20150518_bioBioclimatisme & architecture & urbanisme C2_archi_urba_C2

cole des Ingnieurs de la Ville de Paris (EIVP) 2 Bioclimatisme & Architecture & Urbanisme

Sil fallait se souvenir de quelque chose?


2 nouveaux paradigmes

Larchitecture et lnergie


Muse Guggenheim, Bilbao, Espagne, 1997 Frank Gehry


Parlons un peu darchitecture


Metropol Parasol, Seville Jrgen Mayer


Weingut Gantenbein Gramazio & Kohler


Pavillon de McGill School of Architecture


ICD/ITKE | research pavilion | 2011


Espace culturel AAVP Architecture


Chartier Dalix Groupe scolaire et gymnase


Shigeru Ban | Pompidou Metz


Zaha Hadid | Galaxy Soho Beijing


Renzo Piano | Fondation Pathe


Tadao Ando


OMA (Rem Koolhaas) | london bridge


Rem Koolhas | Casa da Musica


Rudy Riccioti | MUCEM Marseille


Manuelle Gautrand | Citroen


Nicolas Michelin (ANMA)


Bedzed | Bill Dunster+ARUP | London


ARTEM | ANMA + ELIOTH | NANCY


Travailler?


La conception architecturale et les tapes dun projet

La construction dun btiment se divise en deux grands temps : -Les tudes -Le chantier

Selon le type de projet / client : - ESQ / Concours : bases dun projet, principes architecturaux, images

- Avant-projet : sommaire (APS) puis Dtaill (APD) ou AVP (avant projet) : tudes et calculs, approfondissement des concepts, confrontation aux diffrentes rglementations

- Dans cette phase : dpt du PC (permis de construire) : lenveloppe, limplantation et le volume sont fixs. On ne peut pas revenir dessus.

- PRO / DCE : le projet est cal, quelques tudes complmentaires mais pas de grands changements dans le projet. La phase DCE est celle o lon transmet le document aux entreprises

- ACT puis DET : consultation, analyse des offres, choix de lentreprise, prparation et lancement des travaux

- OPR : opration pralables la rception

=> Ncessit dintgrer les principes bioclimatiques en amont !


Comment aborder un projet?

Courbes de Paulson, Macleamy et Daniel Davis


Rglementation


N1 Relations harmonieuses du btiment avec son environnement immdiat

N2 Choix intgr des produits, systmes et procds de construction

N3 Chantier faible impact environnemental

N4 Gestion de lnergie

N5 Gestion de leau

N6 Gestion des dchets dactivit

N7 Maintenance Prennit des performances environnementales

N8 Confort hygrothermique

N9 Confort acoustique

N10 Confort visuel

N11 Confort Olfactif

N12 Qualit sanitaire des espaces

N13 Qualit sanitaire de lair

N14 Qualit sanitaire de leau

SYSTEME DE MANAGEMENT DOPERATION

Site et construction

Gestion

Confort

Sant

La certification NF Btiments tertiaires Dmarche HQE

14 cibles de qualit environnementale des btiments avec une hirarchisation selon 3 niveaux de performance


Le contexte normatif franais Rglementation thermique

La rglementation thermique 2012

Dmarche obligatoire sur tous les projets

Ne concerne que les aspects nergtiques (enveloppe, bioclimatisme, consommation dnergie primaire)

Evolution rcente de la rglementation (passage de la RT2005 la RT2012)

Des labels nergtiques Effinergie



Les volutions rcentes : performance nergtique

Consommation annuelle en

nergie primaire

703 kWhep/mSU

Moyenne pour le parc immobilier franais existant

2007 (consommations relles, incluant la bureautique et les

process)

~350 kWhep/mSU

Moyenne pour le parc immobilier existant 2007

(Consommations conventionnelles, hors

bureautique, process, etc.)

