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Maître d’ouvrage Ville de Boulogne Billancourt ________

Aménagement des terrains Maître Jacques ________

PHASE APD ________

ETUDE CONFORT ET ENVIRONNEMENT

ARCHITECTE MANDATAIRE

PAYSAGE

ateliers 234 ARCHITECTES 234, rue du Fg St Antoine 75012 PARIS Tel. : 01.55.25.15.10 Fax : 01.55.25.15.19

FAUBOURG 234 234, rue du Fg St Antoine 75012 PARIS Tel. : 01.55.25.15.27 Fax : 01.55.25.15.29

234@fbg234.com

faubourg234@fbg234.com

BET

BET ACOUSTIQUE

INCET BET 38, rue Anatole France 92594 LEVALLOIS PERRET Tel. : 01.49.64.99.00 Fax : 01.49.64.99.09

DELPHI Acoustique 7A, ave des Frères Lumière 94350 VILLIERS S/ MARNE Tel. : 01.49.30.21.15 Fax : 01.49.30.80.38 apapineau@delphi-acoustique.fr

incet@incet.fr

Date : 03 novembre 2006


Maître Jacques - APD Etudes confort et environnement 31/10/06

Cette notice fait la synthèse des études menées par RFR-élements sur les cibles gestion de l’énergie, confort hygrothermique et confort visuel. RFR éléments a été missionné par Atelier 234 pour prendre en charge ces 3 cibles : réaliser les études exigées (facteur de lumière de jour et simulation thermique dynamique), et passer en revue les points à considérer sur ces 3 cibles en réponse au cahier des charges HQE du projet, en lien avec les descriptifs techniques de maîtrise d’œuvre. L’ensemble des cibles sont traitées d’autre part dans la notice HQE du projet. Ce document fait référence aux résultats des deux études jointes au dossier APD : -Confort visuel : Etude lumière et ensoleillement -Confort thermique : Etude de simulation thermique dynamique

1) Gestion de l’énergie Chauffage : Dans l’hypothèse d’un recouvrement des ventelles, la simulation thermique dynamique donne des besoins annuels de 1230kWh pour une salle de classe de 69m², soit 7.75 Wh/m².DJU (pour une valeur de 2300 DJU annuels). Les autres locaux (bureaux et circulations) ont des besoins surfaciques de chauffage plus importants car ils ne bénéficient pas du préchauffage par les loggias, et le pôle ressources bénéficie lui de la récupération de chaleur sur l’air extrait ; le ratio de besoins thermiques ne devrait donc pas globalement dépasser l’objectif de 15Wh/m².DJU pour l’ensemble du bâtiment principal. Les résultats du calcul de consommations RT2005 permettront de confirmer cette première estimation et de fournir des ratios prévisionnels pour l’ensemble du projet. Le tableau suivant précise les niveaux d’isolation pour chaque type de parois des bâtiments : Il présente un descriptif succinct des matériaux isolants à envisager (type, épaisseur), avec les valeurs thermiques correspondantes U et le niveau par rapport à la référence de calcul pour la RT2005. La cible gestion de l’énergie doit être traitée à un niveau approfondi, ce qui implique de se placer au dessus de la référence de la RT2005. Les améliorations apportées visent à diminuer les déperditions sur certaines parois, notamment les parois déterminantes pour le confort thermique des occupants.

Maître Jacques – Synthèse études confort et environnement

1


Tableau des niveaux d’isolation et valeurs de déperditions U des parois :

U référence (RT2005)

Gain (+) ou pertes(-) par rapport à la référence RT2005

Objectifs du programme HQE du projet

Localisation

Lot n°

Descriptif

Déperditions surfaciques U (W/m².K)

