DIOGĂˆNE 2.0 6 Villes | 6 Climats | 6 Modes de vie
2015
DPEA Post-Carbone
2015
DPEA Post-Carbone
École nationale supérieure d’architecture de la Ville et des Territoires - ENSAVT 12 avenue Blaise Pascal Champs-sur-Marne 77447 Marne-la-Vallée Cedex 2 www.marnelavallee.archi.fr Amina Sellali directrice Sophie Perdial directrice administrative et financière Isabelle Vierget-Rias directrice du développement
DPEA Post-Carbone Jean-François Blassel directeur et enseignant Raphaël Ménard enseignant Mathieu Cabannes coordinateur et enseignant Administration Nathalie Guerrois
Projets par
Bertolt Alvarez Marion Bonnet Victor Caballero Florence Capoulade Mauricio Peralta David Pistre
Image de couverture Mauricio Peralta
© ENSAVT DPEA Architecture Post-Carbone Champs-sur-Marne Avril 2015 Toute reproduction interdite sans l'autorisation de l'auteur. Tous droits réservés.
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Diogène 2.0 6 Villes | 6 Climats | 6 Modes de vie
D
iogène a pour objet la définition d’une architecture de petite dimension, modeste mais précise, mise en forme spécifiquement pour une combinaison unique de lieu et d’usage. Elle pourra être nouvelle ou, au contraire, se greffer sur une construction existante. Elle permettra alors d’améliorer, de modifier, voire de détourner l’usage de l’architecture initiale. Greffe ou nouvel organisme, ce petit projet reste le prétexte à l’invention concrète d’une organisation matérielle complètement aboutie et d’assemblages réfléchis et résolus. Cette organisation matérielle et concrète aura ici pour objectif, au-delà des vertus classiques et incontournables de l’architecture, de réduire radicalement l’empreinte énergétique du projet. On s’intéressera autant à la consommation énergétique nécessaire à l’établissement d’un endoclimat favorable au sein d’un exoclimat spécifique qu’au contenu énergétique des matériaux et produits mis en œuvre. L’exercice permettra donc d’imaginer puis de dessiner et enfin de valider numériquement comment médiation climatique, frugalité énergétique et nécessités physiques de la construction (propriétés physiques des matériaux, gammes des opérations et transformations possibles avec ces matériaux, économie de moyens,…) peuvent interagir pour alimenter la forme et l’usage du projet. 3
FAIRBANKS Alaska
Marion Bonnet
TRONDHEIM Norvﾃｨge
Mauricio Peralta
BREGENZ Autriche
Victor Caballero
MARNE la VALLﾃ右 France
Bertolt Alvarez
OUARZAZATE Maroc
David Pistre
BANGKOK Thaﾃｯlande
Florence Capoulade
T R O N D H E I M Norvège
Latitude : 63° 25’ N Longitude : 10° 23’ E Altitude : 115 m
Mauricio Peralta
CARACTÉRISTIQUES ET POTENTIELS DU SITE Géographie / Histoire / Culture Contexte environnemental Données et analyses climatiques
STRATÉGIES DU PROJET Stratégies Concept bioclimatique Spatialité et Usages Structure et Matériaux
RÉPONSES ÉNERGÉTIQUES Besoins Productions Comparatifs
SYNTHÈSE Diagramme de Sankey Conclusions
CARACTÉRISTIQUES ET POTENTIELS DU SITE Géographie / Histoire / Culture Contexte environnemental Données et analyses climatiques
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Vue panoramique de la vallée (centre ville). Vue de la Nidelva en hiver. Vue de la rivière, immeubles du quartier Nedre Elvehavn.
