Urbanisme et Architecture

Prise en compte des énergies renouvelables dans les opérations d’aménagement et de construction

Eric Durand

Prise en compte du solaire dans l’urbanisme

1) - Favoriser l’urbanisme bioclimatique

Choix du site…

– Orientation des voiries, majoritairement Est-Ouest

– Droit au soleil : des prospects et un règlement

2 : Appliquer Le bioclimatisme = SOLAIRE PASSIF

...Synthèse des 5 principes de base

Disposition des pièces en fonction de l’orientation

Favoriser l’insertion du climat dans le projet par une architecture bioclimatique

Orientation et ouvertures des bâtiments

Principes:

L’orientation sud garantit dans le climat de larégion à minima 20 % de couverture du besoind’énergie dont 60 à 70 % pour l’Eau ChaudeSolaire et 40 % pour celui d’électricité spécifique.

Variation de l’orientation « acceptable »

– En vue de l’installation des systèmes solaire,l’inclinaison optimale (35°) :– L’orientation peut varier entre -75 et + 50 ° peu de différences de performance

Profiter des ouvertures pour une utilisation passive du rayonnement solaire

Mettre en place des fenêtres VIR ou à triple vitrage

• Hiver: permet de laisser pénétrer plus de chaleur que ce qu’elle en laisse échapper

• Été: réduit les apports

• Privilégier les axes Nord-sud pour le bâti

• Privilégier les axes Est-Ouest pour la trame

viaire

Orienter vers le sud les principales ouvertures

Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine

• Une bonne compacité des bâtiments,

• Apports solaires optimisés par une implantation favorable : de préférence Nord-Sud, et une configuration de l’aménagement qui limite les masques solaires

• Apports solaires limités en été avec l’apport du végétal

• Une implantation qui optimise les apports des vents, mistral et tramontane …

Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine

Les ENR à l’échelle urbaine

Les énergies fatales

- Ce sont les énergies qu’on produit

nécessairement et dont on peut tirer profit sur le plan énergétique

-On parle alors d’énergie fatale ou de récupération

Via un réseaux de chaleur, Enjeux :

- optimisation des ressources locales,

fatales et moins « nobles »

- minimisation des pollutions,

- Création et maintien d’emplois

- Possibilité de cogénération (fourniture

eau chaude, électricité, froid) Usine d'incinération de Bellegarde (Ain)

L’incinération des déchets ménagers et assimilés

Le biogaz

Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine

Les granulés

Les plaquettes forestières

Déchets de bois

valorisé

La bio-masse, pour l’exploitation locale des énergies

Les différentes présentation du bois énergie

Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine

La bio-masse, pour l’exploitation locale des énergies

CO2

Stocké Énergie

1 kg fournit 5 kWh

Le bois énergie: une énergie renouvelable

Le coût d’investissement (incluant le génie civil) dépend de la puissance de la

chaufferie :

De 100 à 500 kW, de 380 à 535 €HT/kW installé ;

De 500kW à 1MW, de 275 à 425 €HT/kW ;

A partir de 1MW, de 230 à 305 €HT/kW.

Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine

La bio-masse, pour l’exploitation locale des énergies : EXEMPLE

Les installations collectives

Ensisheim (68)

Résidence « Quartier de l’Europe » construite dans les années

1960 située dans le Haut Rhin à ENSISHEIM et rénovée

récemment

- un terrain de 20000 m2, un parking de 4000 m2, d’un

espace vert de 12000 m2 et d’une aire de jeux de 630 m2.

- 9770 m2 répartis sur neuf bâtiments : 152 logements (76 F3

et 76 F4)

- chaufferie : 1 chaudière bois et une chaudière gaz de 1 MW

chacune

- neuf sous – stations en sous sol, une par bâtiment

- chaque sous station possède un réseau circuit radiateurs et

un réseau ECS.

- Le réseau ECS est alimenté par la chaufferie en hiver et par

des panneaux solaires en été

Le silo a un volume de 150 m3 remplit à 120 m3.

Il faut laisser 30 m3 d’air pour éviter les incendies et cela

permet de sécher encore un peu les particules de bois.

Elles sont constituées d’écorce, de plaquettes et de particule de

bois, avec une hygrométrie de 15% environ.

Pour le remplissage du silo il faut tout d’abord penser à

l’infrastructure pour que les camions puissent manœuvrer.

Il faut aussi suivre de très près la température extérieure, car le

niveau de bois peut descendre très vite si il y a une petite

vague de froid.

- Pour une température extérieure de 10°C il faut 45 m3 /

semaine

- Pour une température extérieure de 2°C il faut 90 m3/

semaine

- Pour une température extérieure de -5°C il faut 180 m3/semaine

Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine

La géothermie : Exemple

Les énergies renouvelables

• Le solaire thermique

• L’éolien

• Le photovoltaïque

Thermique : Rayonnement solaire

2

Les variations de l’énergie reçue par le capteur sont fonction :

• de la durée d’ensoleillement,

• de la couche d’atmosphère traversée,

• de l’inclinaison des rayons,

• de la nébulosité

Le rayonnement solaire global se décompose en deux parties :

• Le rayonnement direct : il provient directement du disque solaire et sa directionchange tout au long du jour.

• Le rayonnement diffus : il parvient au capteur après avoir été dévié par les nuages,le ciel, le sol et les objets environnants. Il a une multitude de directions différentes.

