Bioclimatisme & architecture & urbanisme C1

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

Le bioclimatisme cest bien Mais a vient do?


Les principaux axes crs ou transforms sous le Second Empire et au dbut de la Troisime Rpublique


Lile de la cit avant et aprs Haussman


Carte des environs de la ville de Barcelone et projet d'amlioration et d'aggrandissement, 1859


Henri Sauvage | Paris


Des vacances au Maroc


Les architectures vernaculaires ou traditionnelles rpondent certains enjeux environnementaux

Ligloo : matriau local

structurellement rsistant

efficace vis--vis du vent

laisse en partie passer la lumire

dune dimension facile chauffer avec les apports humains

Climat Polaire


Tipi indien : construction mobile adapte au nomadisme

enveloppe isolante pour rsister aux hivers continentaux, limite les phnomnes de parois froides

forme adapte au vent

ventilation naturelle et vacuation des fumes de chauffage

matriaux hygro-rgulateur et dont ltanchit peut tre renforce par ajout de graisse

Climat Continental


Ksar et maisons du Maghreb : matriau local, thermo rgulant

murs pais crant de linertie, ncessitant peu de poutres (le bois est rare)

trs ferm, vite les surchauffes lies aux apports solaires

habitat compact pour crer des ruelles ombrages

des concepts simples de ventilation naturelle

Climat dsertique aride


La maison des moussons : construction en bois imputrescible

des toits forte pente pour vacuer la pluie, scher plus vite et protger les faades

des pilotis pour crer un espace extrieur abrit et viter les inondations.

ventilation naturelle de la sous face de plancher pour viter les moisissures.

Climat tropical humide


La maison andalouse : construction durable et solide

des toits de tuiles pour grer les fortes pluies et lvacuation des apports solaires

le patio avec fontaine et arbres pour crer un rafrachissement adiabatique.

des murs massifs pour crer de linertie et du confort, un faible albdo pour rflchir le soleil

des coursives ombrages pour se protger du soleil et profiter de la lumire

Climat mditerranen


2 nouveaux paradigmes

Larchitecture et lnergie


Muse Guggenheim, Bilbao, Espagne, 1997 Frank Gehry


Tour de Doha | Ateliers Jean Nouvel


Weingut Gantenbein Gramazio & Kohler


Louvre Abu Dhabi | AJN


Spaceship earth Le zoom arrire


Le bilan nergtique moyen annuel de la terre...


Les GES et les activits humaines

> + de 40 gaz impliqus dans leffet de serre, en majeure partie dorigine naturelle > Part anthropique en augmentation depuis le dbut de lre industrielle > Une plus grande quantit dinfrarouges retenus qui perturbe lquilibre naturel

Gaz Origine

H2O Vapeur d'eau vaporation

CO2 Dioxyde de carbone Combustion Ptrole, Charbon, Gaz

CH4 Mthane; Gaz Naturel Mines charbon, Ptrole, Bovins, rizires

N2O Dioxyde d'azote Moteurs diesel

HFC PFC SF6 Hydrocarbures Fluors

Gaz rfrigrants / Mousses plastiques Composants lectroniques / Double vitrage

O3 Ozone Pas d'mission directe


Enjeux nergtiques La rduction des missions de gaz effet de serre

Corrlation entre les missions de GES et la temprature sur Terre

?

Source : Petit, J. R, 1999

Concentration de CO2

La corrlation entre variation T / [CO2] est avre depuis plus de 400 000 ans.

Aujourdhui : [CO2] = 384ppm

Demain : [CO2] = ?


Le changement climatique

GIEC (ICCP) Intergovernmental Panel of Climate Change | Groupe dexperts intergouvernemental sur lvolution du climat AR Assessment report CMIP Coupled Model Intercomparison Project SRES Special Report on Emissions Scenarios RCP Representative Concentration Pathways


Le rchauffement est sans quivoque. Les humains ont caus la majorit de celui-ci. Le rchauffement est en grande partie irrversible. Nous avons choisir quel avenir nous voulons trs

bientt. Pour rester en dessous de 2 C de rchauffement, le

monde doit devenir ngatif de carbone. Pour rester en dessous de 2 C de rchauffement, la

plupart des combustibles fossiles doivent rester enfouis dans le sol.

Que nous dit lAR5

cole des Ingnieurs de la Ville de Paris (EIVP) 33 Bioclimatisme & Architecture & Urbanisme 33


DJU

Les DJU signifient littralement Degrs Jours Unifis. Ils permettent destimer en premire approche, une consommation de chaud ou de froid selon une temprature de consigne donne. Pour le btiment en France, les DJU base 18 (i.e. temprature de consigne de 18C) font en gnral rfrence pour estimer en premire approche les besoins de chauffage dun logement.