TRONDHEIM Géographie / Histoire / Culture
Trondheim [‘trønhæjm] (anciennement et localement Trondhjem, Trontheim en allemand, Råante en Same du Sud), l’ancienne Nidaros est une ville norvégienne située dans le comté du Sør-Trøndelag, dont elle constitue le centre administratif. La ville comptait 154 351 habitants au 1er janvier 2004 pour une superficie de 342 km2. Trondheim, géographiquement située au milieu du pays, est la troisième ville de Norvège après Oslo et Bergen. Elle accueille une importante université, l’Université Norvégienne de Sciences et de Technologies. La ville est situé à l’embouchure de la rivière Nidelva qui se jette dans le Trondheimsfjorden, formant un port bénéficiant de conditions abritées et privilégiées. Jusqu’au Moyen Age, la rivière était d’une profondeur suffisante pour la circulation des bateaux, mais une coulée de boue au XVIIème rendit une partie du port inutilisable. Le point culminant de la municipalité est la colline de Storheia avec une altitude de 565 mètres. Au solstice d’été, le soleil se lève à 3h et se couche à 23h40, tout en restant juste sous l’horizon. Il n’y a pas d’obscurité totale du 20 mai au 20 juillet. Au solstice d’hiver, le soleil se lève à 10h, reste très bas sur l’horizon et se couche à 14h30.
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La culture étudiante Groupe étudiant à Trondheim
Trondheim est une ville aux fortes traditions étudiantes et associatives. Elle accueille deux des plus grandes universités de la Norvège ainsi que deux des plus grands festivals internationaux. Le diogène explorera une réponse architecturale et urbaine liée aux besoins d’un logement étudiant.
NTNU Université Norvégienne de Sciences et de Technologie
étudiants
Population totale à Trondheim
HiST École Supérieure du Sør-Trøndelag
étudiants
ISFiT
Festival international étudiant à Trondheim
étudiants
UKA
Festival Culturel Norvégien à Trondheim
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Population totale à Trondheim personnes
La culture énergétique
La production de 530 GWh de chauffage urbain chaque année couvre environ 30% des besoins de chauffage à Trondheim.
Tout autour de la Norvège s’installent de nombreux centres de «production» (transformation) d’énergie, ils utilisent diverses ressources comme le vent et l’eau, pour la production d’électricité ou l’incinération de déchets pour le chauffage. La ville dispose d’un système de chauffage urbain produit à partir de sources d’énergie renouvelables (pompes a chaleur)et autres (incinération de déchets). Au long de la Nidelva on trouves également des barrages pour la production d’hydro-électricité.
En haut : ferme éolienne Smøla, Møre og Romsdal, Norvège. En bas: centrale hydro-électrique de Øvre Bersåvatn avec le glacier Folgefonna au fond.
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La Maison étudiante Le diogène est un petit logement pour deux étudiants, installé dans la première boucle du fleuve Nidelva. Il est situé à côté du centre ville et de la Studenter Samfundet : l’association, lieu de rencontre étudiante le plus important de Trondheim.
Trondheimsfjorden
Le projet bénéficie donc d’un emplacement privilégié à la fois par son contexte immédiat et sa centralité. Cela permet de réduire les distances à parcourir au sein de la ville, tout en profitant d’un environnement urbain et naturel exceptionnel. Le projet sera construit avec des matériaux et des techniques locales. Il puise son énergie et ressources vitales de son environnement, en essayant de réduire au maximum son impact global.
Studenter Samfundet
Paysage
Ville
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Centre-ville Historique
Nidelva
Ville
Centre-ville
Fleuve Nidelva
Fleuve Nidelva
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Contexte environnemental Matériaux et ressources
La Norvège est bien connue pour ses forêts et sa production de bois de très bonne qualité.
Bois (Structure) On trouve une grand diversité d’essences. Les plus abondantes et plus couramment utilisées en construction sont l’épicéa (Picea abies) et l’aubier (Pinus sylvestris). Ces deux essences ont une bonne durabilité structurelle. L’aubier est bien adapté pour les matériaux type lamellécollé que l’on prévoit pour la structure.
Bois (panneaux et finitions) Le bouleau (Betula pubescens et B. pendula) est l’espèce d’arbre la plus courante en Norvège. Il se trouve dans tout le pays. Il s’agit d’un arbre utile qui est adapté pour les intérieurs et la construction de meubles. Ces essences ont une croissance moyennement rapide. L’aubier peut également être employé de cette manière et aussi en extérieurs. Cette essence peut posséder une résistance accrue contre les attaques de champignons.