Passage des consommations relles aux consommations conventionnelles RT 2005

Consommations = Production

BEPOS (Btiments nergie positive)

- 0 kWhep/m.an

~ 120-180 kWhep/mSHON.an

RT2005 RT2005 - 20%

Niveau HQE Performant

- Label THPE (Trs

Haute Performance Energtique)

RT2005 - 50%

Niveau HQE Trs Performant

- Label BBC (Btiments Basse Consommation)

= RT2012



Les volutions rcentes : Grenelle de lenvironnement

BTIMENTS NEUFS

2010 : Objectif BBC (Btiments Basse Consommation) pour les btiments publics et tertiaires 2012 : Objectif 50 kWhep/mSHON.an (a+b+c+d) pour tous les nouveaux PC

(a+b+c+d) : Coefficient de gographie, altitude, activit, source dnergie 2020 : Btiment Energie Positive (BEPOS)

BTIMENTS EXISTANTS

2008 : RT2005 Btiments existants (arrt du 13 juin 2008) 2010 : Audit nergtique sur tous les btiments de ltat et public 2020 : Rduction de la consommation nergtique de 40% Rnovation nergtique de lensemble des logements sociaux (objectif: 90 150 kwh/m.an)


Philosophie RT 2005 VS RT 2012


La RT 2012 change de philosophie : De nouvelles exigences :

Bbiomax : approche bioclimatique des besoins remplaant le Ubat (chauffage, rafraichissement, clairage)

Confort (Tic < Ticrf) Cepmax = 50 (Mctype (Mcgo + Mcalt + Mcsurf + McGES))

La consommation sexprime comme une valeur maximale ne pas dpasser, calcule en

fonction de diffrents critres (localisation, type de btiment, mission de GES de la production nergtique)

Obligation complmentaire de comptage des consommations, dutilisation dnergies renouvelables et de qualit de mise en uvre sur le chantier


La RT 2012 : ce qui ne change pas


Les usages concerns (usages conventionnels) : > Chauffage, refroidissement, ventilation, clairage, ECS, auxiliaires. Deux types dexigences :

Des exigences de performance globale sur louvrage (consommation dnergie et confort dt) ;

Des exigences minimales de moyens (garde-fous);

Lexpression des consommations : > En kwh dnergie primaire par m SHON par an (kWhep/mSHONRT.an) Lapproche "gographique" :

8 zones climatiques (H1a, H1b, H1c, H2a, H2b, H2c, H2d et H3) ; 3 classes dexposition au bruit des infrastructures (BR1, BR2 ,BR3) ;


La RT 2012 : ce qui est nouveau !


Un nouveau coefficient Bbio :

Il caractrise le besoin bioclimatique conventionnel en nergie dun btiment, pour le chauffage, le refroidissement et lclairage ;

Il qualifie la qualit nergtique du bti, avant de savoir quels seront les systmes qui lquiperont ;

Il est sans dimension et exprim en nombre de points ; Le Bbio_max est indpendant de la forme du btiment ! Il est modul en fonction du type dutilisation des locaux (hpital, bureau, cole, logement,

etc.) Condition de respect de la RT2012

Bbio Bbiomax




Un nouveau coefficient Bbio :

Bbiomaxmoyen : Dfini par typologie de btiment, et en fonction du droit climatiser ex : Pour un btiment de bureaux en catgorie CE1 (non climatis), Bbiomaxmoyen = 70 ; Pour un btiment de bureaux en catgorie CE2 (climatis), Bbiomaxmoyen = 140 ; Mbgo : Coefficient de modulation selon la zone climatique Mbalt : Coefficient de modulation selon laltitude Mbsurf : Pour les maisons individuelles ou accoles, coefficient de modulation selon la

surface moyenne des logements du btiment

Bbiomax = Bbiomaxmoyen * (Mbgo+Mbalt+Mbsurf)




Un niveau de consommation Cep : Il caractrise la consommation conventionnelle en nergie primaire dun btiment, pour le

chauffage, le refroidissement, la ventilation, lECS, lclairage et les auxiliaires Il sexprime en kWhep/mSHON_RT.an Le Cepmax est indpendant de la forme du btiment et du choix des installations techniques! Il est modul en fonction du type dutilisation des locaux (hpital, bureau, cole, logement,

etc.)