Enjeux nergtiques La rduction des missions de gaz effet de serre

36

Les impacts de laugmentation des GES - Augmentation de la frquence des phnomnes

mtorologiques extrmes (pics de chaleur, prcipitations extrmes)

- Diminution des ressources en eau dans les rgions sches tropicales et subtropicales

- Impacts sur les cosystmes (affaiblissement, disparition, dplacement)


Epuisement des ressources Les rserves

> Une estimation difficile et controverse, 85 ans de rserve, variable selon la

ressource > Dcouvertes de nouveaux gisements ? Avances technologiques ? > Rythmes de consommation ? Aujourdhui, plus de 80 % de lnergie est fossile

Ptrole 31 % 58 ans

Charbon 30 % 145 ans

Gaz 26 % 57 ans

Uranium 5 % 48 ans

Part de la consommation dnergie primaire

Rserves prouves ( consos constantes)

Rserves mondiales estimes fin 2011 Source : BP Statistical Review of World Energy 2012


Enjeux nergtiques Rduire la dpendance aux nergies fossiles

38

Epuisement des ressources VS consommations croissantes


Enjeux nergtiques Rduire la dpendance aux nergies fossiles

Epuisement des ressources VS consommations croissantes

Consommation mondiale dnergie primaire selon le scnario Business As Usual Source : World Energy Outlook 2004, IEA

Hausse de la consommation

nergtique globale (pays mergents)

Hausse de la consommation dnergie fossile (85% de la demande nergtique de 2004 2030)

2 consquences : puisement des ressources

nergtiques non renouvelables

Accumulation du CO2 dans

latmosphre


Enjeux nergtiques lis aux consommations des btiments

Consommations nergtiques et missions de CO2 en France nergie et missions de GES : Thmatiques centrales de lenvironnement

dans le btiment :

45% des consommations dnergie finale

25% des missions de CO2

Objectifs du Grenelle de lenvironnement

:

Rduction dau moins 20% des missions de GES dici 2020

Amlioration dau moins 20% de lefficacit nergtique dici 2020

Part des nergies renouvelables reprsentant au moins 23 % de la consommation dnergie finale dici 2020.


Enjeux nergtiques lis aux consommations des btiments

Enjeux diffrencis selon les pays : rhabilitation VS construction neuve

Neuf : 1%/an

Ancien 2050 Consommations

nergtiques

> En France : des consommations de 2050 dans lexistant

50% du parc existant

> En Inde : 70 % des btiments de 2030 restent construire !

> La consommation nergtique

associe va accrotre la contribution du btiment aux missions de GES


Point sur les types dnergie

Les consommations nergtiques dun btiment sexpriment en kWh/m.an. Trois manires dexprimer ces consommations :

2 / Lnergie finale reprsente lnergie consomme et facture lutilisateur, elle intgre le rendement des quipements de production dnergie et les pertes du rseau de distribution Energie finale = Besoins x rendement Rduction de lnergie finale = systmes performants

1/ Lnergie utile : ce sont les besoins bruts dun btiment, soit lnergie ncessaire pour satisfaire un besoin (atteindre une temprature de 20C par exp.) Besoins = dperditions apports utiles Rduction des besoins = bioclimatisme


3/ Lnergie primaire caractrise un cot nergtique global : cest lnergie consomme par le btiment (nergie finale) + lnergie ncessaire en amont pour acheminer lnergie vers le btiment. Energie primaire (kWhep) = nergie finale x coefficient conventionnel de lnergie utilise Rduction de lnergie primaire = Energies renouvelables

Point sur les types dnergie

Type d'nergie France RT Label Effinergie Suisse Europe Passif

lectricit 2,58 2,58 2 2,6

Bois 1 0,6 0,7 0,2

Gaz / Fioul 1 1 1 1,1

Photovoltaque 0 2,58 2 0,7

Solaire 0 0 0 0


Le bioclimatisme Et si on attaquait


Le site : la prise en compte de lexistant

51

On ne construit pas le mme btiment :

En ville et la campagne, Au nord et au sud, Sur un grand ou un petit terrain Avec ou sans nuisances priphriques

La dmarche environnementale dmarre par une analyse du site :

Rglementation environnementale (PLU, agenda 21,) Lurbanisme environnant et ses ventuelles nuisances Le milieu naturel Les ressources locales Les voies de circulation (routire, circulations douces, transports

en commun)



52

Les donnes analyses et croises avec le site :

Les volumtries prexistantes (masques ou pas?) La prsence dinfrastructures ou quipements bruyants Les vents dominants par saison pour vrifier les zones protger

ou les potentiels de ventilation naturelle La prsence vgtale (masques, rafraichissement) Les accs au site et les modes de dplacement alternatifs la

voiture Les contraintes particulires (risque dinondation ou autres) Le potentiel dutilisation de ressources nergtiques vertueuses

proches (filire bois, gothermie, rseau de chaleur vertueux)



53

Ensoleillement ?