Laine de Bois (Isolant) La laine de bois est une ressource naturelle renouvelable avec des propriétés isolantes très performantes. Les panneaux de laine de bois ont une masse volumique variable d’environ 140 à 250 kg/m3. Leur coefficient de conductivité thermique varie de 0,041 à 0,050 W/m2.ºK selon la masse volumique du produit choisi.
Pierre / Roche L’industrie de la pierre naturelle, au cours des deux dernières décennies, a connu une croissance énorme à la fois à l’échelle mondiale et dans le contexte norvégien. La production de larvikite est la partie la plus importante de l’industrie, suivie de l’ardoise. Autour de Trondheim, dans le comté Sør-Trøndelag, on trouve principalement de l’ardoise, de la phyllite et du micaschiste, ainsi que des pierres comme la Pierre-drapeau d’Oppdal et la Trondhjémite Støren.
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Ressources énergétiques Le gisement solaire à Trondheim est faible, ayant une puissance moyenne de 124 W/m2. Pendant l’été on peut profiter de conditions d’ensoleillement favorables, le soleil étant visible près de 20 heures par jour. Il n’y a pas d’obscurité totale du 20 mai au 20 juillet. Par contre en hiver, le soleil se lève à 10 h, reste très bas sur l’horizon et se couche à 14 h 30.
Soleil Le vent à Trondheim a une vitesse moyenne de 4 m/s durant l’année mais sa direction change selon les saisons. Pendant la saison dite froide (oct-mars) le vent souffle avec une direction S-O à N-E et cette direction s’inverse pendant la saison dite chaude (avril-sept).
Vent Trondheim est traversée par l’affluent appelé Nidelva qui se jette dans le golfe de Trondheimsfjorden. Ce fleuve a une température fluctuant entre 5 ºC en hiver et 12 ºC en été. Il a également des vitesses moyennes de courant comprises entre 1 et 3 m/s.
Mer / Fleuve
Ressources environnementales Les précipitations pluviales sont constantes et moyennement abondantes au cours de l’année. La moyenne mensuelle des précipitations est de l’ordre de 71,25 mm/m2 et celle annuelle est de 855 mm/m2. Cet eau peut être captée et filtrée pour l’utilisation humaine (domestique).
Pluie Au vu de la localisation géographique de Trondheim on peut déduire qu’il y a un taux de précipitations neigeuses important en saison froide (octmars) pouvant s’étendre jusqu’à la mi-saison entre mars et avril. L’épaisseur saisonnière moyenne de neige sur sol est de 9,2 cm.
Neige Au vu des observations précédentes sur les formes de l’eau, on peut considérer qu’il s’agit d’une ressource importante. Son exploitation peut avoir une rôle important dans la conception d’un bâtiment.
Eau
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Données et analyse climatiques Diagramme solaire Étant proche du cercle arctique, le soleil à Trondheim a une course comprise entre les 0º-15º d’inclinaison en hiver et les 0º-60º en été.
tion
N
345° 330°
15° 30°
10°
1st Jul
1st Aug
Course du soleil 21 Juin
1st Jun
20°
315°
45°
30°
21
4 40°
300° 20
1st Sep 285°
1st May 60°
50°
5
60° 19
70°
75°
6
1st Apr
80°
18
7 270°
90° 17
8
1st Oct 16 255°
9 15
105° 1st Mar
10 14
13
12
11
240°Nov 1st
120° 1st Feb 225°
135° 1st Dec
Course du soleil 21 Dec.
1st Jan 210°
150° 195°
180°
165°
Source: Meteonorm
Durée du jour Comme mentionné précédemment, il y a un fort contraste dans la durée du jour et d’ensoleillement entre les saisons à Trondheim. Ci-dessous on peut observer combien de temps le soleil reste au-dessus de l’horizon.
24 h 20 h 16 h 12 h 8h 4h 0h
Source: weatherspark.com
20
Angles d’incidence solaire
25°
Équinoxe de printemps 21 Mars (midi) A l’équinoxe de printemps le soleil a une course de l’est en ouest, qui atteint 25° d’inclinaison et dure ~12 h.