Plancher bas donnant sur terre plein

1

8cm de polystyrène extrudé haute densité, en continu locaux à usage permanent

R=2.16m².K/W en continu

min. R=1.7m².K/W

_

0.23

Plancher donnant sur extérieur

1

Panneaux isolants laine de verre e=160mm type Isover

0.25

0.27

7%

0.23

Isolation toiture zinc

3

2 couches croisées 120mm laine de verre

0.17

0.2

17%

0.23

Terrasse inaccessibles/accessibles

2

140mm polyuréthane type Efigreen Duo

0.26

0.27

2%

0.23

Terrasse végétalisée/jardin

2

160mm verre cellulaire type Foamglas

0.26

0.27

3%

0.23

Baies

4

Double vitrage 4-16-4 faiblement émissif - menuiseries bois

1.9 à 2.2

2.1

10% à -5%

1.9

Vitrage seul

1.4 à 1.6

Murs extérieurs double mur

6

complexe double mur béton avec 120mm polyuréthanne

0.31

0.36

14%

0.35

Murs extérieurs ossature bois

4

e=120mm laine de verre

0.33

0.36

7%

0.35

Ventilation : La régulation de la ventilation repose sur les commandes suivantes : - Commande par programmation pour les salles de classe (extinction hors période d’occupation) : elles ont une occupation très régulière, le gain par détection de présence est donc ici trop faible pour justifier une telle installation. D’autre part le débit d’extraction sera variable en « tout ou peu » ; il passera de 450m3/h (débit réglementaire) à 125m3/h lorsque la température de la loggia passe en dessous d’un certain seuil (avec complément de ventilation par ouverture manuelle des fenêtres sur la loggia aux intercours). On élimine ainsi l’inconfort qui serait dû à un débit de 450m3/h de l’air entrant de manière continue par la loggia sur les périodes où le préchauffage passif de la loggia est insuffisant : journées froides et non ensoleillées. - Commande par détection de présence de la ventilation double-flux pour le pôle ressources, pour l’ensemble du pôle. Eau chaude sanitaire : Besoins limités par des installations économes en eau : école et logements L’installation d’ECS est alimentée par des capteurs solaires en toiture du bâtiment principal. Eclairage : La régulation sera faite par commande manuelle (avec zonage en fonction de l’éclairement naturel) et horloge pour l’extinction.

Maître Jacques – Synthèse études confort et environnement

2


2) Confort thermique d’été Cf. note confort thermique : Etude de simulation thermique dynamique Des dispositifs de protections solaires sont prévus pour chaque façade (voir tableau en annexe 1). Ces protections combinées à une ventilation mécanique et naturelle par les ouvrants permettent de vérifier un dépassement de 28°C de 30h maximum pour l’ensemble des locaux sur leurs périodes d’occupation (soit le critère du référentiel de certification HQE du CSTB en très performant) : -Salles de classes : critères de confort d’été vérifiés -Pôle ressources : critère de confort d’été CSTB-HQE vérifié, mais le non-dépassement de 27°C sur 5 jours consécutifs n’est pas vérifié pour la salle informatique si la période d’occupation est en JuilletAout est constante toute la journée. Le dépassement de 28°C est cependant limité à 14h cumulées, ce qui reste très performant. -Salles RDC : critères de confort d’été vérifiés -Réfectoire : critères de confort d’été vérifiés L’ensemble des résultats pour chaque type de locaux sont donnés en annexe 2 de ce document et détaillés dans l’étude « confort thermique ».

3) Confort lumineux Cf. note confort visuel : Etude lumière et ensoleillement Salles de classe : Pour les salles de classe, les niveaux de FLJ vont de 2 à 2.5% au centre de la pièce dans l’état actuel du projet. Les niveaux les plus faibles sont obtenus pour les salles en R+1. L’éclairement obtenu est très uniforme, comme le montrent les répartitions de FLJ. La loggia est un atout important pour la thermique d’hiver et d’été, mais diminue le niveau de FLJ en fond de classe. Le second jour a donc été amélioré en conséquence par la disposition des impostes et des ouvertures en façade Nord et en toiture donnant sur les circulations ; Elles occupent toute la largeur de la classe, avec une hauteur de 60cm et une allège de 1.50m. Le résultat apporte donc un éclairage naturel de niveau important et réparti uniformément ; Des stores déroulants permettent de maîtriser l’éblouissement en cas d’ensoleillement direct. Locaux du RDC : Pour ces locaux, le facteur de lumière de jour au centre des pièces est supérieur à 3% (sauf pour le cabinet médical : 2.8%), et supérieur à 1.8% au fond des pièces. Ces locaux bénéficient donc d’un très bon niveau d’éclairement naturel. Gymnase : L’étude conclue à l’existence d’une tâche solaire au niveau du sol au printemps, en été et en automne, due aux baies vitrées Est et Sud. Elle est masquée pour la baie vitrée Est par la végétation, qui sera choisie et positionnée en fonction des études d’ensoleillement. La pénétration du soleil en partie Sud reste très limitée à quelques heures et ne demande donc pas a priori de protection particulière, laquelle nuirait au niveau d’éclairement naturel de ce local situé en sous-sol. Une pénétration du soleil très limitée peut d’autre part être perçue comme positive (relation à l’environnement extérieur) par les usagers. Le calcul du facteur de lumière du jour (FLJ) permet d’observer que les niveaux sont un peu en deçà des objectifs mais homogènes. Le zonage de l’éclairage artificiel sera fait pour compenser le manque de lumière naturelle : scénario possible d’éclairage artificiel limité à la partie Nord-Ouest du gymnase.

