La conception de bâtiment, l’inertie thermique, et le confort thermique

Contenu La conception des bâtiments Confort thermique Inertie thermique

La conception des bâtiments

Stratégies Générales La conception influence l’efficacité énergétique d’un bâtiment Les domaines à considérer: La conception passive: il baisse la coût opérationnelle Le refroidissement passif Ventilation passif Chauffage passive Orientation Site Une forme massive L’éducation des occupants L’ombrage Les apports solaires La masse thermique

L’orientation du bâtiment L’ouest: Limiter la lumière directe après midi La salle de séjour L’est: Limiter la lumière directe avant midi La cuisine Source: DesignersParty2013 Nord L’Est L’ouest Sud Le sud: L’apport de chaleur et lumière maximale Solar PV et thermique technologies Limiter la lumière directe Le nord: Les pièces qui ont besoin de chauffage le moins Les chambres

Orientation du bâtiment Source: Efficiency Vermont 2014 On doit éviter la lumière éblouissante On doit éviter la surchauffe Le vent dominant influence La ventilation. Les façades longs devraient faire face à lui La récolte d’eaux pluviales… L’ombrage? Source: Autodesk 2011

La trajectoire saisonnière du soleil Montrer les rayons Utilisé pour analyser la conception Le bâtiment se comporte différemment pendant l’été et l’hiver 1ére Décembre 12:00 1ére Juillet 12:00

La volumétrie La phase de conception initial Grande hauteur* Petite hauteur* Moyenne hauteur* Source: Rogers Stirk Harbour and Partners et Anne Power Légende: Installations communautaires Les magasins et bureaux Maisonnettes Bâtiments Appartements *Tous plans sont basés sut 75 unités. La phase de conception initial La forme + le fonction d’espaces Influencer: La confort thermique (soutient la ventilation naturelle) Les bâtiments grande, mince, les cours… La confort visuelle (influence l’éclairage) augmentation de la hauteur de plafond, les cours, La façade l’est/L’ouest large… La Turbulence: les bâtiments grands = le vent réallouer, les vents au niveau piéton? simulations évaluent plusieurs critères

Equilibration de la forme et fonction Une forme douce pour les bâtiments grande = moins de résistance au vent L’influence de la forme : Les stratégies de la ventilation L’éclairage naturel La circulation piétonnière L’ombrage d’autre bâtiments Efficacité énergétique du bâtiment La charge du vent Meilleure Pire Source: Efficiency Vermont 2014 La rapport superficie/volume influence l’efficacité énergétique

Site Des considérations: Avant Pas beaucoup de choix dans certains cas Réutiliser les anciens sites industriels: plus écologique L’ombrage d’autres bâtiments L’effet d’îlot thermique urbain Bruit? Accessibilité: Le train, le bus? La réglementation de planning : la taille, l’architecture, la ligne des toits Le climat, approprié pour photovoltaïques? Etc… Pas beaucoup de choix dans certains cas Avant Après Camden, New Jersey La décharge à un centre commercial. Source:BCONE 2014

Exercice: 122 Leadenhall Street Gherkin L’autre bâtiments grandes Source: Roger Stirk Harbour and Partners Le centre de Londres, 50 étage, mesurer 224m Pour le plan du site, Listez les stratégies de conception possibles Information additionnelle : La cathédrale Saint-Paul est proche… Vent Bruit L’éclairage Le vent dominant

122 Leadenhall Street: Le bâtiment proposé Les stratégies vraiment exercées: Mince a la haut: bloque moins de a) vue de la cathédrale, b) lumière La forme: une réduction de profondeur du plan d’étage, bien pour l’éclairage L’atrium face à sud: l’éclairage pour les bureaux Les services techniques à Nord, ils n’ont pas besoin d’éclairage naturel Les bureaux: face à l’est, le sud, l’ouest La verre claire: l’éclairage Les stores automatiques: arrêter la surchauffe et le lumière éblouissante Trop d’ombre d’autres bâtiments pour utiliser les photovoltaïques Le centre de Londres: bien lié à transport Source: SkyscraperNews.com 2014

La masse thermique La pierre absorbe et irradie la chaleur bien Source: Green Passive Solar Magazine 2014 La masse thermique décrit son capabilité de résister une changement de température Une masse thermique élevé: absorbe et conserve bien la chaleur Important: Chaud + ensoleillé, il absorbe chaleur et garde l’intérieur fraîche Froide + pas de soleil, il irradie la chaleur rangé En action: Le bois n’absorbe pas bien

