CARDONNEL LA SERRE HABITÉE · cabane dans les arbres... ... Rythmer les espaces communs de JEUX...

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LA SERRE HABITÉE VIVRE DANS UNE «BULLE» DE VERDURE, AU COEUR DE LA VILLE ... ... UN HABITAT COLLECTIF À ÉNERGIE POSITIVE ... GIL MARIE CONCOURS E+ CARDONNEL INGÉNIERIE OCTOBRE 2012

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LA SERRE HABITÉEVIVRE DANS UNE «BULLE» DE VERDURE, AU COEUR DE LA VILLE ...

... UN HABITAT COLLECTIF À ÉNERGIE POSITIVE ...

GIL MARIECONCOURS E+CARDONNEL INGÉNIERIE

OCTOBRE 2012

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Marie GIL - «La serre habitée...» - Concours E+ - Cardonnel Ingénierie - Octobre 2012

PRÉSENTATION DU PROJET

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Marie GIL - «La serre habitée...» - Concours E+ - Cardonnel Ingénierie - Octobre 2012

SCÉNARIO

Le projet a été conçu, virtuellement, en tenant compte des éléments suivants :

Climat : Tempéré Océanique (nord de la Loire - France)

Orientation :Nord - Sud

Site d’implantation :- en ville, - parcelle d’environ 40m de long sur 15m de profondeur- «dent creuse», site désaffecté, bâtiments mitoyens ou espace libre- proximité des commodités (transports en commun, commerces, enseignement, culture...)

Avant-propos / Constat :

(accès à l’emploi, à la culture, à l’éducation, à la santé...).

Des études sociologiques actuelles montrent que pour son bien-être, l’Homme a un besoin vital de contact avec la nature.Besoin de «verdure», de plantes, d’espaces verts à proximité de chez lui pour prendre l’air et le soleil, se reposer dehors, jouer avec ses enfants, cultiver ses fruits et légumes... Or, on trouve encore trop peu d’espaces verts, de parcs collectifs au coeur de nos villes.

Scénario :

Habiter un lieu où le Végétal intégrerait, dès la conception, le bâtiment.

Vivre dans une «bulle» de verdure... au coeur d’une ville.

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Participer à la lutte contre le changement climatique : bâtiment à énergie positive.

Développer le contact avec la nature en zone urbaine (espaces semi-extérieurs plantés, parois végétalisées, toitures aménagées en potager) en limitant l’usage du foncier.

Habiter des volumes «suspendus» environnés de verdure : habiter une cabane dans les arbres...

Utiliser des matériaux naturels et chaleureux dans des volumes superposables selon les besoins, et englobés dans une serre.

Renforcer les liens communautaires entre les habitants du bâtiment autour d’espaces à partager.

Améliorer la qualité des airs intérieur et semi-extérieur : limiter l’entrée d’air « pollué » dans les logements et la serre ; permettre une régénération de l’air à l’aide des plantes de la serre.

Optimiser le coût de la construction : le surcoût lié à la serre est compensé par le moindre coût des volumes en bois préconstruits en usine.

CONCEPT

Habiter un lieu où le Végétal intégrerait, dès la conception, le bâtiment.

Vivre dans une «bulle» de verdure... au coeur d’une ville

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TEMPÊTE D’IDÉES...

Habiter les TOITS...

Un coin de NATURE en ville...

Aménager des espaces PARTAGÉS. . .

Faire entrer la VÉGÉTATION chez soi...

VIVRE dans une CABANE ...Un habitat COLLECTIF écolo ...

Des volumes tout en BOIS...

Rythmer les espaces communs de JEUX D’OMBRE et DE LUMIÈRE

VIVRE dans un bâtiment DURABLE

Une SERRE habitée...

Créer un Habitat MODULABLE

Se sentir dehors tout en étant dedans ! Voir sans être vu...

CULTIVER son jardin...

Se chauffer au soleil...