Maître Jacques – Synthèse études confort et environnement

3


ANNEXE 1 : tableau synthétique des protections solaires Localisation Salles de Classe

Type de façade et protection solaire Ventelles verticales transparentes + store extérieur sur la baie vitrée Débord du toit de la loggia

Salle de sciences

Store screen extérieur

Salle Info

Ventelles opaques Store screen intérieur Ventelles opaques Ventelles opaques Ventelles opaques Store screen extérieur Débord du R+1 Ventelles opaques Ventelles opaques Ventelles opaques

Salle polyvalente Bibliothèque Sud Bibliothèque Est Bureaux et salles RDC Salle à manger Nord Salle à manger Est Salle à manger Sud

Pilotage -Ventelles : Ouverture permanente été / fermeture permanente hiver + ouverture des ventelles en cas de dépassement de 20°C dans la loggia (misaison) +contrôle manuel depuis la classe -Store extérieur : manuel Contrôle manuel avec respect de consignes d’utilisation en été Ventelles opaques : Suivi de course du soleil par programmation horo-saisonnière + contrôle manuel dans la salle (ouverture manuelle Voir remarques ci-dessous Contrôle manuel Fixes perpendiculaires à la façade Ventelles opaques : Suivi de course du soleil par programmation horo-saisonnière + contrôle manuel dans la salle Voir remarques ci-dessous

Remarques : Le système de commande des ventelles opaques (et vitrées) permet une prise de contrôle manuelle pour la fermeture ou l’ouverture dans le local. Le système reprend ensuite automatiquement son fonctionnement programmé (au bout d’une journée pour les ventelles vitrées et une demi-journée pour les ventelles opaques). Une option d’automatisation : Les ventelles opaques s’ouvrent en position perpendiculaire à la façade pour une situation d’ensoleillement faible (avec capteur), afin d’améliorer le niveau de lumière naturelle. Elles pourraient se régler automatiquement en position fermée la nuit en hiver afin de limiter les déperditions thermiques (par horloge). Ces points seront précisés en fonction des produits proposés par les fournisseurs (type de matériaux, système mécanique et régulation).

Maître Jacques – Synthèse études confort et environnement

4


ANNEXE 2 : Tableau de confort d’été pour chaque local : moyens mis en œuvre et résultats Local

Salle de classe (R+1, R+2)

Moyens

Résultats

Occupation/équipements

Type de vitrage+protection

Ventilation nocturne/diurne

30 élèves 8h-12h/14h-18h Sauf du 15/07-30/008 : 0% d’occupation

Vitrage avec contrôle solaire Facteur solaire résultant de 0.4 Fermeture manuelle en été si ensoleillement direct (matin/fin de journée)

Ventilation nocturne mécanique simple flux (programmée) Ventilation diurne par ouverture des fenêtres : H=2m, L=1m

Critère de confort « Ref.HQE 1 CSTB » Oui, y compris sans ventilation nocturne mécanique

Critère de confort du programme HQE Oui si ventilation nocturne mécanique

Oui, y compris sans ventilation nocturne mécanique

Oui si ventilation nocturne mécanique

Ventelles transparentes constamment ouvertes en été : Ouverture mécanique (commandée par programmation+ possibilité de forcer l’ouverture en hiver depuis la classe Salle de sciences R+2

30 élèves 8h-12h/14h-18h Sauf du 15/07-30/008 : 0% d’occupation

Vitrage avec contrôle solaire Store extérieur déroulant type « screen » Facteur solaire résultant de 0.2 Fermeture manuelle en été si ensoleillement direct (matin/fin de journée)

Ventilation nocturne mécanique simple flux (programmée) Ventilation diurne par ouverture des fenêtres : H=2m, L=1m

Pas de ventelles transparentes

1

Critère du référentiel HQE placé en « très performant » : dépassement inférieur à 30h cumulées sur la période d’utilisation.