Rayonnement solaire

2

Rayonnement solaire global quotidien moyen en kWh/m².j

Capteur plan vitré intégré en toiture

Capteur sous vide haute température

Différents capteurs solaires pour différentes applications

Eolien

2

• Soleil chauffe une masse de terre – source d’énergie solaire indirecte

• Chaleur dégagée monte, crée une zone basse Pression au sol, zone haute Pression en altitude

• + topographie

• Air se déplace de zone haute P au zone basse P -> vent

Gisement Eolien

Les éoliennes terrestres

de petite puissance(moins de 250 kW)

Les éoliennes terrestres

de grande puissance(plus de 250 kW)

Les éoliennes off-shore

Les éoliennes à axe vertical

(petite puissance)

Les différentes Eoliennes

Éolienne axe vertical

2

Avantages :

• Esthétique

• Éoliennes lentes (faible bruit),

• Machinerie et génératrices au sol,

• Pas de dispositifs d’orientation

Inconvénients :

• Rendement plus faible que l’éoliennes à axe verticale

• Perturbation des ondes électromagnétiques

• Légères nuisances sonores

Éolienne axe horizontal

2

http://www.aerotecture.com

Exemples d’intégration « éolien »

Produire de l’électricité autrement :

Exemples d’intégration « éolien »

Produire de l’électricité : dans les bâtiments

Le photovoltaïque

Points forts

• Conversion direct du rayonnement solaire en électricité

• Applications multiples dues au caractère modulaire :production décentralisée + centralisée

• Pas d’émission de gaz à effet de serre, démantèlement/recyclage facile en fin de vie des modules : technologie «verte»

• Technologie mature et fiable, pas d’usure (pas de pièces mobiles), faiblemaintenance, durée de vie > 20 ans

• Pas de nuisances lors du fonctionnement, intégration sans restrictions dans le milieu urbain et résidentiel

• Elément constructif (intégration dans le bâtiment) produisant de l’électricité

Contraintes:

• coût élevé du kWh produit par rapport aux technologies de production d’électricité conventionnelles

• densité énergétique faible (W/m²)

• dépendance inhérente du gisement solaire : variations journalières, saisonnières, en fonction du temps/climat

• production d’électricité limitée à quelques heures par jour : nécessité d’une source d’alimentation complémentaire ou d’un moyen de stockage d’énergie

Le photovoltaïque

Les Ombres : à éviter

2

Les ombres portées sur les panneaux PV peuvent causer d’importantes pertes énergétiques exemple critique : Une tour d’immeuble ou cheminée projette une ombre sur une façade photovoltaïque.

Intégration

2

Exemples d’intégration verrières – casquettes

2

Exemples d’intégration « photovoltaïque »

Produire de l’électricité : solaire Photovoltaïque

Exemple : Maison à énergie 0 en Savoie (source Batiweb)

Pompe à chaleur couplée à un puits canadien : 40 m de long à 2,50 m de profondeur. Matériaux des murs : bois et liège - Modules photovoltaïque posés

en guise de toit.

MONTPELLIER INTERNATIONAL BUSINESS INCUBATOR

Bâtiment BEPOS – Architecte : Emmanuel NEBOUT

SHON : 3 500 m², 3 niveaux de bureaux

le MIBI est labellisé BBC-Effinergie. Plan triangulaire : grande façade Sud +deux façades (Nord Ouest et Nord Est) Atrium planté, couvert d'une verrière, Epais manteau en bois de mélèze.

SOLARIS … Le premier

Architecture et Environnement (Farrah, La Fonta, Meurisse),

Bureaux BEPOS - Projet

Localisation : Sophia Antipolis (Mougins)- Prolongement d’un projet « Natura 1 » THPE-Site desservi par les TC et pistes cyclables

Exemple de Bâtiment à énergie positive

Complexe Multi-activités

De la ville de Balma

Perspective

Complexe Multi-activités de Balma

Plan de masse

Complexe Multi-activités de Balma

Rez-de-chaussée

Coupe NS

Complexe Multi-activités de Balma

Etage

Façade Sud

Coupes et toitures solaires

Description du Bâtiment

Consommations estimées

Chaud Froid Éclairage Ascenseur ECS Ventilation Total

Consommations

annuelles en

kWh/an3 199 1 604 11 500 500 3 750 6 605 27 159

12 % 6 % 42 % 2 % 14 % 24 % 100 %

Consommations

en kWh/m2 SU4,3 2,2 15,6 0,7 5,1 9,0 36,9

Les besoins de chaud : sans apports internesLes besoins de froid avec les apports internes

Production d’énergie

Irradiation globale

annuelle cumulée

de la surface à

Toulouse

(kWh/m2

cumulés)

Nb de m2 de

Capteur

Puissance crête

Installée (Wc)

Énergie produite

théorique (kWh)

Énergie revendu

(kWh)

Revente EDF (€

HT)

1441 545 34 335 49 476 38 072 20 939

Couverture photovoltaïque de type Kalzip AluplusSolar

La réalisation – chantier

La réalisation – chantier

La réalisation – chantier

La réalisation – chantier

Exemple éco-quartierEntrevert

La solution BOIS énergie

Des immeubles de logements BEPAS et à Energie positive +

Logements collectifs et individuels