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CARACTÉRISTIQUES

La serre habitée est un bâtiment collectif résidentiel neuf confortable avec son enveloppe et ses équipements, répondant à la réglementation RT 2012, tendant vers la RT 2020, et produisant plus d’énergie qu’il n’en consomme (énergie positive).

Bien-être, confort et santé

elle apporte un confort à la fois thermique (ambiance tempérée en toute saison), acoustique (préservation des bruits dérangeants),

La serre habitée utilise des matériaux peu émissifs, donc moins nocifs pour la santé. Elle est constituée d’un espace semi-extérieur (espace-tampon) qui isole les logements et les habitants de l’air extérieur pollué ; elle favorise le sentiment d’immersion dans la nature, qui fait de plus en plus défaut aux habitants des villes.

Empreinte écologiqueLa production de gaz à effet de serre est limitée, et l’empreinte écologique réduite grâce à l’exploitation optimale des ressources du site (orientation nord-sud, récupération des eaux de pluie, ventilation naturelle du bâtiment) ; grâce au choix des matériaux (utilisation du bois, du verre...) ; grâce à la mise en place de systèmes de production d’énergies renouvelables (énergies photovoltaïque, solaire-thermique, géothermique) ; grâce au bon fonctionnement du bâtiment (sensibilisation et participation des habitants, équipements peu énergivores, retour sur expérience...).

MaintenanceLa serre habitée raisonne en coût global, et cherche ainsi à limiter ses coûts de maintenance et d’entretien. Les installations énergétiques sont optimisées par un suivi de leurs performances. Le jardin d’hiver et les potagers collectifs sont entretenus par les occupants.Un système domotique gère les ouvertures et fermetures de la serre en fonction de la température et de l’hygrométrie intérieure. Les pare-soleils installés dans les logements peuvent être gérés mécaniquement (ou manuellement).

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SCHÉMAS CONCEPTUELS

Énergie solaire Ventilation naturelle Végétalisation

Protections solaires Espaces communs/privésVolumes bois préconstruits Structure en béton

Géothermie

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DESCRIPTION DU PROJET

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DÉCOMPOSITION DES VOLUMES

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Marie GIL - «La serre habitée...» - Concours E+ - Cardonnel Ingénierie - Octobre 2012nnel I g

Espace extérieur privatif

Loggia ou terrasse

Système combinatoire / Logements modulables

Soit 1 «bloc», soit groupement de plusieurs «blocs» reliés par des volumes de verre

Logement duplex ou simplex

Desserte

Coursive commune desservant les logementsStructure métallique (type caillebotis)

Volume en bois

Structure légère - PréfabricationDimensions L : 10m ; l : 5m ; h : 3m

TYPOLOGIE LOGEMENTS

Desserte

Jardins suspendus privatifs

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Circulation horizontale

Coursive communeStructure métallique (type caillebotis)

Espaces privatifs

LogementsType 1, 2 ou 3

Espaces collectifs

R-1 : Parking semi-enterré

Rez : Jardin d’hiver / TerrasseAtelier / Salle de sport

Chaufferie / Laverie

R+4 : PotagersTerrasses

Circulation verticale

Accessibilité PMREscaliers à claire voie

ORGANISATION BÂTIMENT

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CHOIX EFFECTUÉS

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Structure métallique

Verrière ventilée

ENVELOPPE DU BÂTIMENT : LA VERRIÈRE

- Espace tampon entre l’extérieur et la partie chauffée : protection contre le vent, réduction d’amplitude thermique entre l’intérieur et l’extérieur (en hiver la température intérieure est toujours supérieure à la température extérieure),

- Espace valorisant les apports solaires,

- Espace améliorant le confort en créant un nouvel espace agréable à vivre.

Confort d’été - Ventilation naturelle

Sous certaines conditions climatiques, la température de la serre pourrait être supérieure à celle de l’extérieur.

