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Architecture bioclimatique

Architecture bioclimatique

L'architecture bioclimatique entre dans ce qu'on appelle l' énergie solaire passive. Ce type d'architecture utilise des éléments naturels du lieu (soleil, vent, eau, sol et végétation) pour réaliser des bâtiments à efficacité thermique capables de satisfaire les exigences de confort thermique, indépendamment de l'utilisation de systèmes de climatisation.

L'approche bioclimatique est liée au principe d'autosuffisance et à la prise de conscience du fait que les principaux phénomènes néfastes pour l'environnement sont causés par la consommation de grandes quantités d'énergie non renouvelable, de combustibles fossiles ou d'énergie nucléaire. La construction est un secteur très polluant car la plupart des émissions de gaz et de CO 2 proviennent des systèmes de climatisation et de chauffage qui favorisent le changement climatique et l'effet de serre.

L'objectif de l'architecture bioclimatique est la maîtrise du microclimat interne, avec des stratégies de conception passives qui, en minimisant l'utilisation de systèmes mécaniques, optimisent l'efficacité des échanges thermiques entre le bâtiment et l'environnement.

L'architecture bioclimatique définit les caractéristiques géométriques et structurelles du bâtiment, son emplacement et son orientation de manière à ce qu'il s'adapte aux différentes conditions climatiques.

En général, dans les régions tempérées, trois phases thermiques correspondent à différentes exigences de construction:

  • Hiver: il faut encourager le rayonnement solaire sur les murs et les fenêtres pour chauffer l'intérieur; La haute isolation thermique de l'enceinte est également nécessaire pour conserver la chaleur accumulée.
  • Été: il est nécessaire de protéger le bâtiment du rayonnement solaire avec des systèmes d'ombrage, ayant des couches de masse élevée et, par conséquent, une inertie thermique élevée, tout en favorisant la ventilation naturelle du bâtiment.
  • Demi saison: nécessite la combinaison de solutions de refroidissement et de chauffage.

Types de captage d'énergie dans l'architecture bioclimatique

Dans l'architecture bioclimatique, nous pouvons distinguer trois types de captage d'énergie: l'absorption directe, l'absorption indirecte et l'absorption séparée.

Capture directe

Les systèmes passifs de capture directe sont appelés systèmes architecturaux qui représentent une utilisation immédiate et facile. Par exemple, les maisons orientées captent directement l'énergie solaire du soleil; mais ce n'est pas la seule exigence pour pouvoir parler de logement solaire. Cette forme d'utilisation du rayonnement solaire est un exemple clair d' énergie solaire passive.

Les systèmes directs doivent également inclure des composants permettant de contrôler les pertes d'énergie des nuits d'hiver et les élévations exagérées de la température en été. Sans aucun doute, les systèmes directs passifs d'énergie solaire sont proches des systèmes traditionnels.

Capture indirecte

Les systèmes passifs de collecte indirecte sont appelés systèmes architecturaux dans lesquels, à travers un capteur, la chaleur est acheminée vers l'intérieur de l'intérieur intégré à sa structure.

Parmi les systèmes passifs de capture indirecte, se distingue le mur dit de Trombe, inventé par Michel Tromble: il s'agit d'un verre surmontant un mur noir mat et solide qui sert d'accumulateur et de diffuseur de chaleur à l'intérieur de la maison. Ce dispositif simple peut représenter une économie d'énergie importante.

Dans les climats chauds, cependant, vous devez tenir compte des problèmes d'excès d' énergie thermique subis en été, qui peuvent également être résolus avec la mise en place d'ailerons ou de parapluies qui maintiennent le mur à l'ombre.

Un autre système consiste à remplacer un mur ou un plafond par des fûts en métal noir remplis d'eau ou de collecteurs noirs, respectivement. Dans les deux cas, les réservoirs d'eau chaufferaient pendant la journée et, la nuit, isolés de l'extérieur, ils dégageraient de l' énergie thermique à l'intérieur de la maison.

Collection séparée

Les systèmes passifs de collecte séparée sont appelés systèmes architecturaux qui, via un capteur, acheminent de l' énergie thermique à l'intérieur de l'habitacle et sont séparés de la maison, mais pas très loin.