L’importance de la masse thermique Les points culminants et creux de la température interne sont moins grand Crucial pour la conception passif solaire Comment il marche: La température du mur augmente un peu, profondément dans le mur La masse thermique élevé La température du mur augmente sensiblement, mais pas loin de la surface La masse thermique faible

Matériaux: la masse thermique élevé Source: Eilers 2014. Réservoir d’eau Béton Source: Smith 2000. Source: Photowall 2014. Source: www.news.appstate.edu/2009/01/07/hard-knowledge Tuile Source: 9homedesign.com Pierre

Isolation et la masse thermique Isolation utilisé pour arrêter la transfert du chaleur (par terre) Exemple: le tapis. Il ne doit pas entraver la masse thermique (le plancher exposé) La masse thermique des murs internes est important aussi: la chaleur irradie n’est pas perdu à l’environément externe Source: Autodesk 2011.

Le refroidissement nocturne et la masse thermique Source: Autodesk 2011. Le bâtiment est ventilé pendant la nuit Ca supprime la chaleur de la masse thermique C’est passif, donc gratuit Considérations: Location: bruit? Sécurité Taux d’occupation Le type du bâtiment: La propagation d’infection? …

La chauffage, refroidissement et ventilation passif Les apports de chaleur sont utiles en hiver, peuvent provoquer surchauffe en été Les méthodes passifs : Ranger la chaleur (mur trombe ) Abriter du soleil fort (surplomb, les étagères lumières, le brise soleil) Ranger et irradier la chaleur (la façade à double peu, mur trombe) Complémenté par le système ventilation, le photovoltaïque …

Solaire passif: le surplomb Le bâtiment aves un surplomb (la toiture etc.) Le soleil hivernal faible: les rayons entrent et chauffent l’intérieur Le soleil fort d’été: l’intérieur est à l’ombre du surplomb

L’étagère lumière Peut lancer lumière (faible) dedans 1 rebond (le lumière en touchant la terre serait absorbé par les gens, les tables…) 2 rebonds (le plafond blanc, réfléchissante…) 3 rebonds…le lumière de l’étagère est au milieu du bureau

Brise Soleil Un système de paralumes pour créer l’ombre Béton Le soleil hivernal faible peut passer, mais le soleil d’été est bloqué. Beaucoup des diffèrent types Béton Mécanique Source: INES Formation et Evaluation 2014 Source: Torrez 2013 Aluminium Source: Levy 2010 Horizontal Vertical Source: Atelier 9,81 2014 Source: Abiya 2014 Source: LevoLux 2014 A l’arrêt Bois

Mur Trombe Un mur foncé, de la masse thermique élevé Source: Autodesk 2011. Un mur foncé, de la masse thermique élevé La vitrine devant le mur Le mur se chauffe, et transfère la chaleur à la chambre L’espace: habitable ou inhabitable Les conduits d’aération peuvent être ouvert Le tour du soleil: La ventilation passive

L’installation d’un mur trombe Source: Lea 2010 Béton et l’ardoise Un mur de cendre peint en noir Source: Alter 2011b. Source: Alter 2011a Les roches du rivière et les mailles: Navajo Nation Indian Reservation

La ventilation passive Deux types principales: La ventilation traversante La ventilation par tirage thermique Utile lorsque le température externe < température interne La ventilation passive va rafraîchir aussi

La ventilation traversante *la vue de au-dessus L’ouverture simple* Deux ouvertures* Le même mur Le mur adjacent Le mur en face

La ventilation par tirage thermique Compte sur un écart de température L’air fraîche entre, se réchauffe, monte L’air peut passer par l’ouverture dans le plafond ‘Cheminée’ souvent dans l’atrium Pas de besoin de vent Exemple: la façade double peu…

La façade double peu Le bâtiment a un face supplémentaire de verre Les conduits d’aération ouvrent, le bâtiment est rafraîchit Les fenêtres des bureaux ouvrent, plus de refroidissement LA VENTILATION PASSIVE

Exercice: Repérer la technologie Source: Lea 2010 Source: Meinhold 2010 Gherkin, Londres La siège bancaire, Argentine

Exercice: Repérer la technologie REPONSE Source: Lea 2010 Source: Meinhold 2010 Gherkin, Londres: Double Peu Verre pour les apports internes La forme douce, moins de vent, surtout au niveau du piéton La siège bancaire, Argentine (La vue l’ouest et le sud ouest): Surplomb Brise soleil La verre pour les apports solaires La verre pour la ventilation et éclairage Les plafonds hauts pour le maximum de éclairage ... Source: Meguro, 2005