La verrière est équipée de larges ouvrants d’aération en toiture (tirage par cheminée verticale) ainsi qu’en façades (ventilation haute et basse) pour le confort d’été. Un système domotique gère les ouvertures et fermetures de la serre en fonction de la température et de l’hygrométrie intérieure. Les pare-soleils installés dans les logements peuvent être gérés mécaniquement (ou manuellement).

Les pare-soleils, les façades végétalisées et les plantations intérieures favorisent également la fraîcheur et viennent en complément du phénomène de ventilation naturelle.

En hiver

A l’inverse, la serre capte les rayons de soleil et se chauffe naturellement. Elle chauffe également les volumes en bois intérieurs (inertie thermique).

APPROCHE ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE

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VOLUMES EN BOIS - LOGEMENTSLes volumes en bois, disposés à l’intérieur de la serre, constituent les espaces habitables isolés et chauffés, ouverts sur la serre et sur les extérieurs (côtés rue et jardin).

Le projet a été conçu dans un esprit de simplicité et de sobriété énergétique. Ainsi un travail important a été effectué sur l’enveloppe des logements.

2.K2.K

2.K- Les menuiseries seront composées :

. soit d’un double vitrage basse émissivité et d’un châssis mixte alu/bois à rupteur thermique, elles 2.K. pour les châssis intérieurs au volume de la serre ;

. soit d’un triple vitrage et d’un châssis mixte alu/bois à rupteur thermique, elles auront un Uw inférieur 2.K. pour les châssis extérieurs au volume de la serre ;

L’implantation des espaces vitrés sur l’ensemble des orientations contribue à apporter un confort visuel

d’éclairage diffus tandis que les vitrages situés au Sud seront protégés par des protections solaires

Inertie thermique du bâtiment

Pour capter l’énergie solaire, il convient de placer les ouvertures vitrées principales au sud. Le verre laisse passer la lumière mais absorbe les infrarouges réémis par les parois intérieures recevant cette lumière, ce qu’on appelle l’effet de serre.

La lumière du soleil est convertie en chaleur par les surfaces opaques de la construction : murs, plafonds, sols du rez-de-chaussée et poteaux en béton). L’accumulation de la chaleur journalière est restituée la nuit. En mi-saison, cette restitution de chaleur dispense de l’utilisation du système de chauffage.

APPROCHE ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE

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Le choix des installations techniques de chauffage et de ventilation a été établi dans un souci d’entretien et de maintenance simple et

haut rendement.

CHAUFFAGE

Géothermie

La pompe à chaleur est un équipement de chauffage thermodynamique à énergie renouvelable. La pompe à chaleur prélève des calories dans une source renouvelable telle que l’air extérieur, l’eau (de nappe ou de mer), la terre -selon site d’implantation du projet-pour les transférer vers les logements.

Type de PAC : Thermo-frigopompeMode de fonctionnement : Mode inversible (chauffage en hiver ; rafraichissement en été)

Production d’ECS solaire

Surface panneaux solaires thermiques : 80 m2

RAFRAÎCHISSEMENT DE L’AIR DE LA SERRE

Refroidissement adiabatique

Cette installation, permet de rafraichir l’intérieur de la serre, en se basant sur un phénomène naturel : l’évaporation de l’eau.Ce processus permet une diminution de la température de l’air intérieur et une augmentation de l’hygrométrie, optimale pour les plantes.

APPROCHE ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE

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ÉLECTRICITÉ

Consommation éléctrique

Réduire au maximum les consommations : éclairage, appareils électro-ménagers, matériels informatiques...

par gradation et sonde de lumière pour les locaux de forte occupation et détection de présence pour les locaux à usage intermittent. Les circulations seront équipées d’éclairage à LED permettant de faibles consommations électriques et une maintenance faible.

Production photovoltaïque

Un système photovoltaïque permet de convertir la lumière naturelle en énergie électrique grâce à des modules photovoltaïques généralement placés en toiture et un ou plusieurs onduleurs qui permettent de produire un courant électrique synchrone à celui du réseau de distribution.