Condition de respect de la RT2012

Cep Cepmax




Un niveau de consommation Cep :

Mctype : coefficient de modulation selon le type de btiment ou de partie de btiment et sa catgorie CE1/CE2

Mcgo : coefficient de modulation selon la localisation gographique Mcalt : coefficient de modulation selon laltitude McGES : coefficient de modulation selon les missions de gaz effet de serre des sources

dnergie utilises Mcsurf : pour les maisons individuelles ou accoles, coefficient de modulation selon la

surface moyenne des logements du btiment

Cepmax = 50 * Mctype * (Mcgo+Mcalt+Mcsurf+McGES)





Mctype : coefficient de modulation selon le type de btiment ou de partie de btiment et sa catgorie CE1/CE2

> Pour un btiment de logements collectif non climatis : 1 > Pour un btiment de logements collectif climatis : 1,2 > Pour un btiment de bureaux non climatis : 1,4 > Pour un btiment de bureaux climatis : 2,2






McGES : coefficient de modulation selon les missions de gaz effet de serre des nergies utilises

> Bois nergie (chauffage et/ou ECS) : McGES = 0,3 > Rseaux de chaleur :



BMVR

cole des Ingnieurs de la Ville de Paris (EIVP) 46 Bioclimatisme & Architecture & Urbanisme 46

2 / Bibliothque Multimdia Vocation Rgionale de Caen (chantier)

Prsentation du projet

OMA



Prsentation du projet

OMA



Historique / volution

Evolution de la thermique Concours : RT2005 70% Dbut APS : RT2005 50% + Pas de PAC sur eau de mer Courant APS : Rduction des liniques de menuiserie Fin APS : Suppression double peau APD : Mise en place de triple vitrage Fin APD : Identification du delta sur le Ucw Phase PRO : Travail sur le % vitr, laugmentation des allges et impostes Calcul dtaill du Ucw Entre PRO et DCE : mise en place du vitrage bomb et remplacement des protections solaires extrieures



Technologies innovantes : inertie

OMA



Les tudes / processus de conception



Les tudes / Etudes arauliques



Lintgration des prescriptions dans les CCTP / GTB


La simulation thermique


Dsol mais parlons des principes

Le 2nd a vous parles?


Convection

Rayonnement

Conduction

Les modes dchange?


Consommation | Energie Primaire

Besoins | Energie Finale


Une petite liste


Comment marche une modlisation?


Comment fonctionne une modlisation?


La pratique

Nakano, Rivas, Sokol


Modeleur Moteur de calcul

Vray

Gecko (firefox)

Artlantis

CMIP (GIEC)

Energy+

RT2012

Archiwizard

Autocad

Revit

Archicad

3DSMax

Rhinoceros

Archiwizard

Autocad

Vray

Artlantis

Archicad

CMIP (GIEC)

Energy+

Rhinoceros

Gecko (firefox)

Revit

3DSMax

RT2012

Archiwizard


Des truc en plus


Morphologie dun btiment - Exercice

Le rapport la ville / densit btie

Trois formes urbaines diffrentes pour une mme densit btie mais diffrence dans la manire doccuper lespace Une opration environnementale doit limiter son empreinte au sol



Le rapport la ville / compacit

Mme densit btie mais diffrence de compacit Une opration environnementale doit limiter son empreinte au sol La barre est ici plus compacte que la tour qui est plus lance Quel compromis entre densit et compacit?