L’analyse de performance Beaucoup des champs: L’éclairage L’énergie Acoustique Structural Le vent La perspective d’énergie Les apports interne et solaires sont équilibrés avec les pertes de la ventilation et de transfert Il y aura aussi une demande électrique et due à l’éclairage artificielle Source: Natural Frequency 2014

Les matériaux durables L’analyse du cycle de vie Ex.: Bois vs acier et béton Béton + acier: empreinte carbone Bois: stocke carbone Les matériaux recyclés? Papier pour isolation… Avalon Anaheim Stadium, Californie: (woodworks.org) Source: Aden Photography 5200m2 de bois Carbone stocké: 3,970 tonnes de CO2 Émissions à effet de serre évitées: 8,440 tonnes de CO2

Les matériaux naturels Pisé: New Mexico. www.affordableadobe.com Pisé: Le sable, l’argile; l’eau, la paille haché (la force) Créer les briques avec les formes Quand sèches, fabriquer le mur Le bois de corde Le bois de corde / bois est utilisé pour remplir le mur, entre les poteaux en bois Utilisé avec maçonnerie Peut être combiné avec l’argile / la terre compressé Le bois de corde: Northern Michigan www.thenauhaus.com

Les matériaux naturels (2) La terre compressé 5-10 pouces du sous-sol humide (argile, sable gravier) dans les formes, la pigmentation? Pilonné par des machines Fort, durable Le Stuc Utilisé comme l’enduit Ciment Portland, de sable, de l'eau, de la chaux Acrylique ou en fibre de verre pour plus de solidité Plastique renforcé / treillis métallique 2 couches, sèche 7-10 jours, Couche de couleur: coloré sable / acrylique La terre compressé: France Source: Menzel, P. La terre compressé : Colombia Source: Comte 2010.

Les matériaux naturels (3) La pierre Durable, bâtiments ont 4000 ans Compétence: choisir la pierre Les pierres empilées en même / cours inégales fixe au mortier de chaux Peu d'entretien, la masse thermique élevée Ballots de paille Empiler des balles de paille sur pied levé Attaché avec le bambou, les barres d'armature, bois Finition: stuc ou en plâtre Peut utiliser cadre de supporter la charge ou pas Pierre: France www.lamaisondulysse.com/ Ballots de Paille: UK Source: Oattes 2012, LCIC 2012

Exercice: Les matériaux et leurs détailles L’enduit de ciment, sable, eau, chaux Correspondre la description et les matériaux Bois Il a besoin de l’enduit de plâtre ou stuc Stuc La compétence est de choisir bien le matériau Pierre Ballots de paille Stocke carbone

Exercice: Les matériaux et leurs détailles REPONSE L’enduit de ciment, sable, eau, chaux Bois Il a besoin de l’enduit de plâtre ou stuc Stuc La compétence est de choisir bien le matériau Pierre Ballots de paille Stocke carbone

Confort thermique

Introduction Définition: «cette condition d'esprit qui exprime sa satisfaction à l'environnement thermique" BS EN ISO 7730 Bâtiment efficace: les occupants heureux Sinon, d'autres solutions utilisées (appareils de chauffage…) Ou syndrome des bâtiments malsains Difficile d'obtenir de confort thermique correctement, subjectif Calculé à l'aide Vote Moyen Prévisible (PMV) et Pourcentage personnes insatisfaites (PPD) Source: thermoanalytics 2014

Ce qui affecte le confort thermique?(1) Ampoule noir capteur de température radiante Source: T-mac technologies 2014 Le température de l’air L’air autour quelqu’un Température radiante Moyenne pondérée des températures de surface tout autour d'un occupant Peut être calculée ou mesurée avec des capteurs Humidité relative Pourcentage de la vapeur d'eau dans l'air 100% d'humidité relative: l'air est saturé et il pleuvra Sweat à refroidir: si une forte humidité, se sent plus chaud que la sueur ne s'évapore pas Hygromètre pour mesurer l'humidité relative

Ce qui affecte le confort thermique? (2) Vitesse de l'air Quelle est la vitesse de l'air se déplace autour de l'occupant dans un temps et distance donnée Pas assez, étouffante. Trop, mal à l'aise Activité Mesuré en «MET» (taux métabolique) Au plus bas lorsque nous dormons Niveau de vêtements Vêtements réduit la perte de chaleur Mesurée en « CLO » 0 = nu, costume = 1 Source: Innovia 1997

