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1 Agence Internationale de lEnergie : Programme ECBCS Annexe 45 Eclairage Econome pour le Bâtiment « Des experts en provenance de 20 pays collaborent à un programme de 4 ans (2005-2008) dont lobjectif est didentifier et de développer des techniques d’éclairage très économes en énergie, et de proposer des manières de faire évoluer les réglementations en éclairage. » Operating Agent: Prof Liisa Halonen, HUT, Helsinki

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Agence Internationale de l’Energie : Programme ECBCS Annexe 45 Eclairage Econome pour le Bâtiment

« Des experts en provenance de 20 pays collaborent à un programme de 4 ans (2005-2008) dont l’objectif est d’identifier et de développer des techniques d’éclairage très économes en énergie, et de proposer des manières de faire évoluer les réglementations en éclairage. »

Operating Agent: Prof Liisa Halonen, HUT, Helsinki

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Energy Efficient Electric Lighting for Buildings

IEA – International Energy Agency Energy Conservation in Buildings and Community Systems (ECBCS)

2004 - 2008

IEA ECBCS Annex 45

Prof Liisa HalonenD.Sc. Eino Tetri

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Energy Usage of LightingIn 2005 the electricity consumed by lighting was 2 650 TWh worldwide, about 19 % of the total global electricity consumption.

Carbon dioxide emissions were 1775 million tonnes.

Lighting electricity use ranges from 5 % to 15 % in industrialized countries, up to 86 % in developing countries of the total electricity use

Global lighting electricity use is distributed: 28 % residential, 48% service, 16 % industrial, 8 % street and other lighting

More than one-quarter of world’s population uses liquid fuel (kerosene) to provide lighting

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Participating and Corresponding Members21 Countries and 37 Organizations

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Objectives of the Annex 45

− Identify and accelerate the use of energy efficient high-quality lighting technologies and their integration with other building systems

− Assess and document the technical performance of existing and future lighting technologies

− Assess and document barriers preventing the adoption of energy efficient technologies and propose means to resolve these barriers

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Structure of IEA Annex 45Simulation

Info

rmat

ion

Cha

nge

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ract

ice

Cas

e St

udie

s

Subtask BInnovative Technical Solutions B1 Identifying knowledgeable people in the industry and

collecting informationB2 Performance criteria of lighting technologiesB3 Trends in existing and future lighting technologiesB4 Comparison of installationsB5 Proofing of technology information (case studies)

Subtask CEnergy-efficient Controls and IntegrationC1 Definition of requirements and constraints linked to the

different playersC2 State of art of lighting control systemsC3 Case studies on existing and innovative lighting control

strategiesC4 Impact of the whole environment concept on lighting controlC5 Commissioning process for lighting / lighting control systems

Subtask DDocumentation and Dissemination

Subtask ATargets for Energy Performance and Human Well-beingA1Lighting quality criteria with

energy requirementsA2Review of recommendations

worldwideA3Review of energy codes worldwide A4Proposals to upgrade

recommendations and codes A5Coordinate research programs

on lighting quality with innovative lighting solutions

A6Supply of deliverables

Measurements

SimulationIn

form

atio

nC

hang

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Pra

ctic

e

Cas

e St

udie

s

Subtask BInnovative Technical Solutions B1 Identifying knowledgeable people in the industry and

collecting informationB2 Performance criteria of lighting technologiesB3 Trends in existing and future lighting technologiesB4 Comparison of installationsB5 Proofing of technology information (case studies)

Subtask CEnergy-efficient Controls and IntegrationC1 Definition of requirements and constraints linked to the

different playersC2 State of art of lighting control systemsC3 Case studies on existing and innovative lighting control

strategiesC4 Impact of the whole environment concept on lighting controlC5 Commissioning process for lighting / lighting control systems

Subtask DDocumentation and Dissemination

Subtask ATargets for Energy Performance and Human Well-beingA1Lighting quality criteria with

energy requirementsA2Review of recommendations

worldwideA3Review of energy codes worldwide A4Proposals to upgrade

recommendations and codes A5Coordinate research programs

on lighting quality with innovative lighting solutions

A6Supply of deliverables

Measurements

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Deliverables− Guidebook on energy efficient

electric lighting will be published as a book, as a CD and on the web.