60°
Solstice d’été 21 Juin (midi)
0°
Au solstice d’été le soleil se lève tôt le matin presque dans le nord-nord-est et sa course s’élève jusqu’à atteindre les 60° d’inclinaison à midi passant par le sud. Puis il reviens pour se coucher vers le nord-nord-ouest mais il reste très bas sur l’horizon et il n’y a pas d’obscurité totale.
Équinoxe d’automne 21 Sept. (midi)
35°
15° 0°
Au équinoxe d’automne le soleil a une course qui commence dans l’est, pour atteindre les 35° d’inclinaison et dure ~12 h. Il se couche ouest. Cette course devient de plus en plus courte en se rapprochant de l’hiver.
Solstice d’hiver 21 Dec. (midi) Au solstice d’hiver le soleil reste très bas sur l’horizon. Il a une inclinaison maximale de 15° et une durée de ~4 h. On a presque pas de luminosité, dans la très courte journée solaire.
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Rayonnement global horizontal (mensuel) Cumulé (1 an) ~1100 kWh/m2
Moyenne mensuelle 90 Kwh/m2
Source: Meteonorm
Rayonnement global - façade inclinée sud (mensuel) Cumulé (1 an) ~850 kWh/m2
Moyenne mensuelle 70 Kwh/m2
Source: Meteonorm
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Précipitations et Humidité (mensuel) Il y a un fort taux de précipitations et d’humidité annuel, autour de 860 mm par an avec 85% d’humidité relative, ils peuvent être une facteur d’inconfort. Pluie par m2
Humidité relative (pourcentage)
Moyenne mensuelle 70 mm.m2
Source: eklimat.met.no
Précipitations neigeuses (mensuel) Il y a des probabilités de chute de neige de la fin septembre au début mai. La neige est généralement la plus épaisse en Février, avec une profondeur moyenne de 15 cm. Épaisseur
Probabilité d’avoir une chute de neige
Source: weatherspark.com
23
Profil de Températures et zone de confort En considérant une plage des températures de confort entre 18 °C et 24 °C, on se rend compte que les températures à Trondheim sont la plupart de temps inférieures a ces températures de consigne.
Températures journalières hautes et basses
Source: Meteonorm
La saison chaude a une température haute moyenne journalière supérieure à 15 ° C. La journée la plus chaude de l'année a lieu en Août, avec une moyenne maximale de 19 ° C et une minimale de 11 ° C. La saison froide a une température haute moyenne inférieure à 4 ° C. Le jour le plus froid de l'année a lieu en Décembre, avec un moyenne basse de -6 ° C et maximale de 0 ° C. Moyenne saison chaude 15 °C
Moyenne saison froide -6 °C
24
Fraction du temps passé dans diverses bandes de température Dans le graphique siuvant on fait ressortir la proportion que l’on passe dans des temperatures «inconfortables», lorsque l’on a besoin de se chauffer.
15 %
Chaud (24 ° C à 29 ° C) Confortable (18 ° C à 24 ° C) Frais (10 ° C à 18 ° C)
70 %
Froide (0 ° C à 10 ° C) Gelé (-9 ° C à 0 ° C) Glaciale (en dessous de -9 ° C)
80 %
45 %
15 %
Source: weatherspark.com
Vents Dominants
Vitesse Moyenne 4 m/s Vent Nord-est dominant en Saison Froide (Octobre-Mars)
Vent Sud-ouest dominant en Saison Chaude (Avril-Septembre)
Source: windfinder.com
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Story-board climatique
Caractérisation des conditions climatiques dans différents saisons de l’année et points critiques. SAISON FROIDE (Octobre-Mars)
Tmax= 5 °C Tmoy= - 6 °C Tmin= - 15 °C
T= 18 °C
15°
Vent 4 m/s
0°
N
S Teau= 5 °C
Veau= 1 - 3 m/s
SOLSTICE D’HIVER JOUR
T= - 6 °C
T= 18 °C
15°
Vent 4m/s
Φ = ~40 W/m2 0°
N
fi est le flux d’énergie qui arrive aux parois à midi solaire
S Teau= 5 °C
Veau= 1 - 3 m/s
NUIT
Φ = ~30 W/m2 T= 18 °C Vent 4m/s
fi est le flux d’énergie qui sort par les parois si l’on prends comme U moyenne de bâtiment 1 W.m².°C
T= - 10 °C N
S Teau= 5 °C
26
Veau= 1 - 3 m/s
U = coefficient de transmission thermique.