Vents dominants ?

Topographie ?

Qualit du sol ?

Possibilits de mobilit propre ?

Patrimoine naturel ?

Prcipitations ?

Volumes urbains ?

Nuisances ? Pollutions ?

nergies disponibles ?



Croiser les donnes mto et le site : lanalyse solaire

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Stereographic Diagram Location: 48.0, 116.0

Obj 38 Orientation: 90.0, -90.0

Un amnagement futur sur la parcelle rouge Le masque solaire rsultant




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Equidistant Projection Location: 48.0, 116.0


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Stereographic Diagram Location: 48.0, 116.0


Sphrique quidistant Strographique BRE

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BRE Sunpath Indicator Location: 48.0, 116.0


North 30 60 90 120 150 South 210 240 270 300 330 North

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Waldram Diagram Location: 48.0, 116.0


Orthographique Waldram



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Orthographic Projection Location: 48.0, 116.0




Croiser les donnes mto et le site : lanalyse densoleillement

tude qualitative des ombres portes dun btiment ou amnagement




Mais aussi pour des approches quantitatives permettant dvaluer : Le flux incident sur des faades en W/m (FS) Le flux incident sur des toitures en W/m (PV)

Tour CB-31 - KPF T8 - Ricciotti


Le programme : des enjeux de consommations diffrencis

Des apports internes variables selon lactivit des occupants



Des apports internes variables selon la densit doccupation

Selon les programmes, le nombre de personne par m peut varier considrablement : de 3 personnes pour 100 m en rsidentiel

150 personnes pour 100 m dans un auditorium les apports internes sont donc, pour une surface et une activit gale (assis) de :

3 * 70 W = 210 W / 100 m dans le logement

150 * 70 W = 10 500 W/ 100 m dans un auditorium

Les apports sont donc importants considrer dans une approche bioclimatique



Des apports internes variables selon la densit dclairage



Des postes de consommations diffrencis par usage

Programme

m SHON kWh TH /m.an MWh TH /an kWh TH /m.an MWh TH /an kWh ELEC /m.an MWh ELEC /anLogements 25 000 50 1 250 0 0 30 750

Bureaux + Showroom 27 000 20 540 20 540 60 1 620SDIS 4 500 20 90 20 90 60 270

Autres (htel, EHPAD, centre) 16 000 50 800 10 160 40 640Commerces - hors mail 45 000 30 1 350 40 1 800 55 2 475

Data center 5 000 0 0 9198 29 894 13140 42 7053 250 m

Total 122 500 m 4 030 MWhTH/an 32 484 MWhTH/an 48 460 MWhELEC/an

Besoin nergtiques prvisionnelsChaud Froid Electrique


Exemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinki

Le climat : analyse climatique dtaille

=> Des tempratures dair ncessitant une stratgie de conception axe sur la rduction des besoins de chauffage

=> Plage de temprature : 81 % du temps en dessous des tempratures de confort

=> Peu de tempratures suprieures 24C (1% du temps) : possibilit de se passer de climatisation




=> En hiver, peu de lumire du jour : faible potentiel de rcupration dapports solaires

=> Des jours trs longs t avec un potentiel solaire plus intressant

=> Une irradiation solaire annuelle lgrement infrieure Paris (1000 kWh/m.an) et concentre en t




=> Des vents dominants Ouest/Sud Ouest, en particulier en hiver

=> Des vitesses de vent ne permettant pas lexploitation de lnergie olienne



Le site : analyse de lexistant

Btiment existant au sud = masque pour la rcupration dnergie potentielle en hiver

Orientation des vents dominants Protection des ventuelles entres / de la faade



Le projet : un btiment compact, ouvert sur une seule faade

Perspectives : Mars architecture



Le projet : un btiment compact, ouvert sur une seule faade



Le projet : une double peau grant linterface entre lintrieur et les conditions climatiques extrieures


Exemple 1bis : Batiment denseignement Polytechniques


Exemple 2 : concours pour la construction de logements Boulogne

Le site : enjeux de construction en site urbain dense

Avantages : ouverture au sud avec peu de masques

Inconvnients : Construire dense sur une petite partie de la parcelle

Contrainte de vis--vis avec la barre voisine louest

Contrainte de non constructibilit en partie nord (espace vert protg)



Etude des formes pour assurer un ensoleillement maximal et des vues



Etude des formes pour assurer un ensoleillement maximal en faade

Hliodons le 21 dcembre 10 h, 12 h et 15 h

Hliodons le 21 mars 10 h, 13 h et 16 h

Hliodons le 21 juin 10 h, 13 h et 16 h




Nombre dheure densoleillement en hiver par faade point de vue sud est et sud ouest

