Etude analytique et experimentale du pilotage de stores vénitiens en vue d'obtenir des conditions de confort visuel optimales dans le cas du travail sur écran de visualisation - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Analytical and experimental study of venetian blinds control in order to obtain optimal visual confort conditions in offices

Etude analytique et experimentale du pilotage de stores vénitiens en vue d'obtenir des conditions de confort visuel optimales dans le cas du travail sur écran de visualisation

Yannick Sutter

Résumé

In order to guarantee good visual comfort conditions to an office worker, it is necessary to take special care of the amount of light arriving on and surrounding the VDU screen. As far as daylight is concerned, the best way to control this remains solar protection. Nowadays, the automated control systems for Venetian blinds available on the market are often based on binary instructions. That is to say the blind will be lowered when a certain level of illuminance on the facade is reached. Though some automated control systems take the position of the sun in the sky vault into account, so that the slats are tilted in order to block direct sunlight penetration inside the room. As far as we are aware, no automated control systems for Venetian blinds feature instructions based on visual comfort nor behavioural nor indoor and outdoor environment considerations. The goal of the work that has been done here was to make up a model aimed to automatically control Venetian blinds in order to guarantee the best visual comfort conditions to an office worker, whatever the outside climate is, and at the same time to offer the maximum conceivable daylight. The model that we have built embodies photometric considerations resulting from an experimental optical characterisation of the luminous transfer function of a Venetian blind, which was deduced from measurements made inside test cells and scale models. The control instructions are based upon visual comfort criteria (veiling luminance not to be exceeded on the VDU screen and luminance uniformity in the visual field) and upon conclusions deduced from a field study that was conducted among a relatively short panel of subjects (eight) but during a long time span (eight months). We have registered every fifteen minutes, the way that the subjects were using their Venetian blinds as well as parameters such as the illuminance on the window, the veiling luminance on the VDU screen, the ambient temperature inside the office, the state of the artificial lighting and the configuration of the room. The results of this field study allowed us to validate the visual comfort criteria included inside the model in the first place, and then to adjust our model with the help of the behavioural observations deduced from the measurement campaign. The analysis of the results testifying to the real behaviour of VDU office workers allowed us to make several observations. Here are the main ones: •Recommendations concerning the luminance ratios in the visual field (1:3:10 rule), often mentioned in many lighting standards, do not seem to be validated as soon as a daylight source fulfils a part of the visual field. •Blackwell's recommendations concerning the veiling luminance on the VDU screen not to be exceeded appear to be too severe under daylight for bad to standard quality screens. •A motorized solar protection is used three times more often that a manually controlled one. •Office workers mainly leave their Venetian blinds totally lowered, with slats horizontally orientated or tilted towards the ground outside. •Users open their Venetian blinds at a lower vertical outside illuminance threshold than the one at which they close them. This hysteresis can reach the value of 30 klux. •Users position their Venetian blinds so that the closest window luminance remains under the mean value of 1800 cd/m2, during 75 % of the time. These observations, deduced from in-situ measurements, allowed us to adjust our model to match our subjects’ behaviour, as far as possible. Even if we have somehow observed some individual coherences, it is important to keep in mind that it is difficult to produce a universal model that is able to predict the way office workers will use their Venetian blinds. For example, the maximum window luminance acceptance thresholds can be five times higher from a subject to another, according to their sensibility to daylight or the configuration of his office. In order to compensate these individual differences, either the Venetian blinds control system must be able to be temporarily turned off by the office worker if so wanted, or the control instructions can be adapted to each individual.
