Modélisation et Conception Bioclimatique

DES OUTILS EXPERTS AU SERVICE DES PROJETS

TERAO accompagne les pratiques de la modélisation et de la conception bioclimatique depuis ses origines: les apports de son fondateur ont été majeurs en la matière, et cet historique fait de technique et de passion se perpétue aujourd’hui par la transmission d’un savoir-faire unique et la recherche & développement que conduisent les équipes de TERAO.

Le pôle MOE abrite l’une de nos Cellules expertes : la Cellule de Modélisation et de Conception Bioclimatique (CMCB). C’est au sein de cette équipe hautement qualifiée que sont pilotées et réalisées les études techniques avancées et à forte valeur ajoutée :

Etude et simulation d’ensoleillement Héliodon et des Ombres portées
Etudes de facteur de vue du ciel et de « View Out » (des vues vers l’extérieur)
Etudes d’ensoleillement et de potentiel d’énergies renouvelables
Etudes d’approvisionnement et de stratégies énergétiques
Simulations Thermiques et Energétiques Dynamiques
Etudes de confort thermique et de confort lumineux (études FLJ et d’autonomie lumineuse)

La conception bioclimatique trouve ses racines aussi loin que l’acte de construire lui-même (localiser son habitat pour s’abriter du vent, bénéficier de bons apports solaires…). Les enjeux et les moyens techniques de construction et de modélisation des performances des bâtiments n’ont, eux, cessé d’évoluer, et renvoient aujourd’hui à des concepts, des outils et des exigences pointus.

La thermique des bâtiments, leur modélisation et la simulation dynamique, la prise en compte et l’optimisation de systèmes pouvant être peu ou très complexes, la nécessité de réduire leurs consommations énergétiques et leurs émissions de gaz à effet de serre, et de prévoir le niveau de confort hygrothermique et lumineux qu’ils offrent à leurs occupants – y compris en prévision du changement climatique – sont aujourd’hui au cœur des préoccupations des pouvoirs publics, des maîtres d’ouvrages et maîtres d’œuvre, et des utilisateurs.

Si la conception intégrée (prise en compte des aspects bioclimatiques dès le début et à chaque étape de la conception) a constitué longtemps une approche volontaire, si ce n’est militante et engagée, car occultée par l’approche « moderniste », elle (re)devient une nécessité absolue avec la RE2020 et ses exigences en termes de confort d’été et de Bbio renforcé par rapport à la RT2012 !

LA CELLULE DE MODELISATION ET DE CONCEPTION BIOCLIMATIQUE (CMCB) DE TERAO

Pilote et réalise les études techniques suivants :

Conception Bioclimatique 1

Etude et simulation d'ensoleillement Héliodon et des Ombres portées

Les études Héliodon permettent de simuler l’ensoleillement d’un bâtiment, d’un îlot ou d’un quartier tout au long de l’année. En complément, l’étude des Ombres portées permet d’étudier finement l’accès à la lumière du soleil dont jouissent les différentes parties des bâtiments, ensemble de bâtiments ou espaces extérieurs, permettant d’identifier les zones fortement ombragées tout au long de l’année. Elle permet également de calculer le potentiel de production d’énergie renouvelable d’une toiture ou d’une façade par exemple.

Conception Bioclimatique 4

Etudes de facteur de vue du ciel et de « View Out » (des vues vers l’extérieur)

Le facteur de vue du ciel correspond à la portion de ciel observable à partir de l’endroit considéré. Ce facteur dépend de la géométrie de l’espace environnant, et se réduit potentiellement avec la densité : il s’agit d’un indicateur important de la qualité de vie des usagers, qui prend en compte le niveau de confort visuel et d’éclairement naturel des espaces intérieurs et extérieurs, l’évacuation de la chaleur emmagasinée pour réduire l’effet d’ilot de chaleur urbain, et qui a aussi un impact sur le bien-être psychologique des usagers.

STD Conception Bioclimatique

Simulations Thermiques Dynamiques (STD)

La STD modélise le comportement thermique des bâtiments, en fonction de leurs caractéristiques et de leurs usages réels (et non conventionnels) : qualités de l’enveloppe , systèmes, usages et apports thermiques, et régulation. Cette modélisation du bâtiment permet le calcul de besoins énergétiques réels nécessaires à sa bonne régulation thermique et au confort de ses occupants, et permet également de déterminer le besoin en éclairage artificiel du bâtiment, en prenant en compte les stratégies de régulation éventuelles.

Simulation énergétique dynamique

Simulations Energétiques Dynamiques (SED)

La SED intègre les systèmes de production et de distribution climatiques, ainsi que les équipements terminaux, qui viennent compenser les consommations non renouvelables. La modélisation ainsi effectuée du bâtiment permet le calcul précis de toutes ses consommations, ce qui permet notamment de déterminer sa facture énergétique annuelle totale.

Conception Bioclimatique

Etudes CFD (Computational Fluid Dynamics) du confort mécanique intérieur et extérieur

Les études CFD permettent d’étudier un écoulement de fluide dans un environnement donné. Très utilisées l’aérospatiale et l’automobile, elles permettent de modéliser et retranscrire sous forme graphique les phénomènes thermo-aérauliques et d’optimiser les traitement bioclimatique et climatique des espaces.

