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Urbanisme et Architecture
Prise en compte des énergies renouvelables dans les opérations d’aménagement et de construction
Eric Durand
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Prise en compte du solaire dans l’urbanisme
1) - Favoriser l’urbanisme bioclimatique
Choix du site…
– Orientation des voiries, majoritairement Est-Ouest
– Droit au soleil : des prospects et un règlement
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2 : Appliquer Le bioclimatisme = SOLAIRE PASSIF
...Synthèse des 5 principes de base
Disposition des pièces en fonction de l’orientation
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Favoriser l’insertion du climat dans le projet par une architecture bioclimatique
Orientation et ouvertures des bâtiments
Principes:
L’orientation sud garantit dans le climat de larégion à minima 20 % de couverture du besoind’énergie dont 60 à 70 % pour l’Eau ChaudeSolaire et 40 % pour celui d’électricité spécifique.
Variation de l’orientation « acceptable »
– En vue de l’installation des systèmes solaire,l’inclinaison optimale (35°) :– L’orientation peut varier entre -75 et + 50 ° peu de différences de performance
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Profiter des ouvertures pour une utilisation passive du rayonnement solaire
Mettre en place des fenêtres VIR ou à triple vitrage
• Hiver: permet de laisser pénétrer plus de chaleur que ce qu’elle en laisse échapper
• Été: réduit les apports
• Privilégier les axes Nord-sud pour le bâti
• Privilégier les axes Est-Ouest pour la trame
viaire
Orienter vers le sud les principales ouvertures
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Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine
• Une bonne compacité des bâtiments,
• Apports solaires optimisés par une implantation favorable : de préférence Nord-Sud, et une configuration de l’aménagement qui limite les masques solaires
• Apports solaires limités en été avec l’apport du végétal
• Une implantation qui optimise les apports des vents, mistral et tramontane …
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Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine
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Les ENR à l’échelle urbaine
Les énergies fatales
- Ce sont les énergies qu’on produit
nécessairement et dont on peut tirer profit sur le plan énergétique
-On parle alors d’énergie fatale ou de récupération
Via un réseaux de chaleur, Enjeux :
- optimisation des ressources locales,
fatales et moins « nobles »
- minimisation des pollutions,
- Création et maintien d’emplois
- Possibilité de cogénération (fourniture
eau chaude, électricité, froid) Usine d'incinération de Bellegarde (Ain)
L’incinération des déchets ménagers et assimilés
Le biogaz
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Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine
Les granulés
Les plaquettes forestières
Déchets de bois
valorisé
La bio-masse, pour l’exploitation locale des énergies
Les différentes présentation du bois énergie
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Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine
La bio-masse, pour l’exploitation locale des énergies
CO2
Stocké Énergie
1 kg fournit 5 kWh
Le bois énergie: une énergie renouvelable
Le coût d’investissement (incluant le génie civil) dépend de la puissance de la
chaufferie :
De 100 à 500 kW, de 380 à 535 €HT/kW installé ;
De 500kW à 1MW, de 275 à 425 €HT/kW ;
A partir de 1MW, de 230 à 305 €HT/kW.
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Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine
La bio-masse, pour l’exploitation locale des énergies : EXEMPLE
Les installations collectives
Ensisheim (68)
Résidence « Quartier de l’Europe » construite dans les années
1960 située dans le Haut Rhin à ENSISHEIM et rénovée
récemment
- un terrain de 20000 m2, un parking de 4000 m2, d’un
espace vert de 12000 m2 et d’une aire de jeux de 630 m2.
- 9770 m2 répartis sur neuf bâtiments : 152 logements (76 F3
et 76 F4)
- chaufferie : 1 chaudière bois et une chaudière gaz de 1 MW
chacune
- neuf sous – stations en sous sol, une par bâtiment
- chaque sous station possède un réseau circuit radiateurs et
un réseau ECS.
- Le réseau ECS est alimenté par la chaufferie en hiver et par
des panneaux solaires en été
Le silo a un volume de 150 m3 remplit à 120 m3.
Il faut laisser 30 m3 d’air pour éviter les incendies et cela
permet de sécher encore un peu les particules de bois.
Elles sont constituées d’écorce, de plaquettes et de particule de
bois, avec une hygrométrie de 15% environ.
Pour le remplissage du silo il faut tout d’abord penser à
l’infrastructure pour que les camions puissent manœuvrer.
Il faut aussi suivre de très près la température extérieure, car le
niveau de bois peut descendre très vite si il y a une petite
vague de froid.
- Pour une température extérieure de 10°C il faut 45 m3 /
semaine
- Pour une température extérieure de 2°C il faut 90 m3/
semaine
- Pour une température extérieure de -5°C il faut 180 m3/semaine
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Les solutions énergies renouvelables à l’échelle urbaine
La géothermie : Exemple
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Les énergies renouvelables
• Le solaire thermique
• L’éolien
• Le photovoltaïque
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Thermique : Rayonnement solaire
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Les variations de l’énergie reçue par le capteur sont fonction :
• de la durée d’ensoleillement,
• de la couche d’atmosphère traversée,
• de l’inclinaison des rayons,
• de la nébulosité
Le rayonnement solaire global se décompose en deux parties :
• Le rayonnement direct : il provient directement du disque solaire et sa directionchange tout au long du jour.
• Le rayonnement diffus : il parvient au capteur après avoir été dévié par les nuages,le ciel, le sol et les objets environnants. Il a une multitude de directions différentes.