• Proposals to upgrade lighting standards and building codes

• Solutions for energy efficient lighting

− Other deliverables are semi-annual newsletters, seminars and a web-site.

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Annex 45 Newsletter 5

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

http://lightinglab.fi/IEAAnnex45

Annex 45 Website

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Partners:

HUT Lighting Laboratory FinlandCo-ordinator

Kathmandu University NepalVilnius University Lithuania

Networking Between Europe and Nepal in Lighting Education and Research, 2005-2007

Household LED Lighting Project in Nepal• Project implemented by Light up the World Foundation.• Since 2000, over 2000 households and schools in remote

communities of Nepal were equipped with white-LED based lightning systems.

• Powered by pedal DC generators, solar cells, and wind turbines.• Low maintenance costs ($3/household/year).• LED superseded kerosene lamps and sap-filled pine sticks.

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Light Up the World - NEPAL

A schoolboy from remote

village reading in White LED lamp light

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Asia-Link ENLIGHTENLuminous efficacy

• pine stick ”jharro” 0,04 lm/W• kerosene 0,08 lm/W• LED 15 lm/W

Costs $/klmh• pine stick ”jharro” $4,36 / klmh• kerosene $0,78 /klmh• LED $0,22 / klmh

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Modular LED Lighting SystemTKK Lighting Laboratory:

The use of LEDs in general lighting

LED luminaire in which the luminous flux, colourproperties and the distribution of luminous intensity is adjustable

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

Control of Colour

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

itrar

y un

its

B e t a - c a r o t e n e P h y t o c h r o m e ( P f r )

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

itrar

y un

its

B e t a - c a r o t e n e 4 4 5 n m L E D7 3 0 n m L E D P h y t o c h r o m e ( P f r )

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

itrar

y un

its

4 4 5 n m L E D 6 6 0 n m L E D

6 2 5 n m L E D 7 3 0 n m L E D

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

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y un

its

4 4 5 n m L E D 6 6 0 n m L E D6 2 5 n m L E D 7 3 0 n m L E DT o t a l L E D s p e c t r u m

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

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y un

its

T o t a l L E D s p e c t r u m

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

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y un

its

H P S l a m p

T o t a l L E D s p e c t r u m

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

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y un

its

c h l a c h l bB e t a - c a r o t e n e H P S l a m pP h y t o c h r o m e ( P f r )

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0W a v e l e n g t h [ n m ]

Arb

itrar

y un

its

c h l a c h l b

6 6 0 n m L E D 6 2 5 n m L E D

LEDs in Greenhouses

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

LEDs in Plant Growth

After 4 weeks

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

LEDs in General Lighting

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HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

LED Luminaire – from semiconductor chip to controllable energy efficient lighting system

A Finnish approach • Modules

– Selmic Oy• Control electronics

– Helvar Oy– Enerpoint Oy

• LEDs– OSRAM Opto

Semiconductors– Philips Lumileds– Future Electronics Oy

• Module users– Herrmans Oy– Aker Finnyards– Efla– Valopaa Oy

• Luminaire manufacturers

– Alppilux Oy– Philips Oy Valaisimet

• End users– Nokia Real Estate– Helsinki city– Jyväskylä city

• Research partners

– Helsinki University of Technology Lighting LaboratoryApplied Electronics Laboratory of Electronics Production Technology

– VTT Technical Research Centre of Finland, Module-integration

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Lighting Laboratory

LED Luminaire – from semiconductor chip to controllable energy efficient lighting system