Logements mono-orients sud / sud-ouest

Faades sud-est = 3 heures de soleil en hiver

Faades est




Perspectives : LAUC


Exemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - Jussieu

Intgration des contraintes de site dense



Intgration des contraintes de site dense : analyse des masques

21 Juin

21 Mars 21 Septembre

21 Dcembre



Intgration des contraintes de site dense : potentiel solaire en toiture Afin de rduire les consommations lectriques, le

recours lnergie photovoltaque peut tre envisag :

Bonne exposition en t et mi-saison Bonne exposition partielle en hiver Surface disponible horizontale : 3 600 m

(sans patio) Potentiel solaire Paris : ~ 1 000 kWh/m/an

Et

Mi-saison

Hiver



Intgration des contraintes de site dense : travail de la forme

Hliodons (point de vue sud-est) le 21 dcembre 10 h, 13 h et 16 h

Hliodons (point de vue sud-est) le 21 mars 10 h, 13 h et 16 h




21 juin 10 h 21 juin 13 h 21 juin 16 h

Rduction des besoins de climatisation Protection solaire des faades / Projet

Faades sud dcales de 44 vers lest / louest - Le 21 juin, les faades sud (+/- 44) ne sont presque jamais protge du soleil

- Ncessit de protections solaires extrieures mobiles




Rduction des besoins de climatisation

Protection solaire des faades / Projet

Faades Nord / Nord ouest dcales de 44 Le 21 juin, les faades nord (+/- 44) sont protges du soleil une grande partie de la journe

- Au nord / nord est : soleil jusqu 10 h

- au nord / nord ouest : soleil partir de 18 h

- Une protection mobile intrieure permettrait dviter lblouissement

21 juin 10 h 21 juin 13 h 21 juin 16 h 21 juin 18 h




Rduction des besoins de climatisation

Protection solaire des faades / Projet

Protections mobiles extrieures

Protection mobile intrieure

En rsum:

- Protection solaire extrieure mobile au sud

- Protection solaire intrieure mobile au nord

- Pour les patios : lautoprotection peut permettre de limiter ces protections

=> Etude faire en fonction de la volumtrie transmise ultrieurement

Diapositive numro 1Diapositive numro 2Diapositive numro 3Diapositive numro 4Diapositive numro 5Diapositive numro 6Diapositive numro 7Diapositive numro 8Diapositive numro 9Diapositive numro 10Diapositive numro 11Diapositive numro 12Diapositive numro 13Diapositive numro 14Diapositive numro 15Diapositive numro 16Diapositive numro 17Diapositive numro 18Diapositive numro 19Diapositive numro 20Diapositive numro 21Diapositive numro 22Diapositive numro 23Diapositive numro 24Diapositive numro 25Diapositive numro 26Diapositive numro 27Enjeux nergtiques La rduction des missions de gaz effet de serreDiapositive numro 29Diapositive numro 30Diapositive numro 31Diapositive numro 32Diapositive numro 33Diapositive numro 34DJUEnjeux nergtiques La rduction des missions de gaz effet de serreDiapositive numro 37Enjeux nergtiques Rduire la dpendance aux nergies fossilesDiapositive numro 39Enjeux nergtiques Rduire la dpendance aux nergies fossilesDiapositive numro 41Enjeux nergtiques lis aux consommations des btimentsEnjeux nergtiques lis aux consommations des btimentsDiapositive numro 44Point sur les types dnergie Point sur les types dnergie Diapositive numro 47Diapositive numro 48Diapositive numro 49Diapositive numro 50Le site : la prise en compte de lexistantLe site : la prise en compte de lexistantLe site : la prise en compte de lexistantLe site : la prise en compte de lexistantLe site : la prise en compte de lexistantLe site : la prise en compte de lexistantLe site : la prise en compte de lexistantLe site : la prise en compte de lexistantLe programme : des enjeux de consommations diffrencisLe programme : des enjeux de consommations diffrencisLe programme : des enjeux de consommations diffrencisLe programme : des enjeux de consommations diffrencisExemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinkiExemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinkiExemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinkiExemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinkiExemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinkiExemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinkiExemple 1 : concours pour la construction de la bibliothque dHelsinkiDiapositive numro 70Diapositive numro 71Diapositive numro 72Exemple 2 : concours pour la construction de logements BoulogneExemple 2 : concours pour la construction de logements BoulogneExemple 2 : concours pour la construction de logements BoulogneExemple 2 : concours pour la construction de logements BoulogneExemple 2 : concours pour la construction de logements BoulogneExemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - JussieuExemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - JussieuExemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - JussieuExemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - Jussieu Exemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - JussieuExemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - Jussieu Exemple 3 : Concours pour les laboratoires Paris Parc - Jussieu

Bioclimatisme & architecture & urbanisme C1

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