SAISON CHAUDE (Avril-Septembre)
Tmax= 25 °C Tmoy= 16 °C Tmin= 10 °C
60° T= 20 °C 60°
Vent 4 m/s
N
S Teau= 12 °C
Veau= 1 - 3 m/s
60°
T= 16 °C
SOLSTICE D’ÉTÉ JOUR
Φ = ~750 W/m
2
T= 20 °C
60°
fi est le flux d’énergie qui arrive aux parois à midi solaire
Vent 4m/s
N
S Teau= 12 °C
Veau= 1 - 3 m/s
NUIT
Φ = ~10 W/m2
T= 10 °C T= 20 °C
fi est le flux d’énergie qui sort par le parois si l’on prends comme U moyenne de bâtiment 1 W.m².°C
Φ = ~ 5 W/m2
fi est le flux d’énergie qui arrive aux parois
Vent 4m/s
N
S Teau= 12 °C
Veau= 1 - 3 m/s
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Degrés-jour à Trondheim (mensuel) Le Degré Jour est une valeur représentative de l’écart entre la température d’une journée donnée et un seuil de température préétabli. Dans notre cas, à Trondheim, on les a évalué prenant en compte une température de consigne de 18 ºC.
Total ~3000 DJ
Degrés-jour à Paris (mensuel) Si l’on compare la quantité des degrés-jour à Trondheim et à Paris, on peut conclure la sévérité climatique (froide) a laquelle on doit répondre a travers l’architecture.
Total ~1600 DJ
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Conclusions d’analyse
Ce diagramme psychrométrique indique en bleu les rapports entre température et humidité de l’air mesurés à Trondheim durant la majeure partie de l’année. Ce rapport se trouve principalement en dehors de la zone de confort représentée sur le diagramme en orange. Source: Meteonorm
Besoins chauds Le calcul des degrés-jour nous a permis de déterminer les besoins chauds de notre habitat, lesquels sont très importants à Trondheim. Avec une quantité de ~3000 Dj de chauffage par année. Si l’on veut minimiser ces besoins, il faut utiliser toutes les solutions architecturales à disposition.
Besoins froids En supposant une éventuelle monté de températures et en cas de besoin on profit de la proximité a l’eau et de la ventilation naturelle.
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STRATÉGIES DU PROJET Stratégies Concept bioclimatique Spatialité et Usages Structure et Matériaux
Stratégies Principes
Maximiser les apports solaires grâce a l’angle et l’orientation des vitrages. On vise une orientation sud pour capter le plus de soleil possible.
Construire compact permet de limiter les surfaces déperditives en maximisant l’aire habitable et en recherchant un minimum de confort.
Minimiser les déperditions thermiques en utilisant une isolation adéquate en parois opaques et vitrées.
On cherchera l’étanchéité du bâtiment pour éviter les déperditions de chaleur et l’infiltration d’air .
La ventilation naturelle permet le renouvellement d’air frais mais amène des déperditions thermiques. On l’exploitera en saison chaude pour éviter la surchauffe et pour éviter une consommation excessive d’électricité en VMC.
32
Capturer la chaleur
Contrôler Gains
Fournir de l’air frais
Fenêtres et Implantation
Ventilation à double flux Récupérer la chaleur
Apports internes
Personnes
Apports solaires
Appareils ménagers
Énergie solaire
Éviter les déperditions
Super isolation
Éviter l’infiltration d’air
Éviter les ponts thermiques
33
Optimiser la forme et la taille du bâtiment pour maximiser le volume habitable et diminuer les surfaces d’échange avec l’extérieur.
1 1
1
1
1
1
1 1
1
1,5 1
1,5 1
34
C= S/V
C = Compacité
=
S = Surface extérieur V = Volume habitable
Sphère C Maximale
C= 1
C= 6
C= 5,3
Après avoir calculé les compacités de différentes formes géométriques, on a trouvé deux options optimales, viables a utiliser comme bases «Architecturales et constructives».