Maître Jacques – Synthèse études confort et environnement

5


Local

Salle informatique R+1

Moyens Occupation/équipements

30 élèves 8h-12h/14h18h :occupation à 70% idem du 15/07au 30/08

Type de vitrage+protection

Ventilation nocturne/diurne

Vitrage avec contrôle solaire (facteur solaire 0.4)

Ventilation nocturne mécanique à débit hygiénique (programmée) ET ouverture manuelle des fenêtres diurne et nocturne (2 fenêtres de 2m de haut sur 1m de large)

Occultation par ventelles verticales opaques, avec suivi de la course du soleil (programmation horo-saisonnière) + ouverture/fermeture manuelle Salle polyvalente R+1 Bibliothèque

Salle de soutien RDC Bureau RDC Salle des maîtres RDC Réfectoire

50 élèves 8h-12h/14h18h :occupation à 70% idem du 15/07au 30/08 50 élèves 8h-12h/14h-18h : occupation à 70% idem du 15/07au 30/08 15 élèves 8h-12h/14h-18h Sauf du 15/07-30/08 : 0% d’occupation 1 personne 12 personnes

150 personnes de 12h à 14h Sauf du 15/0730/08 : 100personnes de 12h à 13h

Vitrage avec contrôle solaire + Stores screen extérieur (facteur solaire résultant de 0.2)

Vitrage avec contrôle solaire (facteur solaire 0.4) Occultation par ventelles verticales opaques, avec suivi de la course du soleil (programmation horo-saisonnière) + ouverture/fermeture manuelle

Maître Jacques – Synthèse études confort et environnement

Ventilation nocturne mécanique débit hygiénique (programmée) ET ouverture manuelle des fenêtres pendant la journée

Ventilation nocturne à débit hygiénique ET ouverture des fenêtres la journée: H=2m sur 50% de la surface vitrée

Résultats Critère de confort « Ref.HQE CSTB » Oui

Critère de confort du programme HQE

Oui

Non si occupation continue l’après-midi en Juillet- Août (y compris si ventilation nocturne par les fenêtres + mécanique à débit double) oui

oui

oui

oui

oui

oui oui

oui oui

oui

Oui si ouverture des fenêtres la nuit

6


Boulogne – Maître Jacques Confort thermique : Etudes de simulations thermiques dynamiques Phase APD – 31/10/06

Les études de simulations thermiques dynamiques présentées ont permis d’optimiser la conception des locaux afin de répondre aux objectifs de confort thermique d’été demandés par le programme pour les locaux sensibles : salles de classes et salle de sciences, pôle ressources, réfectoires et locaux du RDC. Elles ont également été un outil d’aide à la conception des façades des loggias, permettant de définir les caractéristiques et le fonctionnement des ventelles.

SOMMAIRE I.

Eté .................................................................................................................................................... 3 Salle de classe ........................................................................................................................... 3 Pôle ressource............................................................................................................................ 9 Salle de soutien (RDC)............................................................................................................. 13 Salles administratives............................................................................................................... 14 Réfectoire ................................................................................................................................. 14 II. Hiver ......................................................................................................................................... 17 1. Loggia ....................................................................................................................................... 17 2. Besoins de chauffage du bâtiment ........................................................................................... 18 1. 2. 3. 4. 5.

