et 58 %, tandis que l’éclairage latéral total représente respectivement 57 %, 63 % et 66 %. Par conséquent, le type II devrait être le choix le plus idéal, car il permet également d’éviter un éclairage excessif de l’autre côté de la route. Nous avons vérifié l’analyse ci-dessus dans la simulation Dialux, et les résultats sont les suivants : nous constatons que le type I ne peut pas éclairer la troisième voie (il éclaire principalement les voies 1 et 2, ce qui entraîne une moindre uniformité lumineuse), le type III peut éclairer trois voies, mais la luminance diminue légèrement (non répertorié), et le type II est conforme à la classe d’éclairage M4 (En savoir plus sur la sélection de la classe d’éclairage).

Le tracé de la route 2 est quasiment identique à celui de la route 1, à l’exception d’un trottoir d’un mètre d’un côté. La classe d’éclairage requise est P3, et la disposition des lampes est également d’un seul côté. Nous utilisons une distribution lumineuse de type III, et les résultats montrent qu’elle répond à la classe d’éclairage P3, mais son niveau d’éblouissement est trop élevé. Quelles autres méthodes existe-t-il ? L’article précédent nous a appris que lorsque l’angle d’inclinaison change, la courbe du coefficient d’utilisation évolue en conséquence. En observant la courbe, lorsque l’angle d’inclinaison est de 5 degrés, la proportion de lumens à 1,5 fois la hauteur côté rue diminue, tandis que celle entre 1,5 et 2 fois la hauteur côté rue augmente. On peut donc comprendre que la lumière sur l’autoroute diminue, tandis que celle sur le trottoir augmente. Dans Dialux, nous utilisons une distribution lumineuse de type II pour vérifier la validité de cette analyse. Les résultats montrent que l’éclairage du trottoir passe de 7,06 à 8,32 lux, ce qui correspond aux exigences de la classe d’éclairage P3. Parallèlement, la luminosité de l’autoroute est réduite, mais elle répond également aux exigences. Plus important encore, la valeur Ti répond également aux exigences de la classe d’éclairage M4, ce qui confirme l’importance de la courbe CU. Dialux EVO permet également de vérifier l’angle d’inclinaison et la longueur de flèche appropriés à l’aide d’un logiciel. Pour plus d’informations, veuillez consulter le blog correspondant : Dialux EVO pour la conception de l’éclairage public.

Résumé

Le coefficient d’utilisation (CU) est un indicateur essentiel pour mesurer l’efficacité d’une lampe (qui diffère de l’efficacité lumineuse) pour projeter efficacement la lumière sur la zone cible. Il est calculé comme le rapport entre le flux lumineux de la surface utile et le flux lumineux total de la lampe. En éclairage routier, le CU se présente sous la forme d’une courbe, et la distribution lumineuse côté rue et côté bâtiment doit être prise en compte simultanément. Les facteurs clés qui influencent le CU sont : la courbe de distribution lumineuse de la lampe, l’angle d’inclinaison et la hauteur d’installation (le réglage de l’angle d’inclinaison modifie la direction de la projection lumineuse et la hauteur affecte la portée), la longueur du bras et la position du mât. L’attention portée au CU peut vous aider à concevoir votre éclairage et à trouver des solutions d’éclairage économes en énergie et optimisées. En pratique, l’analyse du coefficient d’utilisation permet de sélectionner la distribution lumineuse adaptée à un projet donné. Une fois la distribution lumineuse, le tracé de la route et la disposition des luminaires définis, nous pouvons également ajuster l’angle d’inclinaison et la longueur du bras en porte-à-faux (si possible) afin d’influencer la distribution lumineuse côté rue et côté habitation, et ainsi répondre aux exigences du projet. En résumé, une compréhension et une application flexible de la CU peuvent améliorer considérablement l’efficacité et la rentabilité de l’éclairage routier. Pour plus d’informations, veuillez contacter ZGSM.（修改后）恢复原文

Questions fréquemment posées

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