Dans la suite on analysera des solutions qui s’approchent de la compacité maximale de la sphère.
C= 4 Élément de base
35
Géométrisation 3 Dimensions
Plan 3m
3m
A=25 m² A=¶r²
r~ 3 m
P=18 m A=23,4 m²
Élévation
P=21,9 m A=19,6 m² Volume
S=32,2 m² V=74,5 m³
36
C= S/V= 2,3
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Concept Bioclimatique Schémas
Plan
Froid
Vents d’hiver
«Solar Path» Chaud
Vents d’été Plan
Vents d’hiver
Services
Séjour
Stockage Cuisine Toilettes Douche Escalier
Préchauffage de l’air/ Espace Tampon
Serre Protection entourant le cœur de la maison.
Profiter de l’énergie solaire pour faire pousser des plantes. Vents d’été
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Filtre Naturel
Coupe N-S Se protéger du froid et vents d’hiver
Capter le maximum d’énergie Solaire
N
S
Coupe N-S
ÉTÉ Alcôve
Serre Vents d’hiver
Jardin intérieur
HIVER N
S
39
Schéma Rayonnement Solaire Pourcentage de récupération
Les 100% arrivant sur les parois correspondent à ⅔ de ce qui arrive dans l’atmosphère. Réfléchi
21 Juin ~750 W/m²
Serre 20°C
Réfléchi
~5-20°C
10-20°C
Dans ce schéma on observe le taux de récupération d’énergie reçue par rayonnement solaire, qui représente environ 70 % de l’énergie qui arrive aux parois.
40
Coupe schématique Super Isolation
Prévision technique
U=0,1 W/m².°C
Double Vitrage
20°C
Bois Structurel
U=1,2 W/m².°C
Lamellé-collé
Double Vitrage U=1,5 W/m².°C
Plancher isolant Caison en bois
U=0,1 W/m².°C
10-20°C
~5-20°C
La réflexion dans le projet s’appui fortement sur les caractéristiques de matériaux mis en oeuvre, sa géométrie et son rapport direct à l’environnement.
41
Spatialité et Usages Plan schématique
Alcôve / Niche Séjour / Coeur
Services Stockage Cuisine Toilettes Douche Escalier
Ponton
Isolation translucide
Simple vitrage
Serre / Jardin intérieur
Le projet est divisé en quatre zones principales :
Les alcôves : espace minimale pour dormir et se reposer, avec rangement. Le séjour : espace flexible, à aménager selon les besoins des étudiants, soit pour travailler ou se relaxer. 42
Coupes N-S
Alcôve / Niche Services
Séjour / Coeur
Stockage Cuisine Toilettes Douche Escalier
Serre / Jardin interieur
Ponton
N
Hydroliènne
S
Stockage d’eau
Les services : comprennent le stockage, lavage, frigorifique, cuisine, douche et toilettes. La serre : espace tampon, à la fois perméable au soleil et expansible à l’extérieur. Possibilité d’installer un potager intérieur. 43
Plan RdC.
3 4 2
7
6 5
1
1m
44
1
Serre
5
Toilettes
2
S茅jour
6
Douche
3
Stockage
7
Escalier
4
Cuisine
8
Alc么ves
Plan étage
8
8
Ventilation Estivale
Ventilation Hivernale
Large ouverture
Fermeture de la boite
Naturelle, à travers le serre (désurchauffe de l’air en cas de besoin / évapotranspiration
VMC Double flux
45
Axonométrie éclatée
Toiture modulaire
Étage
Enveloppe modulaire
Serre
Structure principale
Structure secondaire
46
AxonomĂŠtrie
N 47
Structure et matériaux
Panneau raidisseur isolant étanche de toiture (avec finition extérieure et intérieure) Panneaux isolants translucides (type OKALUX)
Structure principale en bois lamellé collé de section variable (0.2 m x 0.1 m à la base)
Structure secondaire en bois lamellé collé de section variable (0.1 m x 0.075 m à la base)
Portes-fenêtres étanches, menuiserie en PVC recyclé (cœur bois) et double vitrage.