Maître Jacques – confort thermique

1


Note : les graphiques de températures présentés dans la suite du document sont tracés pour la semaine la plus chaude de notre fichier météo statistique de Paris : ici du 10 au 17 Juillet. Température extérieure

Semaine étudiée

30 28 26 24

Température °C

22 20 18 16 14 12 10 8 6 0

48

96

144

192

240

288

336

384

432

480

528

576

624

672

720

768

Température extérieure sur la période du 20juin au 20juillet.i

Maître Jacques – confort thermique

2


I. Eté 1. Salle de classe a. Hypothèses -

Salle de sciences : stores extérieurs déroulants – FS résultant de 0.15 Salles de classes : Facteur solaire résultant de 0.4 pour les baies vitrées Fenêtres ouvertes dans toutes les salles durant la journée Faux plafond bois ajouré dans les salles de classes

b. Apports dans chaque salle Comparaison des apports dans une salle de classe

Comparaison des apports dans la salle informatique personnes solaire

450 400

400

350

350 Apports en kWh

300 250 200 150 100

300 250 200 150 100

50

50

0 avril

mai

juin

juillet

septembre

0

octobre

avril

mai

juin

Mois

juillet

aout

septembre

octobre

Mois

Comparaison des apports dans la Bibliothèque

Comparaison des apports dans la salle polyvalente

700

500

personnes solaire

Personnes Solaire

450

600

400

500

350 Apports en kWh

Apports en kWh

Apports en kWh

Ordinateur Personnes Solaire sans stores Solaire AVEC stores

450

400 300 200

300 250 200 150 100

100

50

0 avril

mai

juin

juillet Mois

Maître Jacques – confort thermique

aout

septembre

octobre

0 avril

mai

juin

juillet

aout

septembre

Mois

3

octobre


c. Courbes de températures

Base Ventilation nocturnex1 Ventilation nocturnex2 Température extérieure

Température dans la salle de classe R+1 30 29 28 27 26 25

Températures °C

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Salle de classe R+1 Base

Température dans la salle de sciences R+2

Ventilation nocturnex1 Ventilation nocturnex2

30

Température extérieure

29 28 27 26 25

Températures °C

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Salle de sciences R+2

Maître Jacques – confort thermique

4


Base

Température dans la salle de classe R+2

Ventilation nocturnex1 Ventilation nocturnex2

30

Température extérieure

29 28 27 26 25

Températures °C

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Salle de classe R+2 On remarque que le critère de non dépassement de 27°C pendant 5 jours consécutifs est atteint avec la ventilation nocturne à débit simple d. Statistiques de dépassement de températures sur la saison Base 26

28

30

Classe R+1

32

11

0

Salle sciences

32

11

0

Classe R+2

34

13

0

Ventilation nocturne au débit hygiénique 26 28 30 Classe R+1

19

0

0

Salle sciences

18

0

0

Classe R+2

19

0

0

Ventilation hygiénique avec débit hygiénique double 26 28 30 Classe R+1

16

0

0

Salle sciences

15

0

0

Classe R+2

16

0

0

Maître Jacques – confort thermique

5


e. Influence de la toiture végétalisée Les résultats précédents prennent en compte une partie des effets d’une toiture végétalisée. Simulations avec toiture végétalisée : moins de rayonnement solaire donc température de toiture moins importante. Par contre on ne peut prendre en compte les effets d’évacuation de chaleur par évaporation d’une partie de l’eau contenue dans le substrat. Les graphiques ci-dessous montrent l’influence d’une température de toiture moins importante par rapport à une « toiture classique ».

Comparaison des dépassements de 28°C cumulés (pour le cas de base sans ventilation mécanique nocturne) : SANS toiture végétalisée 26 28 30 Salle sciences 45 18 0 Classe R+2 49 18 0 AVEC toiture végétalisée 26 28 32 11 34 13

Salle sciences Classe R+2

30 0 0

On constate que la toiture végétalisée permet d’abaisser d’un tiers le nombre d’heures cumulées audessus de 28°C. Sans toiture végétalisée

Température dans la salle de classe R+2

Avec toiture végétalisée Température extérieure

30 29 28 27 26 25

Températures °C

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Maître Jacques – confort thermique

6


Sans toiture végétalisée

Température dans la salle de sciences R+2

Avec toiture végétalisée Température extérieure

30 29 28 27 26 25

Températures °C

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

► Abaissement de la température des salles de 1°C en période chaude.

Maître Jacques – confort thermique

7


f.