Reliability and Price

WP2: Designing of LEDlamp2.1 Optical design

2.2 Interconnection methods 2.3 Thermal design

2.4 Power supply and control 2.5 Intelligent control electronics

2.6 Environmental protection for LEDs2.7 Production technology

WP3: Module manufacture and testing

WP7: Energy and life cycle analysis

WP1: Characteristics1.1 LED characteristics

1.2 LED Modules generic requirements and concept planning

WP4: Use of module for luminaires4.1 Photometric meas. of module

4.2 Ambient characteristics and their requirements for LED luminaires

4.3 Characteristics of LED luminaire4.4 Mixing of colours

4.5 Control of light amount and colour

WP5: Demoluminaire

WP6: Demos 6.1 Environmental testing of modules

6.2 Photometric and electr. characteristics

of luminaires 6.3 Test installations 6.4 User preferences

WP8: International8.1 Publications8.2 Networking

8.3 IEA Annex 458.4 CIE TC 1-69

8.4 Research exchangeEnergy and Environment

WP9: Reporting

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Commission Internationale de l’EclairageInternational Lighting Commission, Vienna,

Austria

Marc Fontoynont

Directeur, Laboratoire des Sciences de l’HabitatDépartement Génie Civil et Bâtiment URA CNRS

Ecole Nationale des Travaux publics de l’Etat

Vice-President, Commission Internationale de l’Eclairage, Autriche

Opportunités pour faire évoluer l’éclairage intérieur vers plus de qualité, et des consommations réduites.

Exploration de techniques d’éclairage plus confortable, mieux perçue, ajustable consommant environ deux fois moins que les éclairages de référence.

Source Ingélux/ENTPE

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Réglage automatique de l’éclairement par cellule de détection et de présence

Luminaire pour deux postes de travail

4 x 55 W

Excellente esthétique, bon confort, bonnes performances énergétiques s’ils sont utilisés pour deux postes de travail. Ces luminaires pourraient fonctionner avec des lampes de plus faible puissance.

Eclairement moyen 488 lxUniformité 0,62UGR 12,7Puissance consommée 90 W

Source Ingélux/Sonépar/ENTPE

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NRC 3,1

ENTPE

NRC 1,1

ENTPE

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Long term assessment of costs associated with lighting and daylighting techniques, Marc Fontoynont, Submitted to Light and Engineering.

Annual amortized cost of illumination delivered as a function of the lighting scenario(units : € / Mlm.hr per year) for various daylighting and electric lighting options

Space for experimentation and demonstration of LED Lighting andColour , 200 m2, ENTPE , Lyon, France

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Ingélux

PHILIPS PHILIPS

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Initiatives de la Ville de Lyon:

Evalum 1, 2, 3 sur l’éclairage public performant

Etudes concernant les malvoyants

Partenaires:

EDF, Philips, ADEME, INSA, ENTPE, Ingélux, CERTU.

1 source 128 sources

Meilleure uniformité sur le bureauSuppression des ombresRéglage de la puissance

Source halogène76,7 kWh/an

Sources LED25,5 kWh/an (- 67%)

Habitat-LEDS: développement d’une offre globale à base de LEDs pour l’habitatPartenaires: ENTPE / Schneider-Electric, SONEPAR, Ingélux, SoftEnergyParticipation au Financement:ADEME

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Résultats

Cuisine Uniformité sur les plans

7 sources 234 sources

Amélioration de l’uniformité sur les plansSignalisation de la zone de cuisson

Eclairage des tiroirs

Sources halogènes / fluorescentes120,5 kWh/an / 33,9 kWh/an (- 72%)

Sources LED28,7 kWh/an (- 76%)

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Press conference Lyon 2007

IEA 45Technical Solutions

Wilfried Pohl

Press conference Lyon 2007

Daylight utilisation

architectural concepts

facade construction (building skin)

intelligent daylight systems including control

quality requirements !