Installation d’une verrière photovoltaïque de 350 m2

VENTILATION DES LOGEMENTS

Pour obtenir un confort agréable, la chaleur doit être distribuée dans tout le logement. La ventilation est indispensable, particulièrement dans un logement bien isolé, car l’air doit être renouvelé et l’humidité doit être évacuée.

sur les pertes d’énergie est d’environ 70%.

APPROCHE ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE

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GESTION DE L’EAU

Eau potableL’ensemble des équipements sanitaires seront pourvus de dispositifs permettant des économies d’eau, comme :- des robinets-mitigeurs thermostatiques,

- des chasses d’eau à doubles volumes 3/6 litres.

Eaux pluvialesLe projet dispose d’environ 570 m2

tamponner l’ensemble des eaux pluviales.

Une cuve de récupération des eaux de pluies permettra l’arrosage du jardin d’hiver et des jardins potagers.

APPROCHE ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE

VÉGÉTATIONLa maîtrise du climat est la raison d’être des serres ; on peut y créer un environnement idéal pour la croissance des plantes.La gestion de l’eau et des nutriments est automatisée (arrosages automatiques du jardin d’hiver et des potagers).

Les plantes convertissent le dioxyde de carbone en oxygène durant la journée grâce à la photosynthèse. Sous la chaleur, les végétaux transpirent ce qui crée un effet rafraîchissant. Ils améliorent donc la qualité de l’air, réduisent les émissions de GES, et captent les polluants. Ils atténuent les nuisances sonores extérieures (bruits de la circulation...).

Le projet est entièrement végétalisé :- les façades sont tapissées de plantes grimpantes qui peuvent aussi coloniser les espaces de «jardins suspendus» individuels ;

- l’espace de culture collective sur les toits permet une production de fruits et légumes autonome pour les familles.

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APPROCHE THERMIQUEComposition parois :

Murs : ép. 300 mm ; ossature bois ; isolation laine de bois, ép. 260 mm (200 + 60) ; bardage ép. 40 mmPlancher : ép. 300 mm ; plancher bois ; isolation laine de bois, ép. 200 mmToiture : ép. 400 mm ; charpente bois ; isolation ouate de cellulose, ép 300 mmVitrage : Serre : châssis alu ; simple vitrage (avec traitement thermique pour diminuer le facteur solaire) Volumes en bois - baies extérieures à la serre : châssis mixte alu/bois ; triple vitrage Volumes en bois - baies intérieures à la serre : châssis mixte alu/bois ; double vitrage

Hypothèses de calcul :- Surface d’un «volume en bois» : 50 m2

Métré pour un «volume en bois»

Surface (m2)

Ep. Isolant (mm)

U paroi 2.K)

Déperdition Déperdition thermique

Murs 73.2 200 14.15Vitrages 16.8 - 1.4 23.52Plancher 50 200 271Toiture 50 300 0.10 6.51 183Pont thermique 60 (m. linéaire) - 6.00 168

0.8

TOTAL 190 60 1 341 Watts

Déperdition thermique totale pour un «volume en bois» = 1 341 Watts

BILAN THERMIQUE

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APPROCHE THERMIQUE - SUITECalcul de puissance pour un «volume de bois»

Déperdition thermique totale

Ventilation type T2Débit hygiénique réglementaire 75 m3/h

0.85

Etanchéité à l’airDébit de fuite 0.4 m3/h/m2

Débit inétanchéité à l’air 53 m3/h

Totale puissance nette (déperdition + ventilation + étanchéité)

Puissance à installer (puissance nette x 1.15) 2 257 Watts

Puissance totale à installer pour un «volume en bois» = 2 257 Watts

Besoin thermique annuel pour un «volume de bois»

Besoin annuel en chauffageBesoin annuel au m2 sur base DJU 2.anConsommation annuelle en chauffage

Besoin en eau chaude sanitaireBesoin annuel au m2 sur base DJU 2. anConsommation annuelle en ECS

Consommation annuelle totale 2. an

Consommation annuelle totale pour un «volume en bois» = 1898.9 kWh/an

BILAN THERMIQUE

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APPROCHE THERMIQUE - SUITESynthèse pour la totalité du bâtiment