Conception du bâtiment

On compare ici le niveau de confort dans une salle de classe R+2 du bâtiment projeté, à une salle de classe d’un bâtiment sans conception adaptée au confort d’été, ayant les caractéristiques suivantes : - Sans toiture végétalisée. - Sans loggia (voir également influence sur les consommations de chauffage) et donc sans rebord de toiture. - Avec faux plafond continu. - Sans stores. - Sans ventilation nocturne. - Avec ouverture des fenêtres en journée.

sans conception adaptée au confort d'été

Température dans la salle de classe R+2

Températures °C

bâtiment projeté 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12

Température extérieure

0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Maître Jacques – confort thermique

8


2. Pôle ressource a. Hypothèses - Allège vitrée sur les salles du pôle ressource. - 2 fenêtres coulissantes dans le pôle ressource de 1m sur 2m de hauteur dans chaque salle. - Fenêtres ouvertes dans toutes les salles durant la journée. - Faux plafond bois ajouré dans les salles du pôle ressource. - Ventelles opaques dans les salles du pôle ressource. - Salles occupées à 70% de leur capacité maximale durant toute l’année. Note : pour la ventilation nocturne par les ouvrants, la surface des fenêtres coulissantes est limitante par rapport à la surface d’ouverture des ventelles.

b. Apports dans les salles du pôle ressource

Comparaison des apports dans la Bibliothèque

Comparaison des apports dans la salle informatique Ordinateur Personnes Solaire sans stores Solaire AVEC stores

450 400

700

personnes solaire

600

350 Apports en kWh

250 200 150

400 300 200

100 100

50

0

0 avril

mai

juin

juillet

aout

septembre

avril

octobre

mai

juin

juillet

aout

septembre

Mois

Mois

Comparaison des apports dans la salle polyvalente 500

Personnes Solaire

450 400 350 Apports en kWh

Apports en kWh

500 300

300 250 200 150 100 50 0 avril

mai

juin

juillet

aout

septembre

octobre

Mois

Maître Jacques – confort thermique

9

octobre


c. Températures dans les salles Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne x1

Température dans la bibliothèque

Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne naturelle 2 fenêtres Température extérieure

30 29

Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne naturelle 2 fenêtres et mécanique

28 27 26 25

Températures °C

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Bibliothèque

Ouverture des fenêtres le jour + Ventilation nocturne x1 Ouverture des fenêtres le jour + Ventilation nocturne naturelle 2 fenêtres Température extérieure

Température dans la salle informatique 33 32

Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne naturelle 2 fenêtres et mécanique

31 30 29 28 27

Températures °C

26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

6

12

18

24

30

36

42

48

54

60

66

72

78

84

90

96 102 108 114 120 126 132 138 144 150 156 162 168

Heure de la semaine

Salle Informatique

Maître Jacques – confort thermique

10


Ouverture des fenêtres le jour + Ventilation nocturne x1 Ouverture des fenêtres le jour + Ventilation nocturne naturelle 2 fenêtres Température extérieure

Température dans la salle informatique 34 33

Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne naturelle 2 fenêtres et mécanique

32 31 30 29

Températures °C

28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Heure de la semaine

Températures dans la salle Informatique sur une journée On remarque que sur la journée la plus chaude, la plage de température supérieure à 27°C se situe après 14h. Ouverture des fenêtres le jour + Ventilation nocturne x1

Température dans la salle polyvalente

Ouverture des fenêtres le jour + Ventilation nocturne naturelles 2 fenêtres Température extérieure

31 30

Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne naturelle 2 fenêtres et mécanique

29 28 27 26

Températures °C

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Salle polyvalente

Maître Jacques – confort thermique

11


d. Statistiques Les statistiques dans le pôle ressource sont réalisées sur la période d’avril à octobre (avec une occupation normale pour la période 15/07-30/09).