Le travail sur écran de visualisation requiert des conditions d'éclairage d'ambiance contrôlées, afin de garantir des conditions de confort visuel correctes à un occupant de bureau. En ce qui concerne l'éclairage naturel, le meilleur moyen de contrôler la lumière naturelle reste la protection solaire. A l'heure actuelle, les automatismes de pilotages des stores vénitiens proposés sur le marché sont souvent basés sur des consignes binaires, c'est-à-dire que le store sera baissé à partir d'un certain seuil d'éclairement en façade uniquement (on trouve souvent la valeur de 50 klux). Certains systèmes intègrent toutefois la position du soleil, les lames d'un store vénitien sont inclinées de manière à bloquer le rayonnement solaire direct. Aucun automatisme de pilotage ne tient compte, à notre connaissance, de critères de confort visuel, d'informations comportementales et de l'environnement interne et externe. L'objectif du travail que nous présentons est de réaliser un modèle destiné au pilotage automatique de stores vénitiens qui permet de garantir les meilleures conditions de confort visuel à un occupant de bureau, quelles que soient les conditions climatiques extérieures, tout en lui faisant profiter au maximum de la lumière naturelle. Le modèle que nous avons élaboré utilise des informations photométriques issues de la caractérisation optique empirique de la fonction de transfert lumineux d'un store vénitien, que nous avons bâtie à l'aide de mesures en cellules-test et sur maquettes. Les consignes de pilotage de ce modèle sont basées sur des critères de confort visuel (luminance de voile sur écran à ne pas dépasser et uniformité des luminances dans le champ de vision) et des conclusions tirées d'une campagne de mesures d'utilisation des stores que nous avons menée auprès d'un panel de sujets assez restreint (huit), mais durant une longue période (trente semaines). Cette campagne de mesures a été mise en place et élaborée par nos soins. Nous avons enregistré toutes les quinze minutes, la façon dont les sujets utilisent leur store vénitien en parallèle à des paramètres tels que l'éclairement sur la baie, la luminance de voile sur l'écran, la température ambiante dans la pièce, l'état de l'éclairage artificiel, ou encore la présence des occupants. Les résultats de cette campagne nous ont permis dans un premier temps de valider les critères de confort visuels intégrés au modèle, et dans un second temps de caler notre modèle à partir des observations comportementales effectuées. L'analyse des résultats traduisant les comportements réels de sujets en situation de travail sur écran nous a permis d'établir plusieurs constats. Voici les principaux: •Les recommandations concernant les rapports de luminance entre la tâche visuelle, l'ergorama et le panorama (1:3:10), souvent citées dans les standards d'éclairage, ne semblent pas être valides dès lors qu'une source d'éclairage naturel est présente dans le champ de vision. •Les recommandations de Blackwell concernant les luminances de voile à ne pas dépasser sur écran de visualisation apparaissent trop restrictives en éclairage naturel pour les écrans de qualité mauvaise à standard. •Une protection solaire motorisée est utilisée trois fois plus qu'une protection solaire contrôlée manuellement. •Les individus placent leurs stores vénitiens essentiellement en position basse, lames horizontales, ou inclinées vers le sol extérieur. •Les individus ouvrent leurs stores vénitiens à un seuil d'éclairement vertical extérieur très inférieur à celui auquel ils les ferment. Cet hystérésis peut atteindre la valeur de 30 klux. •Les individus positionnent leurs stores vénitiens de manière à ce que la luminance de la baie la plus proche reste inférieure à 1800 cd/m2 en moyenne, pendant 75 % du temps. Ces observations, déduites de mesures in-situ, nous ont permis de caler notre modèle afin qu'il soit plus proche, dans la mesure du possible, du comportement de nos sujets. Même si nous avons toutefois observé des cohérence individuelles, il est important de garder en mémoire qu'il est difficile de produire un modèle universel pouvant prédire la façon dont les individus utiliserons leurs stores vénitiens. Par exemple, la valeur des seuils d'acceptation de luminance maximale de la baie peut être jusqu'à cinq fois plus élevée d'un sujet à un autre, en fonction de sa sensibilité à la lumière ou de la configuration de son espace. Pour remédier à ces différences individuelles, il faut, soit que le système de pilotage automatique de la protection solaire puisse temporairement être désactivé par l'individu s'il le désire, soit que les consignes de pilotage puissent être adaptées à chaque individu.
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Citer

Yannick Sutter. Etude analytique et experimentale du pilotage de stores vénitiens en vue d'obtenir des conditions de confort visuel optimales dans le cas du travail sur écran de visualisation. Automatique / Robotique. INSA Lyon, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02472529⟩
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