Bâtiment : 18 «volumes en bois»

Puissance thermique - Chauffage

Puissance thermique - Eau chaude sanitaire

Puissance thermique totale

Installation énergétique proposée :

Consommation annuelle totale 33 479 kWh/an

Installations énergétiques proposées :

- Eau chaude sanitaire par panneaux solaire thermique (50% d’autonomie minimum) 2 / habitant ; Surface totale = 72 m2)

2)2)

Production annuelle totale 69 450 kWh/an

Le bâtiment produit plus d’énergie qu’il n’en consomme. On parle donc de Bâtiment à Énergie Positive.

BILAN THERMIQUE

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Le bilan économique du projet, proposé ci-dessous est une première approche, pour un projet élaboré en phase ESQUISSE.

Le coût total du bâtiment est estimé à 2.75 millions d’euros, soit 1 116 euros/m2

APPROCHE ÉCONOMIQUE

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SYNTHÈSE

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Il est primordial aujourd’hui de penser, concevoir, construire et habiter en tenant compte des enjeux énergétiques. Les bâtiments doivent prendre en compte les principes bioclimatiques, les ressources naturelles disponibles et les nouvelles réglementations thermiques. Ils doivent être capables de produire leur propre énergie.

L’homme éprouve la nécessité de vivre en ville et le besoin de vivre avec la nature.Le projet de la Serre Habitée est né de ce constat : la possibilité d’investir un lieu où le Végétal intégrerait, dès la conception, l’Habitat.

Vivre dans une «bulle» de verdure ... au coeur d’une ville : un habitat collectif à énergie positive

L’exploitation optimale des ressources du site (orientation nord-sud, récupération des eaux de pluie, ventilation naturelle du bâtiment), le choix des matériaux (utilisation du bois, du verre...), l’utilisation d’énergies renouvelables (énergies photovoltaïque, solaire-thermique, géothermique), le bon fonctionnement du bâtiment (sensibilisation et participation des habitants, équipements peu énergivores, retour sur expérience...) sont les idées maîtresses qui ont guidé le projet.

Le bâtiment se développe sur six niveaux, il associe des espaces collectifs semi-extérieurs aux espaces privatifs des logements. Les habitations sont constituées de volumes en bois de 50 m2, modulables, additionnables, superposables. Ces modules sur pilotis sont abrités par une serre végétalisée. L’«espace-tampon» entre l’extérieur et la partie chauffée des logements crée un espace commun abrité où les habitants se retrouvent quelle que soit la saison. Protection contre le vent, réduction d’amplitude thermique entre l’intérieur et l’extérieur, cet espace s’affranchit des saisons et permet des activités «extérieures» diverses.

Nord, et des ouvertures complètes orientées au Sud. Des protections solaires extérieures sont installées pour éviter la surchauffe des habitations. La serre est ventilée naturellement tout au long de l’année. En été, cette ventilation est couplée à un rafraichissement mécanique.

Le projet est entièrement végétalisé. En effet, les façades et «jardins suspendus» individuels tapissés de plantes grimpantes, l’espace

Créer de nouveaux lieux habitables par l’Homme et la Nature lorsque l’espace foncier ne le permet plus.

Apprivoiser la Nature autrement, lui rendre une place plus importante dans nos villes, dans nos vies... et permettre aux enfants d’éviter de perpétrer nos erreurs ...

SYNTHÈSE

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ANNEXES

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INSERTION URBAINE

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VUES INTÉRIEURES

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PLANS - ÉCH 1/200

PLAN REZ-DE-CHAUSÉE

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PLANS - ÉCH 1/200

PLAN R+1

PLAN R+2

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PLANS - ÉCH 1/200

PLAN R+3

PLAN R+4

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COUPES - ÉCH 1/200

COUPE APPARTEMENTSCOUPE CIRCULATIONS

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PERSPECTIVE JARDIN