Ouverture des 2 fenêtres le jour+Ventilation nocturne au débit hygiénique 26 28 30 Bibliothèque

23

0

0

Salle informatique

80

19

3

Salle polyvalente

42

8

0

Ouverture des 2 fenêtres le jour + Ventilation nocturne naturelle par 2 fenêtres 26 28 30 Bibliothèque

25

0

0

Salle informatique

54

15

0

Salle polyvalente

23

3

0

Ouverture des 2 fenêtres le jour + Ventilation nocturne naturelle par 2 fenêtres + ventilation mécanique nocturne (débit hygiénique) 26 28 30 Bibliothèque

15

0

0

Salle informatique

51

14

0

Salle polyvalente

21

2

0

Maître Jacques – confort thermique

12


3. Salle de soutien (RDC) Hypothèses : -

Ouverture des fenêtres Façade protégée par des stores extérieurs : facteur solaire de 0.2. Ventilation nocturne par la ventilation mécanique au débit hygiénique. Salle occupée toute la journée par 15 personnes uniquement sur la période

scolaire. - 1 ordinateur toute la journée. Résultats :

Ouverture des fenêtres (2 fenêtres de 1mx2m de hauteur) Ouverture fenêtres + ventilation nocturne débit simple

26

28

30

41

17

3

52

18

5

Ouverture des fenêtres le jour

Températures dans la salle de soutien

Ouverture des fenêtres le jour + ventilation nocturne débit hygiénique Température extérieure

32 31 30 29 28 27 26 Température °C

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

Heure de la semaine

Moins d’inertie dans cette salle : ventilation nocturne n’a pas une grande influence.

Maître Jacques – confort thermique

13


4. Salles administratives - Façade protégée par des stores extérieurs : facteur solaire de 0.2. - Ouverture des fenêtres durant la journée. - Ventilation nocturne débit hygiénique.

Températures dans les bureaux du RDC avec ouverture des fenêtres en journée et ventilation nocturne mécanique. Il n’y a pas de dépassement de 28°C pendant la période d’occupation.

5. Réfectoire Hypothèses : - Occupation de 150 élèves en période scolaire et 100 enfants du 15juillet au 31 août. -

Double vitrage performant : Facteur solaire 0.47. Façade Est 70% vitrée avec protections solaires Façade Nord 50% vitrée Façade SUD 50% vitrée

Maître Jacques – confort thermique

14


Apports solaires sur les façades : Apports solaires suivant les façades 8

Apports façade EST-sans protection Apports façade SUD Apports façade NORD Apports façade EST-avec protection

7

Puissance en kW

6

5

4

3

2

1

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Heures de la journée

Puissance des apports solaires suivant les façades pendant une journée ensoleillée de juin La façade Est est prépondérante pour les apports solaires dans le réfectoire ; une protection solaire verticale extérieure avec suivi de course du soleil diminue ces apports de moitié. Courbe de températures:

Températures dans la salle à manger avec ouverture des fenêtres (moitié des fenêtres ouvertes sur une hauteur de 2m) en journée et la nuit

Maître Jacques – confort thermique

15


Températures dans la salle à manger sur une journée de la semaine la plus chaude : ouverture des fenêtres le jour et ventilation mécanique débit double la nuit. Statistiques : On a les résultats de dépassements de température cumulés suivants, avec une occupation normale de 150 personnes de 12h à 14h et limitée à 100 personnes entre 12h et 13h du 15/07au 31/08 :

Ouverture des fenêtres le jour Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne simple Ouverture des fenêtres le jour+ventilation nocturne double

26

28

30

56

17

4

39

13

2

37

10

2

On reste sur une ventilation à débit simple car le gain d’un débit doublé est relativement faible.

Maître Jacques – confort thermique

16


II. Hiver 1. Loggia Problématique : est-ce que le gain de préchauffage de l’air extérieur par la loggia est aussi bénéfique lorsque les ventelles sont espacées et ont une perméabilité importante ? Perméabilité plus grande : - Effet isolant de la loggia par rapport à l’extérieur beaucoup moins important - La température dans la loggia monte difficilement : le gain en terme de préchauffage est réduit. Comparaison des besoins de chauffage sans préchauffage (simple flux classique) et avec utilisation de l’air neuf préchauffé par la loggia, entre plusieurs cas de perméabilité à l’air de la façade extérieure : er

- 1 cas : perméabilité de 0.5vol/h (ce qui correspondrait à un vitrage continu). ème - 2 cas : ventelles espacées de 1mm (avec recouvrement des ventelles) ème - 3 cas : ventelles espacées de 1cm (sans recouvrement des ventelles) Gain en terme de besoin de chauffage des classes : Type de ventilation de la salle de classe Perméabilité de la loggia Perméabilité d’une façade classique : 0,5vol/h Ventelles espacées de 1mm