S'ils étaient loin, ils ne pourraient pas être qualifiés de passifs, car un transport forcé serait nécessaire et nous parlerions de réchauffeurs d'air solaires. Dans ce système, le rayonnement solaire est collecté dans une chambre vitrée pouvant servir de serre agricole, séparée de la maison par une surface de collecte.

Intégration des énergies renouvelables

Les bâtiments qui ont été considérés comme une architecture bioclimatique, en plus de l'utilisation de l' énergie solaire passive, sont généralement installés des systèmes d'énergie renouvelable supplémentaires.

Grâce à l'intégration de sources d'énergie renouvelables, il est possible que toute consommation d'énergie soit générée par l'utilisateur et non polluante. Dans ce cas, l'objectif est de construire des bâtiments ou des émissions. Les bâtiments, plus l'énergie, sont les bâtiments qui génèrent plus d'énergie que consommée.

Les sources d'énergie renouvelables les plus utilisées sont l'énergie éolienne, l'énergie solaire photovoltaïque, l'énergie solaire thermique et même l'énergie géothermique.

Méthode d'architecture bioclimatique

L'architecture bioclimatique repose sur trois axes:

  • Capturez le rayonnement solaire et profitez-en pour les activités domestiques.
  • Transmettez l'énergie solaire et protégez-la.
  • Économisez de l'énergie ou évacuez-la en fonction des besoins.

Ces exigences sont essentielles, en particulier dans les régions plus chaudes (telles que la Méditerranée), car la capture et la conservation de l'énergie en hiver semblent aller à l'encontre de la protection et de l'évacuation en été. La résolution de cette contradiction apparente est la base d'une conception bioclimatique bien comprise.

Capturez et protégez-vous de la chaleur

De grandes surfaces de verre sont souvent utiles dans les zones tempérées.

La revégétalisation est une technique permettant de limiter les apports solaires en été et de réduire les pertes thermiques en hiver.

La Terre est inclinée sur son axe par rapport au plan de l'écliptique selon un angle de 23 ° 27 '. La hauteur du soleil à l'horizon et le chemin qui traverse le ciel varient au cours des saisons.

Dans l'hémisphère nord, à la latitude de l'Europe (environ 45 ° en moyenne), en hiver, le soleil se lève au sud-est et se situe au sud-ouest, restant très bas à l'horizon (22). ° au solstice d'hiver). Seule la façade sud d'un bâtiment reçoit un ensoleillement suffisant. Pour capter cette énergie solaire, il convient de placer les principales ouvertures vitrées au sud.

Le verre laisse passer la lumière mais absorbe l'infrarouge réémis par les parois internes qui reçoivent ce rayonnement solaire, appelé effet de serre. Le rayonnement solaire est converti en chaleur par les surfaces opaques du bâtiment (murs, plafonds et sols). C'est sur ce principe qu'un bâtiment solaire passif est conçu: solaire, car la source d'énergie est le soleil, passif, car le système fonctionne seul, sans système mécanique.

Même dans l'hémisphère nord, en été, le soleil se lève au nord-est, au nord-ouest et à l'horizon, à midi (78 ° au solstice d'été). Les façades d'un bâtiment rayonné par le Soleil sont principalement les murs est et ouest, ainsi que le toit. L'angle d'incidence de ses rayons sur les surfaces vitrées exposées au sud est élevé. Il est conseillé de protéger ces surfaces vitrées au moyen de protections solaires dimensionnées pour bloquer le rayonnement solaire direct en été et laisser le maximum de lumière solaire disponible en hiver.

Dans les ouvertures des façades est et ouest, la protection solaire horizontale a une efficacité limitée, car les rayons solaires ont une incidence plus faible; Les écrans solaires opaques (volets), et la végétation encore plus caduque, sont efficaces sur ces façades. La végétation persistante est également efficace pour protéger les vents froids, tant qu'elle ne s'oppose pas au soleil d'hiver.

Dans l'hémisphère nord, sous la latitude européenne, une construction bioclimatique est caractérisée par:

  • Grandes ouvertures au sud, parfaitement protégées du soleil d'été.
  • Très peu d'ouvertures au nord
  • Peu d'ouvertures à l'est, à l'exception des pièces à usage précoce, telles que les cuisines: soleil levant.
  • Quelques ouvertures à l'ouest, notamment pour les chambres, pour se protéger du soleil couchant en été.

