Intégration de l Energie Solaire en Milieu Urbain

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1 Intégration de l Energie Solaire en Milieu Urbain Séminaire CREM EPF - Lausanne, 25 Janvier 2012 Prof. Dr Jean-Louis Scartezzini Laboratoire d Energie Solaire et de Physique du Bâtiment Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

2 Introduction Centrale Solaire BiPV ESOPP 2 MW-p, Campus EPFL

3 Introduction Centrale Solaire Solaronix BiPV 15 kwp, Centre de Congrès EPFL

4 Intégration ER en Milieu Urbain Approche courante: Trial and Error (Bâtir puis Vérifier) Méthodes simplifiées limitées en physique urbaine Constat et actuel: Procédure Trial and Error trop lente Méthodes simplifiées trop imprécises Besoin de modèles numériques urbains détaillés basés sur des méthodes d optimisation Perspectives futures: Engagements à long terme au niveau international [CH 2050] Priorités dans le secteur dans la construction placées sur la rénovation Au delà des modèles numériques, sont nécessaires: Conditions cadres en faveur de l assainissement énergétique de bâtiments Elaboration de futures normes en matière de rénovation

5 Méthodes Simplifiées (LT Method)

6 Modèles Numériques Détaillés (PPF) Potentiel d Utilisation de l Energie Solaire Matthäus (Basel/CH) BiPV en Toiture (I > 1000 kwh/m 2. a) Irradiation Solaire ( kwh/m 2.a)

7 Modèles Numériques Détaillés (PPF) Distribution Spatiale de l Irradiation Solaire Viable surface area, % Energy threshold, kwh/m 2 Matthaeus facade Bellevaux facade Meyrin facade Matthaeus roof Bellevaux roof Meyrin roof

8 Modèles Numériques Détaillés (PPF) Potentiel Solaire Spécifique (Matthäus/Feldsbergstrasse 4-6) NORD NORD NORD SUD SUD SUD Irradiation Solaire Potentiel Solaire Thermique Potentiel BiPV

9 Bâtiment à Energie Positive Intégration en Milieu Urbain Immeuble d Habitation (Matthäus/Feldsbergstrasse 4-6)

10 Modèles Numériques Détaillés (CitySim) Modélisation Intégrale des Flux Urbains (Energie, Eau, Déchets) à différentes Echelles (Voisinage Quartier Ville) Impact du Microclimat Urbain (Heat Island Effect) Impact du Comportement des Usagers Impact des Synergies Locales Bâtiments et Transports

11 Modèles Numériques Détaillés (CitySim) Optimisation par Algorithme Evolutioniste Sélection des Meilleurs Individus (Fitness Test) à partir d une Fonction Objective (Objective Function) sur plusieurs Générations Prise en Compte de Contraintes Extérieures

12 Mise en Œuvre Extansion d une Maison de Maître Centrale Solaire BiPV Optimisation de la Forme Géométrique des Toitures Maximisation de l Irradiation Solaire Amélioration de la Production d Energie Electrique ( MWh équivalant à 10% de la Production Annuelle) Contraintes: Convexité de la Toiture, Gabarit Légal

13 Mise en Œuvre Exploitation d une Friche Urbaine Bilan Energétique Global Optimisation d un Ilôt Urbain (Constructions en Terrasses) Minimisation des Besoins Energétiques (Volume Constant)

14 Mise en Œuvre Planification d un Ilôt Urbain Stratégies d Assainissement Energétique Cadastre Données 3D Recensement 2000 Année de Construction/Rénovation, Chauffage Relevés Visuels Indice de Vitrage, Etat de Dégradation, Prises de Vue

15 Mise en Œuvre Planification d un Ilôt Urbain Contraintes Juridiques et Légales

16 Optimisation du Bilan Energétique Global Minimisation des Besoins en Energie Primaire par Algorithme Evolutioniste Fonction Objective incluant des Facteurs de Conversion d Energie (Energie Primaire vs. Energie Finale, Suisse) Contraintes: Gabarits Légaux, Année de Construction, Protection des Bâtiments, Coûts d Intervention inférieurs à CHF

17 Zone 5a Scenarios Zone Préservée Isolation Thermique Extérieure Jusqu à 20 cm d Epaisseur Isolation Thermique Intérieure Type de Vitrages Jusqu à 20 cm d Epaisseur Remplacement des Fenêtres par des Double et Triple Vitrages Type de Vitrages Zone Protégée Remplacement des Fenêtres par des Indice de Vitrages Double et Triple Vitrages Type Entre de 10% Vitrages et 99% Remplacement des Fenêtres Production par des d Energie Production d Energie Double et Triple Vitrages Chaudière, PAC, Couplage Chaleur- Chaudière, PAC, Couplage Force, Couplage Chaleur-Force et PAC Chaleur-Force, Production d Energie Couplage Chaleur- Force Chaudière, et PAC PAC, Couplage Chaleur- Centrale Force, Couplage Photovolatïque Chaleur-Force et PAC Fraction de la Toiture (%) Wittkopf S., Proc. of Green Building Asia, Singapore, 2011.

18 Zone 5a Solutions Isolation Thermique Extérieure Zone Préservée 20 cm d Epaisseur Type de Vitrages Isolation Thermique Intérieure Triple Vitrages (U = 0.5 W/m 2 20 K) cm d Epaisseur Indice de Vitrage Type de Vitrages 10% de la Facade Double et Triple Vitrages (U = W/m 2 K) Zone Protégée Production d Energie Production d Energie Type Pompe de Vitrages à Chaleur Pompe à Chaleur Centrale Simple, Photovolatïque Double et Triple Vitrages (U 100% = 0.5 de la 5.8 Toiture W/m 2 K) Production d Energie Pompe à Chaleur Wittkopf S., Proc. of Green Building Asia, Singapore, Bei einem maximalen Gesamtbudget von CHF

19 Conclusion Quid pour le Futur? Occupants: Comportement; Achats. Bâtiments: Nouvelles Constructions; Normes de Rénovation. Transport: Multi-Modal; Nouvelles Technologies. Planification: Mixité Sociale; Affectations Mixtes (Synergies, Déplacements). Production d Energie: Nouvelles Energies Renouvelables; Piles à Combustible; Couplage Chaleur-Force; Stockage d Energie. Matériaux: Recyclage; Eco-Bilans (Energie Grise, Emissions CO 2 ). Séminaire CREM / Lausanne, 25 Janvier 2011.

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