Préparer le bâtiment à l horizon 2010 Journées Thématiques 2004 Enveloppe du Bâtiment 1 Intégration à grande échelle du Photovoltaïque en toiture Hélène DESMALES Yves JAUTARD 11 mars 2004 Du site isolé 2 Du sol Aux parois à la connexion réseau
3 Banlieue d Amsterdam Matériau de construction Europa-Park à Freiburg 230 kwc Objet de conception 4 Die Kleine Arde Boxtel Académie de formation à Hern-Sodingen 1 000 kwc Académie STRUCTURE de formation BOIS à Hern-Sodingen - 1 000 kwc
Paroi active 5 Qui gère aussi ses nuisances Verrière Maison de l énergie 40 kwc RIA 66500
Éclairage zénithal imposé Une obligation : gérer les apports et les nuisances Pignon 1 ( Est ) La verrière : une forte valeur identitaire 8 Chevrons Traverses 53 m Lame d air longueur : 12 m 1 sous-élément 1,63 m 12 m largeur : 1,63 m Traverses Couche basse émissivité Verre feuilleté Lame d air ventilée Argon 26 Modules : Simple vitrage Cellules + EVA Simple vitrage Double vitrage + traitement
Fonctionnement lame d air - été 9 Rayonnement solaire, 1000 W/m2 Air chaud en sortie de lame d air, rejeté à l extérieur Midi au soleil, 70 SUD 26 Apports solaires (transmission directe) + apports radiatifs (absorption des cellules) NORD Apports thermiques externes Zone tampon : Zone remblai, tampon : ancienne voie remblai, ferrée. ancienne voie ferrée. Température max. de confort = 27 C Zone d accueil du public Zone de bureaux (éco-entreprises) Air Puits canadien à 19 C Fonctionnement lame d air mi-saison + hiver 10 Air chauffé dans la lame d air par convection (absorption de chaleur par les cellules ). On recherche T = 35 C mini pour V=1m/s maxi. Rayonnement solaire, 0 à 700 W/m 2 23 SUD 26 Apports solaires (transmission directe) + apports radiatifs (absorption des cellules) NORD Air à 19 C Déperditions Zone tampon : remblai, Zone tampon : ancienne voie remblai, ferrée. ancienne voie ferrée. Température min. de confort = 19 C Zone d accueil du public Zone de bureaux (éco-entreprises) R.A : Air Puits canadien à 14 C
Présentation du modèle Bilan thermique 11 Flux solaire incident G (W/m_) Flux radiatif Flux ré-émis Flux absorbé Flux convectif Module Flux conductif Vitrage 1: vitre sup. du D.V. Vitrage 2 : vitre inf. du DV Lame d air Flux transmis direct (modules à 27% de transparence) 4 équations de bilan : 1 pour chaque verre + fluide dans la lame d air 4 inconnues : Tpv, Tair, Tp1 et Tp2 4 inconnues T 0 : T extérieure i maille i-1 Tpv(i) T air (i) Module Tp 1 (i) Verre 1 Tp 2 (i) i+1 Discrétisation de la lame d air en 12 mailles Flux extrait (i) 12 Verre 2 Flux transmis (i) équation de bilan dans la lame d air M& Cp [ ( )] ( T [] i T [ i 1] ) = h S ( Tpv[] i T [] i ) + T [] i T [] i air air lame air p1 air
équations de bilan sur module, vitrage 1 et vitrage 2 Flux absorbé = G S Flux absorbé =flux convectif + flux radiatif + flux conductif Prise en compte des réflexions multiples Exemple sur le module : opaque (1- R ) -S Corrélations littérature η + S trans (A + T Négligeable sauf dans le DV R S ( S opaque Flux convectif = h ext S (Tpv[i]-T 0 ) + h lame S (Tpv[i]- T air [i]) 1ext 13 S trans ( 1- R ) + A ) S Flux radiatif = Sσ ε 1 4 4 ( Tpv[] i T ) ciel + 4 4 ( Tpv[] i T [] i ) 1 1 + ε ε 1 2 p1 1 Paramètres testés 14 Type double vitrage Classique 66-33 (transmission lumineuse 66 % - facteur solaire 33 %) Extra-clair 66-33 (transmission lumineuse 70 % - facteur solaire 38 %) Classique 50-25 (transmission lumineuse 50 % - facteur solaire 25 %) Extra-clair 50-25 (transmission lumineuse 52 % - facteur solaire 28 %) Débit dans la lame d air Nulle = convection naturelle (lame fermée ou ouverte) de 0,2 m/s à 1 m/s (transition laminaire / turbulent vers 0,3 m/s) Conditions climatiques 24H d une journée type pour les 12 mois de l année avec (30 km/h) ou sans vent
Paramètres imposés 15 Épaisseur lame : 25 cm (contraintes architecturales) Densité cellule : 65 % (confort lumineux) Contraintes de fonctionnement Températures verres < 50 C Pour ré-injecter l air extrait dans le bâtiment Tair > 35 C (en dessous, sensation de froid) Résultats obtenus (1/3) 16 2500 2000 Choix du double vitrage classique 66/33 extra-clair 50/25 extra-clair 66/33 Juillet classique 50/25 408 W Flux transmis (W) 1500 1000 500 0-500 259 W Janvier 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Heure (H) -1000 sans vent
Résultats obtenus (2/3) 17 Influence du débit dans la lame d air sur tous les mois de l année 12H30 sans vent sans prendre en compte l'effet des chevrons 140 juillet Flux transmis (W/m_) 120 100 80 60 40 janvier février mars avril mai juin août septembre octobre novembre décembre 1 m/s 0,75 m/s 0,5 m/s 0,3 m/s 0,2 m/s libre fermée 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mois Influence du débit (suite) 18 Flux extrait (W/m_) Tair extrait en sortie ( C) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 80 70 60 50 40 30 20 10 0 janvier février 12H30 sans vent sans prendre en compte l'effet des chevrons mars avril mai juin juillet aoûtseptembre octobre novembre décembre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 janvier février mars avril mai juin Moisjuillet août septembre octobre novembre décembre 1 2 3 4 5 6 Mois 7 8 9 10 11 12 1 m/s 0,75 m/s 0,5 m/s 0,3 m/s 0,2 m/s libre fermée T ext Tair entrée
Clinique Sensévia - 66 Osséja serre photovoltaïque de 400m_ - Altitude 1230m - saison de chauffe de 8 mois - un espace de vie supplémentaire semi-extérieur protégé Clinique Sensévia Schéma de principe Hiver Échangeur sur air extrait Monomurs 49cm Serre Dalles alvéolaires Insufflation : Puits canadien
Clinique Sensévia Schéma de principe Été Extraction : Verrière Serre Renouvellement d air Serre Insufflation : Puits canadien Un centre de formation en plaine méridionale : - Courte saison de chauffe - Forte charge thermique estivale 22 Une toiture de 700m_ dont 250 en verrière
Une réponse aux contraintes climatiques : l inertie du sol 23 Stabilité thermique et réduction drastique des besoins conférences Expos cours cours ateliers Une gestion active : la verrière et les puits canadiens Puissances connectées réseau fin 2003 : 24 - en France : 2,76 MWc* (source ADEME) - en Allemagne : 375 MWc (source BSI) - au Japon : 805 MWc (* financés)