L5C : Environnement thermique et maîtrise énergétique

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1 L5C : Environnement thermique et maîtrise énergétique Architectes > Jourda & Perraudin! Les illustrations de ces cours ne sont utilisées qu à des fins pédagogiques! Organisation des séances Cours > séances de 3 h > Agora haute Nicolas Tixier + Thomas Jusselme 2 cours-conférences donnés par l INES Examen > Lundi 17 décembre 2012 > 1h30 [Tous les documents sont autorisés] Dossier > avec Arnaud Misse et Jean-Christophe Fluhr > Analyse critique d un projet de maison [5 pages] > séances de TD/cours > Lundi 17 décembre : rendu et correction collective Notation Note Finale = (Note Examen + Note Dossier) / 2 Etudiants salariés, voir en début d année uniquement si besoin de définir d autres modalités de rendus Maison dans le Perche > Architecte > Sonia Cortesse! 1

2 Bibliographie sélective L5C / Environnement thermique et maîtrise énergétique Quelques références Nicolas Tixier / ENSAG / septembre 2012 Sur la notion de confort et sur des repères historiques Borasi Giavonna, Zardini Mirko (sous la direction de.) (2007). Désolé plus d essence, Montréal : Éd. CCA EXP Descat Sophie, Monin Eric, Daniel Siret (sous la direction de.) (2006). La ville durable au risque de l histoire. Paris : Éd. Jean-Michel Place ENSAP Lille DES Goubert J.-P. (sous la direction de) (1988). Du luxe au confort, Paris : Éd. Belin GOU Heschong Lisa (1981). Architecture et volupté thermique, Marseille : Éd. Parenthèses (traduction Hubert Guillaud). 621 HES Le Goff Olivier (1994). L invention du confort. Naissance d une forme sociale, Lyon : Éd. Presses Universitaires de Lyon. 316 LEG (2 EX.) Banham Reyner (2012), L'architecture de l'environnement bien tempéré, Orléans : Éd. HYX (1 ère édition 1969, révisée en 1984 Sur les stratégies thermiques et la maîtrise énergétique Collectif (Energy Research Group, University College Dublin) (1996). The climatic dwelling. An introduction to climate responsive residential architecture, Londres : Éd. James & James - Union européenne ENE Courgey Samuel, Oliva Jean-Pierre (2006). La conception bioclimatique, Mens : Éd. Terre vivante COU (4 EX.) Fernandez Pierre, Lavigne Pierre (2009). Concevoir des bâtiments bioclimatiques. Fondements et méthodes, Paris : Éd. Du Moniteur LAV (5 EX.) Kur Friedrich (2000). L habitat écologique Quels matériaux choisir?, Mens : Éd. Terre vivante KUR (2 EX.) Lequenne Philippe (2008). Ma maison solaire ici et maintenant. Mens : Éd. Terre vivante LEQ (2 EX.) Mazria Edward (1979), Le guide de l énergie solaire passive, Marseille : Ed. Parenthèses. 621 MAZ Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante OLI (4 EX.) Peuportier Bruno (2003). Eco-conception des bâtiments : bâtir en préservant l'environnement, Presses de l'ecole des Mines de Paris PEU Salomon Thierry, Bedel Stéphane (2001). La maison des [néga]watts, Mens : Éd. Terre vivante. 621 SAL (4 EX.) Liens utiles audience.cerma.archi.fr Outils numériques en lignes (JavaScript) permettant de calculer la course du soleil, l'apport énergétique théorique sur une surface et l'effectivité d'un pare-soleil [Pour des données suite à des relevées : + Informations : Etudes > Cours en ligne > N. Tixier > Ambiances thermiques + Et aussi : 2

3 Les ambiances thermiques, trois enjeux 1 / La maîtrise environnementale et énergétique 2 / L'ancrage à l'in situ 3 / Les usages comme une finalité majeure L'habitat Extérieur / Intérieur! Naked House > Architecte > Shigeru Ban! 3

4 Les transitions, du dedans au dehors Du dedans au dehors! Des espaces publics couverts Piscine du centre de cure de Bad Elster en Allemagne > Architectes > Behnish & Partner! 4

5 aux espaces publics ouverts. Exposition universelle de Séville > Espagne > Été 1992! L5C : Environnement thermique et maîtrise énergétique Cours n 01 > Ensoleillement : principes, apports énergétiques, outils de conception Photographe > Wim Wenders! 5

6 Géométrie solaire / [cf. cours d éclairage naturel en L2) Source : site Audience! Géométrie solaire Source : site Audience! 6