30% + compacte



Compacit et lumire naturelle Les formes plus compactes vont ncessairement moins capter les apports de chaleur et de lumire

Ncessit donc de connatre les besoins du btiment



Nuisances et gestion des surfaces Intgrer les nuisances acoustiques, olfactives, pollutions de lair, de leau, du sol Des gabarits diffrents pour des performances diffrentes (acoustique, pollution) La bonne orientation btie joue aussi un rle



Nuisances et gestion des surfaces Surfaces minrales VS surfaces vgtales Pour une mme densit, limiter les surfaces impermables implique de btir haut A moins de vouloir rcuprer leau


Morphologie dun btiment - Synthse

Empreinte au sol

Densit / compacit

Lumire naturelle

Bruit

Infiltration deau

Rcupration deau


Un peu de Grasshopper Ou comment programmer sans le savoir


Eglise Orthodoxe | Projet SBBT


Projet SBBT


Ilot Say | Projet SBBT


Projet SBBT


Projets SBBT


Standard Program

Var x; x=4+3; Print x;

Dataflow Program


Standard Program

Var x = {1,2,3,4}; Var y = {4,3,2,1}; //initialisation pas gniale Var res = list[x.lenght]; For i from 0 to x.lenght do res[i] = x[i]+y[i]; Print res; //ou encore un for

Dataflow Program


Script Systmique | Elioth


Projet Austerlitz | Elioth


Mise en place dune maquette numrique informe

1. Comme aide au diagnostic global pour fixer les objectifs

2. Comme outil de projet collaboratif

3. Comme support de lanalyse systmique pour identifier les "grandes masses"


t/man

SURFACES COEFFICIENTS CONSOLIDATION

x = m kWh/m.an kWh/an x = m l/an x = m t/an

INPUT O

UTPU

T

Exemple :: Donnes des diffrents flux

l/man


nergie eau dchet

rglementaire

spcifique

Incorpore (ou grise) potable

grise

noire

organique

recyclable

spcial

chaud froid clairage ventilation eau chaude

Exemple :: Donnes des diffrents flux


SHON DONNEES ENERGETIQUES INTERFACAGE MAQUETTE

NUMERIQUE

CORRESPONDANCE PLAN-SHON

ENTREE

SORT

IE

Processus


Entres :: SHON


Entres :: nomenclature CODE_SHON


Entres :: Modle 3D


Entres :: Donnes de flux


DONNEES DE FLUX

DEFINITION PARAMETRIQUE GRASSHOPPER

MAQUETTE NUMERIQUE

Interfaage


De la 3D classique

la 3D informe


Sortie :: Maquette numrique informe


Interfaage: Dfinition paramtrique de la maquette

Lensemble des entres sont centralises dans des panneaux de contrle. Ils permettent de choisir lapparence du rsultat


Sortie :: Maquette numrique informe ET

AT D

ES L

IEUX

PR

OJET

SHON / ENERGIE ENERGIE EAU DECHETS


ENERGIE

kWh/an rglementaire

spcifique

incorpore

kWh/an

kWh/an

= 500 000 kWh/an

Dcoupage par contribution : nergie

PROJET

ETAT DE LIEU


Sortie :: Maquette numrique informe ETAT DES LIEUX PROJET


Quelques grands principes


Morphologie dun btiment Espaces tampons

Principe : Amliorer la compacit dun btiment (espace inter-climatique)

Captage solaire en orientation sud (conduction, convection) Rduction des dperditions en faade nord (protection aux

vents) Orientations Est / Ouest non conseilles (surchauffe t)

Exemple despaces tampons : hall, atrium, patio, vranda, double

peau

hiver Effet de serre t Respiration


hiver


Espaces tampons - hiver : Plusieurs fonctions : protection contre les vents, rduction de

lamplitude thermique int/ext, apports solaires, confort et pice de vie agrable

Espaces rarement chauffs, prise dair dans le volume prchauff

La performance dpend : du rayonnement incident, de la surface de captage, du facteur solaire du vitrage



Espaces tampons - t : Protection solaire intgrer (stores ou toiture opaque selon configuration) Espace ventil naturellement : prvoir des ouvrants en partie haute rejet dair chaud possible

t

Protection solaire


Morphologie dun btiment : exemple de ralisation

Espaces tampons bioclimatiques

Institut de recherche Wageningen Pays-Bas - Behnisch


Morphologie dun btiment : exemple de ralisation

Espaces tampons bioclimatiques

Agence fdrale de lenvironnement de Dessau Allemagne Sauerbruch & Hutton


Mobilisation de linertie dans le btiment

Principes Mobiliser linertie dans le btiment consiste stocker de lnergie

dans la structure du btiment puis la dstocker quelque soit la saison

Plus linertie est forte (murs pais, matriaux lourds), plus le btiment se rchauffe / refroidit lentement

