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. hiver La température de la Terre est en équilibre permanent…

Les nuits étoilées sont particulièrement froides… Pourquoi ?

Le jour … La nuit … Sans atmosphère, … Sans atmosphère, la T° moyenne de la Terre serait de -130°C …

Le jour … La nuit … Avec l’atmosphère, … Grâce à l’atmosphère, la T° moyenne de la Terre est de + 14°C …

Ajoutons dans l’atmosphère le CO2 produit…

Le jour … La nuit … Rien ne change, le rayonnement solaire n’est pas arrêté par le CO2 … Le CO2 freine la perte de chaleur, la température de la Terre augmente …

<- 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 climat 2.1 – Le soleil

2- Le climat Le 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 J F M A S O N D % 2,02   4,04   7,07   10,10   14,14   15,15   13,13   12,12   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 Climatique 3.1 – 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

zone tampon sud avec véranda (4), zone chambres (5). 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 Climatique 3.2 – Stocker

Matériaux et peintures RS a 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 0,85

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 a RIR e 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 0,85 0,90 0,93

Chap 3- Architecture Climatique 3.3 – Distribuer

1° 3° 4° 2°

Chap 3- Architecture Climatique 3.4 – Conserver

4.1 – Isoler

1° - Assurer l’étanchéité des parois

2° - Préchauffer l’air neuf avec l’air extrait

4.2 – Récupérer la chaleur de 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 83 133 53

Chap 3- Architecture Climatique 3.5 – 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 décider de l'ouverture ou non d'un store.

La végétation extérieure

Chap 3- Architecture Climatique 3.6 – 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

Application à un immeuble de logements :

Applications 1 - La véranda ?

Applications 2- Bâtiment Pleiade à LLN

Bâtiment Pleiade à LLN

Applications 3 - 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