thermique et architecture bac 2. point de départ : la consommation d'énergie la consommation...
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Thermique et Architecture
Bac 2
Point de départ : la consommation d'énergie
La consommation actuelle est un phénomène "récent"...
Constat : Eté…
Hiver…
C’est la durée de l’ensoleillement qui varie sur la journée.
été
hiver
La température de la Terre est en équilibre permanent…
Les nuits étoilées sont particulièrement froides…
Pourquoi ?
Sans atmosphère
Le jour … La nuit …
Sans atmosphère, la T° moyennede la Terre serait de -130°C …
Sans atmosphère, …
Le jour … La nuit …
Grâce à l’atmosphère, la T° moyennede la Terre est de + 14°C …
Avec l’atmosphère, …
Ajoutons dans l’atmosphère le CO2 produit…
Le jour … La nuit …
Le CO2 freine la perte de chaleur,la température de la Terre augmente …
Rien ne change, le rayonnement solaire n’est pas arrêté par le CO2 …
<- Evolution du taux de CO2
Evolution mondiale de la T° ->
Et en Belgique ?
Evolution Températures Uccle - Source IRM
<- Evolution future du taux de CO2 ? ... plusieurs scénarios...
Evolution future de la T° ? ->
Lors de la période glaciaire, il y a à peine 20 000 ans, la température moyenne de la Terre était seulement 4° inférieure à celle d'aujourd'hui !...
L’architecte est sans nul doute un acteur de l’environnement !
Chap. 1- Le confort thermique
1- Le confort thermique
1- Le confort thermique
• Lien entre T° des parois et isolation ?
• Lien entre T° des parois et isolation ?
Chap 2- Le climat2.1 – Le soleil
2- Le climatLe rayonnement solaire :
Le rayonnement solaire :
Rayonnement solaire été 640 kwh/m² soit 65 %
Rayonnement solaire hiver 350 kwh/m² soit 35 %
Rayonnement direct
Rayonnement diffus
Kwh/m²
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
J F M A M J J A S O N D
Kwh/m² 20 40 70 100 140 150 130 120 100 70 30 20
% 2,02 4,04 7,07 10,10 14,14 15,15 13,13 12,12 10,10 7,07 3,03 2,02
Le rayonnement solaire selon l’orientation :
2.2 – La température
2.3 – L’humidité
Quand il pleut, l’air est sec !
2.4 – Le vent
Chap 3- Architecture Climatique
Chap 3- Architecture Climatique3.1 – Capter
Apports solaires utiles pendant la saison de chauffage d'un logement en fonction de la proximité du bâtiment vis-à-vis. Base 100% pour un bâtiment sur 2 niveaux sans vis-à-vis
Logement collectif avec plusieurs zones thermiques (zones tampon au nord (1), zone centrale avec cuisine (2) et séjour (3),
zone tampon sud avec véranda (4), zone chambres (5).
Coupe d'un logement favorisant une bonne pénétration solaire
?
Chap 3- Architecture Climatique3.2 – Stocker
Matériaux et peintures RS
Aluminium brillant
Aluminium oxydé
Acier galvanisé neuf
Bétons
Brique rouge
enduit de chaux neuf
peinture à l'huile blanche
gris clair
gris fondé
vert clair
vert foncé
noir ordinaire
0,05
0,15
0,65
0,80 à 0,90
0,55
0,12
0,20
0,40
0,70
0,40
0,70
0,85
Matériaux à changement de phase ?
Caractéristiques thermiques des isolants considérés.
Isolant λ [W/m.K] Densité [kg/m³] Chaleur spécifique[J/kg.K]
Laine bois (WW) 0,039 55 2000
Laine minérale (MW) 0,035 25 1030
Simulation de la température à l'intérieur d'une chambre sous toiture, isolée avec 18 cm d'isolant.
Matériaux et peintures RS
RIR
Aluminium brillant
Aluminium oxydé
Acier galvanisé neuf
Bétons
Brique rouge
enduit de chaux neuf
peinture à l'huile blanche
gris clair
gris fondé
vert clair
vert foncé
noir ordinaire
0,05
0,15
0,65
0,80 à 0,90
0,55
0,12
0,20
0,40
0,70
0,40
0,70
0,85
0,05
0,12
0,20
0,90
0,93
0,90
0,90
0,90
0,90
0,90
0,90
0,90
Chap 3- Architecture Climatique3.3 – Distribuer
1°
2°
3°
4°
Chap 3- Architecture Climatique3.4 – Conserver
4.1 – Isoler
1° - Assurer l’étanchéité des parois
2° - Préchauffer l’air neuf avec l’air extrait
4.2 – Récupérer la chaleurde l’air de ventilation
(+ puits canadien ?)
4.3 – Zoner les locaux (encore d’actualité ?)
Température d’équilibre du grenier ?
4.4 – Favoriser la compacité (?)
100 83
53 133
Chap 3- Architecture Climatique3.5 – Protéger
Avant Après
•garder la structure de la pyramide (peu de modification de poids) et une ouverture en partie supérieure,•remplacer une partie du vitrage par un isolant recouvert à l'intérieur d'un multiplex et à l'extérieur d'un recouvrement de zinc,•remplacer les vitrages restant par des vitrages isolants et filtrant solaire (vitrage sky-lite),•des screens doivent encore être placés à l'extérieur sur chacune des faces.
Les résultats semblent concluants :•peu de perte de luminosité (à vérifier en période hivernale)•surchauffe inexistante.Cette solution aura coûté 65.000 Euros…
Protection fixe ou architecturale
Site : www.protections-solaires-et-architecture.be
Cas particulier : les light-shelves
Les vitrages clairs ? Sélectifs ? Absorbants ? Ou réfléchissants ?
Protection mobile
FS : Facteur Solaire
Protections extérieures : . volet en bois 5% . store de toile légèrement transparent 12% . store vénitiens à lames minces 28%
Protections intérieures : . stores vénitiens à lames minces 59% . rideaux 55 … 65 %
Si automatisation, toutes les logiques de régulation sont possibles pour déciderde l'ouverture ou non d'un store.
La végétation extérieure
Chap 3- Architecture Climatique3.6 – Dissiper
L’effet du vent ?
Idéalement, le rapport optimal entre la hauteur des bâtiments H et la largeur des rues W ne devrait pas dépasser le ratio : H/W = 0,65.
L’effet du tirage thermique
L
Application à un immeuble de logements :
Applications 1 - La véranda ?
Applications2- Bâtiment Pleiade à LLN
Bâtiment Pleiade à LLN
Applications3 - L’atrium
D’abord un lieu de convivialité !
Ensuite un outil de climatisation passive…
Mais un gouffre énergétique s’il est conditionné !
En tout cas un comportement thermique complexe…
?
Objectif thermique ?
Objectif puits de lumière ?
Forme et orientation
Gestion de la ventilation en hiver et de la surchauffe en été
Postdammerplatz à Berlin
Chauffage ?
Refroidissement ?
Bouches à déplacement
Fonctionnement d'une bouche à déplacement: l'air frais "coule" sur le sol et refroidit les sources de chaleur localement.
Applications 4-Maisons passives
1° Heusden
Consommation :• 300 m³ de gaz/an (<> 3000 classique)• 1000 kWh d'électricité/an (<> 3500) - 600 kWh des panneaux PV = 400 kWh/an
Maisons passives
2° Drongen
Maisons passives
3° Gand – centre