48
Panneaux raidisseurs isolants étanches comme murs (avec finition extérieure et intérieure)
Élément de fixation en acier des éléments structurels (principales et secondaires)
Pare-pluie
Bardage
panneau toiture
Parement interieur Isolant (laine de bois Frein-vapeur
Panneau de contreventement (OSB)
Panneau de contreventement (OSB)
panneau murs
structure
Système de jonction des panneaux
structure
Ce système à pour intérêt d’éviter le ponts thermiques et maximiser l’étanchéité de l’enveloppe
49
DĂŠtail constructif ĂŠchelle 1 : 1 50
51
RÉPONSES ÉNERGÉTIQUES Besoins Productions Comparatifs
Besoins Caractéristiques générales et données énergétiques
Types de surfaces et coefficient de transmission thermique
S
S Surfaces
S (m²)
U (W/m².°C)
Se
Enveloppe
82,5
0,4
Sv
Vitrée
15
1,5
So
Opaque
60
0,1
St
Translucide isolée
7,5
0,8
Compacité du bâtiment
Compacité Volume total
C = S/V 74 m³
Surface enveloppe
82,5 m²
1,11
Températures de calcul
Températures Saison Chaude (°C) Tmin 10 Tmax 23 Tmoy 15 Tconsigne 20 Tmoy en chauffage 6
54
Saison Froide (°C) -15 5 -6 18 6
Calcul de coefficient de transmission thermique pondéré pour l’enveloppe
Ue = Σ(U x S) ΣS Calcul des apports solaires (As) Instantanés et saisonniers Facteur solaire
%
Vitrée (Fsv)
85
Translucide isolée (Fst)
60
Apports solaires
As = (F. Sv. Fsv)+(F. St. Fst) As instantanés
Flux (W/m²)
21 Juin (12h)
247
21 Décembre (12h)
4
As saisonniers Saison Froide (Octobre_Mars) Saison Chaude (Avril-Septembre)
Apport instantané (W)
3710 50
Flux moy (W/m²)
Apport moyen (W)
Apport Saisonnier (kWh) 6 mois
30
446,2
1927
169
1350,3
5833
55
Apports internes et besoin d’électricité.
Les appareils électroménagers dégagent de la chaleur lorsque l’on les utilise. Cette chaleur est a prendre en compte dans le bilan de besoins thermiques de la petite maison. On estime les principales sources de chaleur selon le scénario d’utilisation suivant et la quantité d’énergie récupérable au cours de l’année.
Électroménagers
56
Nombre
Puissance (W)
Réveille-matin Ordinateur Micro-onde Mixer
1 2 1
15 100 1000
Temps (h/jour) 24 3 0,34
1
150
0,16
Réfrigérateur Fer à repasser Cafetière Lave-linge Plaque à induction Éclairage Leds 5W (360 lumen) Autres VMC (double flux) R=70 % Personnes
1 1 1 1 1
200 1000 1500 2500 150
6 0,5 0,34 0,25 2
13
65
7
1
40
15
2
200
8
E
Simultanément on estime la quantité d’énergie électrique dont on aura besoin selon le même scénario d’utilisation de la maison, par notre couple d’étudiants. On dit que l’énergie consomme par les appareils et celle dégagée dans l’ambiance a le même ordre de grandeur.
En dégagée journalière (kWh/j) 0,4 0,6 0,3
En dégagée 6 mois (kWh/an) 65,7 109,6 62,1
En dégagée annuel (kWh/an) 131,5 219,2 124,2
0,02
4,4
8,8
1,2 0,5 0,5 0,6 0,3
219,2 91,3 93,1 114,1 54,8
438,3 182,6 186,3 228,3 109,6
0,5
83,1
166,2
0,6
109,6
219,2
1,6
292,2
584,4 57
Besoins Besoins Thermiques en Points critiques On estime tout d’abord les perte thermiques de la petite maison à plusieurs moments caractéristiques ou critiques de l’année (solstice d’été et solstice d’hiver, saison chaude et saison froide) lorsqu’elle est inoccupée, qu’aucun appareil électroménager ne fonctionne et que le rayonnement solaire est nul. On soustrait ensuite de ce besoin thermique théorique l’énergie qui pourront dégager les appareils électroménagers et les habitants lors de leur utilisation quotidienne.