En hiver, la chaleur restitue la nuit rduit la baisse des tempratures dans le btiment (et donc le pic de consommation pour la relance)

En t, un btiment non climatis se doit de prfrence dtre inerte afin damortir les pics de surchauffe et de stocker un peu de fracheur la nuit (ventilation nocturne)



Principes - hiver

Jour : apports internes + apports solaires rchauffent les dalles de bton

Le btiment se charge

Apports internes

Apports internes

Apports solaires

Jour



Principes - hiver

108

Nuit hiver

Le btiment se dcharge et se maintient en temprature



Principes - t Jour: apports internes + apports solaires rchauffent les dalles de bton

Le btiment se charge

Apports internes

Apports internes

Apports solaires

Jour



Principes - t

110

Surventilation

Nuit t

Le btiment se dcharge



Principes - t

Matin t

Le btiment est dcharg



Exemple


Rafraichissement / Prchauffage passif de lair

Les puits canadiens : principes Utiliser linertie du sol pour prtraiter lair ventilant les btiments : circulation dair

(fluide caloporteur) dans des tuyaux enterrs dans le sol (changeur)

Echanges entre le sol et lair permet de rcuprer : Les calories en hiver (Text < Tsol) puits canadiens Les frigories en t (Text > Tsol) puits provenal

Les lments impactant sur lefficacit :

La longueur dchange : conditionne la diffrence de T entre lentre et la sortie

Le type de sol : conductivit varie selon la composition du sol

La vitesse de lair : change moins efficace avec vitesse leve

Le matriau utilis (conductivit)



Les puits canadiens : principes hiver

T soufflage = 4C

T sol = 12C



Les puits canadiens : principes t

T soufflage = 21C

T sol = 12C


Ressources


https://alliages.wordpress.com

g.meunier [AT] elioth.fr


Bibliographie Sun, wind and light : Architectural Design Strategies Auteurs : G.Z. Brown / Mark De Kay dition : John Wiley & sons Anne de parution : rdition (2001)

La conception bioclimatique Auteurs : Samuel Courgey / Jean-pierre Oliva dition : Terre vivante Anne de parution : 2006


Bibliographie Climate Design Auteurs : Gerhard Hausladen / Michael de Saldhana dition : Birkhauser Anne de parution : 2005

Climate Skin Auteurs : Gerhard Hausladen / Michael de Saldhana dition : Birkhauser Anne de parution : 2008


Bibliographie Manuel darchitecture naturelle Auteurs : David Wright dition : Parenthses Anne de parution : rdition

Trait darchitecture et durbanisme bioclimatique Auteurs : Alain Liebard & Andr de Herde dition: Le moniteur Anne de parution : 2006


Bibliographie

Qualit environnementale des btiments Auteurs : Ademe & TRIBU dition : Ademe Anne de parution : 2002

Concevoir des btiments bioclimatiques : Fondements et mthodes Auteurs : Pierre Fernandez & Pierre Lavigne dition: Editions du Moniteur Anne de parution : 2009

Et le Rfrentiel NF-HQE bien sr


http://elioth.com/fr/about/presse


Sites internet intressants

Donnes mtorologiques (base de donnes) http://apps1.eere.energy.gov

nergie http://www.manicore.com/

http://www.theshiftproject.org/

http://www.outilssolaires.com/

http://www-energie.arch.ucl.ac.be/

Eau http://www.eaudanslaville.fr/

http://www.eaufrance.fr

nergie renouvelables http://ines.solaire.free.fr/

http://www.tecsol.fr/

http://www.pvdatabase.org/

http://www.windfinder.com/

http://www.thewindpower.net/

http://www.geothermie-perspectives.fr/

Confort thermique http://www-energie.arch.ucl.ac.be/

Confort visuel http://www-energie.arch.ucl.ac.be/

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