Cela est vrai tant dans les environnements intérieurs, notamment complexes ( par exemple, espaces intérieurs spécifiques comme les centres aqualudiques, ou encore pour établir des stratégies de ventilation favorables à la Qualité de l’Air Intérieur, et à la non dissémination d’agents pathogènes tels que le Covid-19), qu’aux abords des immeubles, ou encore à l’échelle des projets urbains (notamment en lien avec l’Effet d’Ilot de Chaleur Urbain).

Conception Bioclimatique 7

Etudes d’approvisionnement et de stratégies énergétiques

Les études d’approvisionnement visent à identifier et à quantifier les sources d’énergie disponibles à l’échelle d’un bâtiment ou d’un quartier, afin de déterminer les stratégies énergétiques possibles et optimales, en intégrant une analyse en coût global du recours aux différentes sources d’énergie, ainsi que, notamment, les évolutions prédictibles des coûts des énergies en phase d’exploitation.

Ilot de Chaleur Urbain AMO

Etudes des impacts des projets sur Effet d’Ilot de Chaleur Urbain (ICU)

L’îlot de chaleur urbain désigne une étendue sous influence de la ville, pour laquelle la température atmosphérique est plus importante que celle observée dans la périphérie (banlieues et zones rurales).

Ainsi, la différence de température entre le centre d’une ville et sa périphérie rurale peut varier de 2 à 15°C. Les études de l’Effet d’Ilot de Chaleur Urbain sont des études d’ensoleillement à l’échelle de quartiers, complétées des études de la dynamique des vents sur le secteur (CFD), l’analyse des paramètres surfaciques (albédo) et d’occupation du sol, et qui débouchent sur des recommandations pour limiter la contribution des projets à l’effet d’ilot de chaleur urbain.

Simulation et études MOE HQE (2)

Etudes de confort thermique et de confort lumineux (études FLJ et d’autonomie lumineuse)

Tandis que les études de confort thermique sont obtenues via la STD (« STD Confort », permettant de prévoir les conditions thermiques d’occupation des bâtiments), les études de confort lumineux sont spécifiques : études de Facteur de Lumière du Jour et d’Autonomie Lumineuse.

Le facteur de lumière du jour est un indice qui d’éclairement naturel à l’intérieur des bâtiments, défini par le rapport entre l’éclairement intérieur sur un plan de travail ou le sol (hors éclairage artificiel) à l’éclairement naturel extérieur. Son optimisation permet d’apporter un confort visuel approprié dans chaque pièce par un éclairement naturel optimal, et de limiter le recours à l’éclairage artificiel pour réduire les consommations énergétiques. La taille et les propriétés des vitrages, la couleur des surfaces intérieures, les masques… influencent cette valeur.

L’autonomie lumineuse correspond quant à elle au pourcentage de temps pendant lequel la lumière naturelle suffit à assurer le niveau préconisé pour l’usage prévu. Elle est calculée en prenant en compte l’éclairement naturel direct et diffus au sein d’une pièce durant les heures de jour de la période d’occupation.

Des reflexes fondamentaux pour
des bâtiments efficaces, confortables et durables

Effectuer une analyse de site est le préalable à toute démarche de conception bioclimatique : analyse du climat, de la course du soleil et des masques existants, du potentiel de contrôle de l’ilot de chaleur urbain par la végétation existante et future, et du potentiel d’amélioration de la biodiversité pouvant influencer le parti paysager, des vents dominants pour identifier le potentiel de ventilation traversante et l’origine des vents froids d’hiver dont il faut se protéger …

Cela permet d’optimiser dès le départ l’implantation, la morphologie, l’orientation du bâtiment, la conception de ses façades, et de déterminer les qualités souhaitables de son enveloppe . Cette réflexion intègre aussi les différents usages et besoins de confort thermique et lumineux pour les différentes pièces.

A ces démarches s’ajoutent le calcul ou la modélisation des besoins énergétiques, et des analyses complémentaires telles que le mode d’approvisionnement énergétique, la recherche du meilleur compromis concernant l’inertie au regard de deux critères qui peuvent se révéler antagonistes : confort d’été, surtout en climat dégradé, et l’approche bas carbone

Les espaces extérieurs ne sont pas oubliés, et doivent être appréhendés, tout comme le bâtiment, à l’aune des impacts du changement climatique et des critères de confort thermique extérieur.

 

 

On l’a bien compris : ces réflexions sont fondamentales tant du point de vue de l’impact environnemental et des consommations énergétiques, que du confort et de la qualité d’usage ! Dans la pratique, elles peuvent être déployées par le biais de dires d’expert et/ou de modélisations avancées du comportement de tout futur bâtiment ou quartier.

Dans la réglementation thermique du bâtiment, le Bbio caractérise les Besoins Bioclimatiques du Bâtiment (influencés par ces réflexions).TERAO et son fondateur s’y attachent depuis plusieurs décennies.

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Notre conseil : consultez-nous dès l’amont du point de vue technique et pour disposer de leviers et d’éléments d’aide à la décision.




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