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Besoins Thermiques Saisonniers
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Productions Productions [CHAUD-FROID] Points critiques Munie de différents systèmes de production d’énergie et profitant des apports solaires et des apports internes des habitants ainsi que des appareils électroménagers, peut-on dire que la petite maison est auto-suffisante en chauffage? Les calculs effectués dans cette partie prouvent qu’elle est presque auto-suffisante, mais non entièrement.
Besoins chaud et froid Électricité + Connexion au réseau chauffage urbain
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Productions Apports internes + Récupération de chaleur Apports solaires
61
Productions [CHAUD-FROID] Saisonniers Besoins chaud et froid Électricité + Connexion au réseau chauffage urbain
62
Productions Apports internes + Récupération de chaleur Apports solaires
63
Comparatifs Besoins VS Productions [EAU] Moyennes Mensuel/Saisonnier/Anuelle
Besoins d’eau Récupération des eaux de pluie Récupération des eaux de neige fondue Connexion au réseau
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65
Besoins VS Productions [ÉLECTRICITÉ] Annuel
66
Annuels énergie et eau
Cumulé 1 an
Besoins chaud et froid Productions Apports internes + Apports solaires + Récupération de chaleur Connexion au réseau Besoins électricité Productions Hydrolienne Connexion au réseau Besoins chaud et froid Récupération des eaux de pluie + neige Connexion au réseau
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Caractéristiques des matériaux et Énergie grise
Coupe Nord-Sud
Coupe Est-Ouest
COUPE
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MATÉRIAUX
ÉPAISSEUR (e) [cm]
ÉPAISSEUR TOT [cm]
revêtement en bois
2
0
lame d'air
2
0,
étanchéité à l'eau
0,3
0
isolant laine de chanvre
8
0
panneau bois
1,5
0
isolant laine de bois
12
panneau bois
1,5
0
pare-vapeur
0,3
0
lame d'air
0
0,
revêtement intérieur bois
2
0
revêtement en bois
2
0
lame d'air
4
0,
étanchéité à l'eau
0,3
0
isolant laine de chanvre
8
0
panneau de liège
1,5
isolant laine de bois
12
panneau de liège
1,5
0
pare-vapeur
0,3
0
lame d'air
4
0,
revêtement intérieur bois
2
0
29,6
35,6
0
0
0
Total Eg = 1482 Rtot = 危ri+1/hi+1/he
U = 1/Rtot [W/m2]
En Grise [kWh/m3]
位
Ri = e/位
0,16
0,13
,026
0,77
0,17
0,02
8 4 0,5
0,04
2,00
5
0,18
0,08
0,04
3,00
0,18
0,08
0,17
0,02
,026
0
0,16
0,13
0,16
0,13
,026
1,54
0,17
0,02
0,04
2,00
0,12
0,13
0,04
3
0,12
0,13
0,17
0,02
,026
1,54
1,5 0,5 4 2 180 0 50 30 450 55 450 50 0
0,16
0,13
180
6,39
8,78
0,16
0,11
1,5 10
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SYNTHĂˆSE Diagramme de Sankey Conclusions
Diagramme de Sankey
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Conclusions Construire compact permet de diminuer les surfaces déperditives en maximisant l’aire habitable.
En limitant les infiltrations d’air non voulues, on réduit considérablement les besoins de chauffage et l’inconfort.
L’isolation est un autre facteur important en la réduction des besoins thermiques.
Produire l’énergie de manière propre et renouvelable (hydroélectricité).
Récupération des eaux de pluie pour alimenter une partie de besoins en eau au sein du logement.
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Donner une grande ouverture orientée au Sud, sans avoir trop de déperditions thermiques surfaciques.
S’en servir de technologies en double fonction : occultation d’été et production d’électricité photovoltaïque en vitrage de la serre. Permettre la ventilation naturelle en été a travers l’ouverture totale de portesfenêtres.