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Rayonnement solaire
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Rayonnement solaire global quotidien moyen en kWh/m².j
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Capteur plan vitré intégré en toiture
Capteur sous vide haute température
Différents capteurs solaires pour différentes applications
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Eolien
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• Soleil chauffe une masse de terre – source d’énergie solaire indirecte
• Chaleur dégagée monte, crée une zone basse Pression au sol, zone haute Pression en altitude
• + topographie
• Air se déplace de zone haute P au zone basse P -> vent
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Gisement Eolien
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Les éoliennes terrestres
de petite puissance(moins de 250 kW)
Les éoliennes terrestres
de grande puissance(plus de 250 kW)
Les éoliennes off-shore
Les éoliennes à axe vertical
(petite puissance)
Les différentes Eoliennes
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Éolienne axe vertical
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Avantages :
• Esthétique
• Éoliennes lentes (faible bruit),
• Machinerie et génératrices au sol,
• Pas de dispositifs d’orientation
Inconvénients :
• Rendement plus faible que l’éoliennes à axe verticale
• Perturbation des ondes électromagnétiques
• Légères nuisances sonores
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Éolienne axe horizontal
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http://www.aerotecture.com
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Exemples d’intégration « éolien »
Produire de l’électricité autrement :
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Exemples d’intégration « éolien »
Produire de l’électricité : dans les bâtiments
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Le photovoltaïque
Points forts
• Conversion direct du rayonnement solaire en électricité
• Applications multiples dues au caractère modulaire :production décentralisée + centralisée
• Pas d’émission de gaz à effet de serre, démantèlement/recyclage facile en fin de vie des modules : technologie «verte»
• Technologie mature et fiable, pas d’usure (pas de pièces mobiles), faiblemaintenance, durée de vie > 20 ans
• Pas de nuisances lors du fonctionnement, intégration sans restrictions dans le milieu urbain et résidentiel
• Elément constructif (intégration dans le bâtiment) produisant de l’électricité
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Contraintes:
• coût élevé du kWh produit par rapport aux technologies de production d’électricité conventionnelles
• densité énergétique faible (W/m²)
• dépendance inhérente du gisement solaire : variations journalières, saisonnières, en fonction du temps/climat
• production d’électricité limitée à quelques heures par jour : nécessité d’une source d’alimentation complémentaire ou d’un moyen de stockage d’énergie
Le photovoltaïque
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Les Ombres : à éviter
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Les ombres portées sur les panneaux PV peuvent causer d’importantes pertes énergétiques exemple critique : Une tour d’immeuble ou cheminée projette une ombre sur une façade photovoltaïque.
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Intégration
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Exemples d’intégration verrières – casquettes
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Exemples d’intégration « photovoltaïque »
Produire de l’électricité : solaire Photovoltaïque
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Exemple : Maison à énergie 0 en Savoie (source Batiweb)
Pompe à chaleur couplée à un puits canadien : 40 m de long à 2,50 m de profondeur. Matériaux des murs : bois et liège - Modules photovoltaïque posés
en guise de toit.
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MONTPELLIER INTERNATIONAL BUSINESS INCUBATOR
Bâtiment BEPOS – Architecte : Emmanuel NEBOUT
SHON : 3 500 m², 3 niveaux de bureaux
le MIBI est labellisé BBC-Effinergie. Plan triangulaire : grande façade Sud +deux façades (Nord Ouest et Nord Est) Atrium planté, couvert d'une verrière, Epais manteau en bois de mélèze.
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SOLARIS … Le premier
Architecture et Environnement (Farrah, La Fonta, Meurisse),
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Bureaux BEPOS - Projet
Localisation : Sophia Antipolis (Mougins)- Prolongement d’un projet « Natura 1 » THPE-Site desservi par les TC et pistes cyclables
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Exemple de Bâtiment à énergie positive
Complexe Multi-activités
De la ville de Balma
Perspective
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Complexe Multi-activités de Balma
Plan de masse
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Complexe Multi-activités de Balma
Rez-de-chaussée
Coupe NS
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Complexe Multi-activités de Balma
Etage
Façade Sud
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Coupes et toitures solaires
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Description du Bâtiment
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Consommations estimées
Chaud Froid Éclairage Ascenseur ECS Ventilation Total
Consommations
annuelles en
kWh/an3 199 1 604 11 500 500 3 750 6 605 27 159
12 % 6 % 42 % 2 % 14 % 24 % 100 %
Consommations
en kWh/m2 SU4,3 2,2 15,6 0,7 5,1 9,0 36,9
Les besoins de chaud : sans apports internesLes besoins de froid avec les apports internes
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Production d’énergie
Irradiation globale
annuelle cumulée
de la surface à
Toulouse
(kWh/m2
cumulés)
Nb de m2 de
Capteur
Puissance crête
Installée (Wc)
Énergie produite
théorique (kWh)
Énergie revendu
(kWh)
Revente EDF (€
HT)
1441 545 34 335 49 476 38 072 20 939
Couverture photovoltaïque de type Kalzip AluplusSolar
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La réalisation – chantier
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La réalisation – chantier
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La réalisation – chantier
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La réalisation – chantier
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Exemple éco-quartierEntrevert
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La solution BOIS énergie
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Des immeubles de logements BEPAS et à Energie positive +
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Logements collectifs et individuels