Vote Moyen Prévisible (PMV) Échelle de sensation thermique: Norme ISO Développé par Fanger Basé sur les opinions et les équations de transfert de chaleur Principe: L'exposition à long terme -3 -2 -1 1 2 3 Froid Légèrement frais Légèrement tiède chaud Frais Neutre tiède

Pourcentage personnes insatisfaites (PPD) Même quand PMV = neutre, quelques gens sont insatisfaites En PMV, tous qui vote > ou < 0 sont insatisfaites Courbe développé concernant PPD à PMV Noter que à 0 PMV, il y a 5% de insatisfaction

Pull/veste porté/pas porté: Confort adaptif Tient en compte le comportement des occupants Donne liberté: concepteurs intègrent (fenêtres ouvertes…) Bien pour les cas de ventilation passif Sujet de recherche: l'avenir? Exemples d'activités: Fonctionner le ventilateur de bureau : Vel +2.0m/s Pull/veste porté/pas porté: Clo ± 0.35 Les vêtements serrés/amples: Clo by ± 0.26 Niveaux de stress: Met ± 0.3 Col et une cravate porté / pas porté: Clo ± 0.13

Exercice: Confort thermique Pouvez vous vous rappelle le 6 chose qui influencer le confort thermique? Décrire l’échelle de PMV.

Exercice: Confort thermique RESPOSE Pouvez vous vous rappelle le 6 chose qui influencer le confort thermique? Le température de l’air, température radiante, humidité relative, niveau de vêtements, activité, vitesse de l'air Décrire l’échelle de PMV. -3 -2 -1 1 2 3 Froid Légèrement frais Légèrement tiède chaud Frais Neutre tiède

INERTIE THERMIQUE

Introduction Inertie: La capacité des bâtiments de stocker la chaleur La masse thermique: scientifiquement équivalent à la capacité thermique Parfois utilisé comme un indicateur de l'inertie thermique Inertie est plus complexe: le temps nécessaire pour un bâtiment à chauffer/ refroidir Effusivité et diffusivité décrivent la transfert de chaleur Tout va être révélé…

Constante de temps thermique (τ) Décrit par le constante de temps d’inertie thermique “τ”: Plus de la capacité thermique = plus d’inertie thermique Petit valeur de U = beaucoup d’inertie Pendant une vague de froid, le τ estime le taux de refroidissement (si la chauffage est éteindre τ = C _ U Où C est la capacité thermique et U est le coefficient de transfert de chaleur

la capacité thermique et le coefficient de transfert de chaleur (pour intérêt) L’aptitude d’absorber chaleur (Le montant de chaleur ajouter à un objet pour lui à changer la température) La unité: Joules par Kelvin le coefficient de transfert de chaleur: Mesure l’efficacité d’isolation Un valeur plus basse = une compétence pour bien isoler. Inverse de la résistance Résistance est calculée à base d’épaisseur du matériau et sa conductivité Unité: W/m2

La constante de temps thermique (τ) moyenne… (τ) est évalué pour chaque couche L’évaluation est à base de la ‘Résistance’ des anciens couches Pour un élément: Tous les (τ) sont additionnés , puis * par la surface (τ) totale tient en compte tous les éléments opaques. Le (τ) moyenne divise (τ) totale par le surface d’enveloppe du bâtiment (ceci inclut les fenêtres)

En pratique… Comme le (τ) de couches sont influencés par les anciens résistances (l’extérieur à l’intérieur)… … (τ) (INERTIE) est influencer par l’endroit d’isolation Mur 1: L’isolation extérieur Mur 2: L’isolation intérieur extérieur La masse thermique isolation intérieur extérieur La masse thermique intérieur isolation Source: Givoni 2008

En pratique…(2) Ancienne résistances sont grandes Plus grand τ pour béton Le mur avec isolation extérieur: τ 43,8 h Ancienne résistances sont petites Petit valeur τ pour béton Le mur avec isolation intérieur: τ 7,8 h Source: Givoni 2008

Diffusivité Le taux de changement de température à un point spécifique dans un élément Ceci compte sur la conductivité, et la capacité thermique Diffusivité faible: Diffusivité forte Une heure Une heure Beaucoup d’heures Beaucoup d’heures

Effusivité Wood feels warm La capacité d’un matériau d’absorber la chaleur Quand métal et bois sont à la même température, et nous le touchons Le bois n’est pas un bon conducteur… …donc il transfère la chaleur de notre main lentement Métal: un bon conducteur… …donc il semble froid comme la chaleur est transfert de notre main Compte sur la conductivité et la capacité thermique Metal feels cold