Dans une approche bioclimatique, ces généralités doivent s'adapter naturellement en fonction de l'environnement (climat, environnement, ...) et du rythme de vie des utilisateurs du bâtiment.

Transforme / diffuse la chaleur

Une fois que la lumière du soleil est capturée, un bâtiment bioclimatique doit savoir comment le convertir en énergie thermique et le distribuer là où il est utile.

La transformation du rayonnement sonore en chaleur se fait selon un certain nombre de principes, afin de ne pas altérer le confort intérieur:

  • Maintenir un équilibre thermique adéquat.
  • Ne pas dégrader la qualité lumineuse.
  • Permet la diffusion thermique par le système de ventilation et la conductivité thermique des murs.

Dans une construction, la chaleur a tendance à s'accumuler vers le haut des locaux par convection et stratification thermique. La conversion en chaleur de la lumière devrait se faire principalement au niveau du sol. De plus, l'absorption de la lumière par un mur l'assombrit et limite sa capacité à diffuser cette lumière. Cette absorption ne devrait pas empêcher la diffusion de la lumière dans des zones moins éclairées, et ne devrait pas générer de contrastes ni de réflexions.

Il est donc important de privilégier des plafonds très clairs pour diffuser la lumière dans les pièces sans éblouissement, assombrir les sols pour favoriser la capture d'énergie à ce niveau et pour utiliser des tons variables dans les murs en fonction de la priorité accordée à la diffusion de la lumière. la lumière ou la capture de l'énergie solaire, et en fonction du besoin de chaleur ou de fraîcheur des locaux en question.

Les nuances qui convertissent le plus probablement la lumière en chaleur et en absorption sont sombres (idéalement noires) et plutôt bleues, celles qui sont le mieux à même de réfléchir la lumière et la chaleur sont claires (idéalement blanches) et plutôt rouges. Ainsi, on peut, par un simple jeu de couleurs, diriger la lumière puis la chaleur vers les zones qui en ont besoin. Les matériaux mats à surface granulaire (en particulier les matériaux naturels) sont également plus efficaces pour capturer la lumière et la convertir en chaleur que les surfaces lisses et brillantes (effet miroir, aspect métallique ou laqué, etc.).

Une bonne diffusion de la chaleur (ou fraîcheur) peut également être obtenue par des méthodes de ventilation adéquates.

Sous un climat tempéré, une construction bioclimatique conçue de manière optimale du point de vue thermique nécessite peu ou pas de systèmes de chauffage ou de climatisation pour maintenir une température intérieure comprise entre 20 ° C en hiver et 25 ° C en été, jour et nuit.

Garder la chaleur / fraîcheur

En hiver, une fois capturée et transformée, l'énergie solaire doit être stockée à l'intérieur du bâtiment pour pouvoir être utilisée rapidement. En été, c'est la fraîcheur nocturne (qui se détecte facilement avec une bonne ventilation) qui doit être conservée de manière durable pour limiter les surchauffes pendant la journée.

La méthode la plus simple consiste à stocker cette énergie dans des matériaux de construction lourds, à condition qu'ils soient accessibles et ne soient donc pas recouverts d'une isolation thermique, d'où l'importance de l'isolation. De l'extérieur ou éventuellement de l'isolation distribuée.

Le stockage de l'énergie dans les matériaux et la période de retour utilisent leur chaleur spécifique, son volume total, mais également d'autres caractéristiques physiques pour déterminer son efficacité énergétique. Certaines techniques permettent d'améliorer dynamiquement la période de retour.

Valoriser l'environnement

L'environnement (collines, forêts,…), ainsi que la végétation plantée autour de la construction jouent également un rôle de protection: en tant que brise-vent, nous optons pour les bois mous du nord et les feuillus du sud; Ils protègent du rayonnement solaire en été, mais ils laissent la lumière en hiver. Un point d'eau situé devant le bâtiment, au sud, fournira également une actualisation d'un ou deux degrés en été.

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Dernier examen: 5 février 2019