7 Géométrie solaire Grenoble Latitude N Longitude 5 43 E Hiver GMT+1 Eté GMT+2 Attention : Les données sont soit en heures solaires, soit en heures légales. Source : Heure solaire / Heure légale Quelle heure est-il à la montre d une personne située à Grenoble à midi solaire? En hiver? En été? Si on considère la terre comme étant ronde. Pour en faire le tour, il faut faire Le soleil fait le tour de la terre en 24 heures. Donc pour se déplacer de 1, le soleil met 4 minutes (24 h x 60 mn / 360 ) 2. Grenoble est situé à dans l hémisphère nord à 5 43 Est de Greenwich mn simplifié à 5,7 en mesure décimale, nous fait un décalage de 5,7 x 4 mn = 22,8 minutes, disons 23 mn. 3. Le soleil se levant à l Est et se couchant à l Ouest, il est midi solaire à Grenoble, avant qu il ne soit midi solaire à Greenwich. Donc en hiver [GMT + 1] quand il est midi solaire à Grenoble il est 12h37 à la montre Et en été [GMT + 2] quand il est midi solaire à Grenoble, il est 13h37 à la montre 7

8 Course du soleil à Grenoble > Schéma récapitulatif Course du soleil à Grenoble > Courbes de travail 8

9 Apport énergétique > Principes La puissance : Quantité d énergie fournie ou consommée par unité de temps. P = Q / t Unité Watt (W) ou kilo Watt (kw) La quantité de chaleur Q : Unité le Joule (J) ou (kj) Le Watt.heure (W.h) : 1 W.h = J 1 kw.h =3 600 kj Quand on parle de puissance en W il faut toujours avoir l information de la durée considérée : estce une heure? Une journée? Un mois? Un an? Rayonnement solaire : Le rayonnement global en provenance du soleil qui atteint un plan se décompose en - Rayonnements direct calculable en fonction de la transmittance τ de l atmosphère connu pour des type de ciel (en général ciel clair sans pollution - Rayonnement diffus diffusion par les particules de l atmosphère (voûte céleste par ciel clair, pour un plan horizontal, 15 % du direct environ) - Rayonnement réfléchi dépend de la nature du sol (albédo) Quelques valeurs de réflectance : eau calme 0,05 à 0,18 selon la saison et la latitude sable 0,25 à 0,40 terre, gravier, herbe, sol cultivé 0,10 à 0,30 neige 0,60 à 0,90 Cf. Pierre Lavigne, «Architecture Climatique» pour plus de détails! Apport énergétique > Principes Densité de flux atteignant un plan donné dans des conditions définies : Sur les tables d ensoleillement on peut lire en général : - la densité de flux incident (en première ligne) en W / m 2 - l énergie incidente cumulée depuis le lever du soleil en W.h / m 2 Pour tenir compte de la qualité de l air et de la météo, on est obligé d avoir un coefficient e (coefficient énergétique) tel que : Energie effectivement reçue = e. Energie théorique reçue e peut être connu par le coefficient d ensoleillement σ, qui est le rapport entre le temps d ensoleillement réel et le temps d ensoleillement théorique (par ciel clair continu). Pour l Europe, la corrélation e = 0,33 + 0,70 σ est satisfaisante avec σ > 0,15. 9

10 Apport énergétique > Carte d irradiation globale - moyenne annuelle - [en kwh/m2] Source : Eurpoean Solar Radiation Atlas ! Apport énergétique > Carte d irradiation globale - moyenne Janvier - [en kwh/m2] Source : Eurpoean Solar Radiation Atlas ! 10

11 Apport énergétique > Carte d irradiation globale - moyenne Juillet - [en kwh/m2] Source : Eurpoean Solar Radiation Atlas ! Apport énergétique > Carte d irradiation globale - moy. annuelle - paroi Sud Verticale - [en kwh/m2] Source : Eurpoean Solar Radiation Atlas ! 11

12 Outils numériques Scripts développés par le laboratoire CERMA [Manipulation] Apports énergétiques Avec les résultats d Audience (valeurs théoriques ciel pur et sans nuage) on peut enlever : Apport global > Pour une surface horizontale 40 % l été 60 % l hiver 12

13 Apports énergétiques Pour avoir des données d ensoleillement liées à des relevés : Apport global > Pour une surface horizontale Apport global > Pour une surface verticale orientée au Sud Données météorologiques : Températures, précipitations, vents dominants Source : Météo-France 13

14 Calcul des masques Soit manuellement avec les graphiques Soit numériquement avec un logiciel (Audience, Pleiade, etc.) Exemple Calcul des masques Manuellement pour les masques proches et lointains : - On prend un point de référence : une future ouverture au sud par exemple, ainsi q une hauteur de référence (au niveau du sol, au niveau de l allège, etc.) - On note sur le terrain et/ou sur un plan de type cadastre les arbres, bâtiments, murs pouvant faire masque, on relève leur distance, leur hauteur et leur azimut. - On en déduit l angle que fait notre point de référence avec le sommet de l objet faisant masque. - On reporte l azimut et la hauteur sur le graphe précédent. - On recommence avec les autres points. - Pour les montagne prendre les cartes de type IGN et les sommets importants (ne pas oublier qu il faut retrancher de l altitude du sommet, l altitude du point de référence : 215 m environ pour Grenoble. Numériquement ou manuellement pour les masques propres aux bâtiments : pare-soleil, stores, avancée de toiture, enfoncement, décroché de façade, etc [Application en TD] 14

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