Daylight utilisation means:

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Press conference Lyon 2007

Daylight tube

Daylight utilisation

Press conference Lyon 2007

Heliostat Project (JOR3-CT98-7042)

HeliostatHeliostat

Redirection Redirection MirrorMirror

ConcentratorConcentrator

Light Pipe and Light Pipe and 9090°°--RedirectorRedirector

Hybrid Hybrid LuminaireLuminaire

Daylight utilisation

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Press conference Lyon 2007

Daylight utilisation

Press conference Lyon 2007

Efficient artificial lighting solutions

• intelligent artificial lighting concepts (incl. roomsurfaces)

• high performance components (lamps, luminaires, controls)

Efficient artificial lighting solutions:

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Press conference Lyon 2007

Life Cycle Costs (typical store lighting)

composition of total costs (final values)

installation costs

energy costs

relamping costs

maintenance costs

Press conference Lyon 2007

goal: - replacement of 8.000 (!) existing luminaires - retain the existing poles

- modern lighting optics, optimized for the Grachten situation - integration in historical casing

- fulfilling all requirements (light pollution, ...) Crown lantern

Ritter lantern

typical situation in the Grachten vat site (asymmetrical LID)existing luminaire

Historical casing

Pole lantern for Amsterdam

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Press conference Lyon 2007

Pole lantern for Amsterdam

Press conference Lyon 2007

Pole lantern for Amsterdam

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Press conference Lyon 2007

Forecast

Forecast

• increasing quality requirements in general • update antiquated installations• new applications and trends (city beutification,light&health, e.g. melatonin hype) > increasing lighting demand

use of high performance techniques to compensate this increasing demand

Press conference Lyon 2007Bartenbach LichtLabor / Aldrans, Innsbruck

Contact: [email protected]

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Gestion Gestion éénergnergéétique de la lumitique de la lumièèrere

Prise en compte dans la réglementation thermique française

Mireille JANDON CSTBMireille JANDON CSTB

Les chiffres de consommation• En Europe 400 Twh• En France 40 Twh

L’éclairage dans le bilan énergétique total

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Les priorités de la RT2005En application de la directive performance énergétique des bâtiments et affichées dans le

Plan climat 2004

Un objectif d’amélioration de la performance énergétique d’au moins 15% (40% en 2020)

Une limitation du recours à la climatisation

L’éclairage dans la réglementation thermique

Poids de l’éclairage : 40 TWh

Des consommations mal connues

Des gisements considérables

Les consommations

Commerces : 8 TWhEclairage public : 5 TWh

Industrie 5 TWhBureaux : 5 TWh

Enseignement : 1 TWh

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Les évolutions dans réglementation thermique

• Avant 2000, l’éclairage n’est pas pris en compte dans la RT• RT 2000

– Prise en compte de l’éclairage pour le tertiaire– Limitation de la puissance installée– Valorisation des dispositifs de gestion de l’éclairage – Mise en place de règles d’installation

• RT 2005– Prise en compte de l’éclairage pour l’habitat et le tertiaire– Favoriser la conception bioclimatique (favoriser l’éclairage naturel)– Prise en compte de l’éclairage dans les consommations de chauffage et de

climatisation– Renforcement de la réduction de la puissance installée

• RT 2010– Renforcement– Ajout de nouveaux systèmes d’automatismes– Valorisation des produits certifiés

Éléments pris en compte pour l ’éclairage

• Puissance installée: – performance des sources et accessoires

• Durée de fonctionnement– éclairage naturel

– dispositif de gestion• Horloge, détecteur de présence, environ 10-15%• Gradation environ 20%

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Les systèmes de gestion• Limiter la durée de fonctionnement

– Horloge– Détecteur de présence– Utilisation de systèmes de régulation suivant les apports de

lumière du jour• Favoriser la gestion dynamique des applications

– Façade active (vitrage intelligent, protection solaire,..)– Gestion intégrée (éclairage artificiel-protection solaire-

climatisation)• Prospective, gestion de la couleur de la lumière

Annexe 45 – Tâche C

La tâche C vise à recenser les besoins des utilisateurs en terme de contrôle et de gestion des installations d’éclairage en se concentrant sur la performance énergétique Décrire les systèmes innovants émergentsDécrire des processus de commissioning permettant de vérifier la qualité effective des installations d’éclairage