Qu’est-ce qu’il veut dire? Le métal: A une capacité thermique haut Mais il a un haut diffusivité and effusivité Puis il dégage la chaleur rapidement: mauvaise stockeur de chaleur L’argile: Une diffusivité et effusivité basse Puis il prend toute la journée pour se réchauffer MAIS il émet la chaleur toute la nuit : Bon stockeur de chaleur

Exercice: Inertie thermique Vrai ou Faux? Expression Réponse Effusivité explique pourquoi les métaux sentent froid Les métaux ont une capacité thermique basse, puis il est mauvaise pour le stockage de chaleur Diffusivité et effusivité sont évalués à base des même caractéristiques

Exercice: Inertie thermique REPONSE Vrai ou Faux? Expression Réponse Effusivité explique pourquoi les métaux sentent froid Vrai Les métaux ont une capacité thermique basse, puis il est mauvaise pour le stockage de chaleur Faux. Il a une capacité thermique élevée, mais aussi une effusivité élevée puis il perd la chaleur Diffusivité et effusivité sont évalués à base des même caractéristiques Vrai: la capacité thermique et la conductivité. Les équations utilisés sont bien sûr diffèrent…

Bibliographie (1) Plus d’information peut être trouvé à : Autodesk 2011. http://sustainabilityworkshop.autodesk.com DesignersParty 2013. http://www.designersparty.com/entry/KEPCO-Office-Complex-H-Associates EfficiencyVermont 2014. https://www.efficiencyvermont.com/docs/for_my_business/lighting_programs/Daylighting_Guide_for_Interiors.pdf Skyscrapernews.com 2014. http://www.skyscrapernews.com/imagesall.php?self=nse&ref=49&idi=The+Leadenhall+Building&selfidi=49TheLeadenhallBuilding_pic1.jpg&no=1 Green Passive Solar Magazine 2014. http://greenpassivesolar.com/passive-solar/building-characteristics/thermal-mass/ Smith, S. 2000. Greenhouse gardener’s companion. F. Eilers. 2014. http://www.your-solar-energy-home.com/Direct-gain-solar.html Photowall 2014. http://www.photowall.co.uk/photo-wallpaper/dark-concrete-wall Alter, L. 2011a http://www.treehugger.com/sustainable-product-design/diy-trombe-wall-made-from-river-rock-and-wire.html

Bibliographie (2) Alter, L. 2011b. http://www.treehugger.com/sustainable-product-design/the-trombe-wall-low-tech-solar-design-makes-a-comeback.html Lea, K. 2010. http://greenpassivesolar.com/2010/07/passive-solar-partial-trombe-wall-house Abija 2014. http://www.abiya-mashrabiya.com/mashrabiya-blog/2014/6/10/examples-of-use-of-islamic-patterning-by-top-architects-for-brise-soleil Levy 2010. http://www.orble.com/brise-soleil-solar-shading-by-nlc/ INES Formation et Evaluation 2040. http://e-learning.ines-solaire.org/ Atelier 9.81 2014. http://www.batiactu.com/edito/logements-tourcoing-36144-p4.php Torrez, J. L. 2013. http://anonymousarchitecture.wordpress.com/2013/01/01/concrete-forms-brise-soleils-of-henry-klumb/ Brown, G.Z. and DeKay, M. Sun, Wind, and Light. Wiley Zorba the Geek. 2009. http://www.geograph.org.uk/photo/1391286 Meguro, W. 2005. Beyond Blue and Red Arrows. MSc Architectural Studies, MIT. Natural frequency 2014. http://wiki.naturalfrequency.com/wiki/Display_Air_Flow

Bibliographie (3) Meinhold, B. 2010. http://inhabitat.com/foster-partners-unveils-energy-efficient-bank-for-buenos-aires/ Comte 2010. http://www.techni.ch/technifin/haupt/batiment/sujet_0031/pdf/Mur_en_terre_crue_2013.pdf Oattes, D. 2012 http://www.dickoatts.com/intriguing-prefab-house-idea-for-simple-and-portable-concept/fabulous-cube-balehaus-with-two-level-of-floor LCIC 2012. http://www.lcic.com/projects-balehaus Thermoanalytics 2014. http://www.thermoanalytics.com T-mac technologies http://www.t-mac.co.uk/index.php/shop/black_bulb_radiant_temperature_sensor Givoni, B. 2008. Climate Consideration in Building and Urban Design, VN Reinhold, BCONE 2014. http://www.brownfieldcoalitionne.org/?page_id=94