Simple flux

Utilisation de l'air préchauffé loggia

1242

870

1630

1230

Ventelles espacées de 1cm 2125 1650 Besoins de chauffage en kWh d’une classe sur la saison de chauffe Remarques : - Isolation de la façade par la loggia : lorsque les ventelles des loggias sont espacées, les loggias ne jouent plus le rôle de tampon thermique et les besoins de chauffage doublent par rapport à des ventelles non espacées. - Préchauffage de l’air neuf : des ventelles non espacées (avec recouvrement) permettent une augmentation de la température de la loggia plus importante et le gain en terme de besoins de chauffage de la classe par le préchauffage de l’air neuf est de l’ordre de 25% (voir graphe ci-dessous).

Maître Jacques – confort thermique

17


Comparaison des températures dans la loggia suivant la perméabilité des ventelles Température extérieure 18

Température loggia-perméabilité de 0,5vol/h Température loggia- ventelles sans recouvrement

16

14

Température °C

12

10

8

6

4

2

0 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144

156

168

-2 Heure de la semaine

2. Besoins de chauffage du bâtiment Dans l’hypothèse d’un recouvrement des ventelles, la simulation thermique dynamique donne des besoins annuels de 1230kWh pour une salle de classe de 69m², soit 7.75 Wh/m².DJU (pour une valeur de 2300 DJU annuels). Les autres locaux (bureaux et pôle ressources) ont des besoins surfaciques de chauffage plus importants car ils ne bénéficient pas du préchauffage par les loggias, mais ce ratio ne devrait pas globalement dépasser l’objectif de 15Wh/m².DJU pour l’ensemble du bâtiment principal.

Maître Jacques – confort thermique

18


Boulogne – Maître Jacques Confort visuel : Etudes lumière naturelle et ensoleillement Phase APD – 31/10/06 Ces études présentent les résultats de facteur de lumière du jour pour les salles de classes, les locaux du RDC et le gymnase. La pénétration du soleil dans le gymnase est analysée.

SOMMAIRE : I. Salles de classe.......................................................................................................................... 2 II. Locaux du RDC .......................................................................................................................... 6 III. Gymnase ................................................................................................................................ 9 Etude du FLJ :................................................................................................................................. 9 Ensoleillement direct..................................................................................................................... 10

Vue du modèle Ecotect utilisé

Maîtres Jacques : confort visuel

1


I. Salles de classe

Modèle d’une salle de classe

Modèle- vue du couloir : impostes sur les classes et escaliers ouverts

Maîtres Jacques : confort visuel

2


Résultats pour les classes suivantes:

5 3

4 2

1

Classe

Répartition FLJ en plan

Salle 1 (R+1)

Maîtres Jacques : confort visuel

Valeur FLJ au point « réf. HQE CSTB » 2.21%

3


Classe

Répartition FLJ en plan

Salle 2 (R+1)

Salle 3 (R+2)

Maîtres Jacques : confort visuel

Valeur FLJ au point « réf. HQE CSTB » 1.78% (second jour diminué par l’influence des logements côté Nord)

2.53%

4


Classe

Répartition FLJ en plan

Salle 4 (R+2)

Salle 5 (R+2)

Valeur FLJ au point « réf. HQE CSTB » 2.49%

2.60%

Le facteur de lumière de jour (FLJ) est obtenu par le rapport entre quantité de lumière naturelle qui arrive à l’intérieur d’un local et quantité de lumière disponible à l’extérieur sous un ciel couvert (éclairement diffus uniquement). L’objectif de FLJ en terme de confort visuel est de 2.5% à hauteur du plan de travail pour les salles de classe, avec un minimum de 1,5%. La valeur d’objectif est mesurée (selon le référentiel HQE du CSTB) à une distance de la façade principale équivalente à deux fois la distance entre plafond et plan de travail ; pour une salle de classe=2*(2.85-0.85)=4m.

Maîtres Jacques : confort visuel

5


II. Locaux du RDC Caractéristiques générales des pièces : Profondeur du débord du R+1 : 2m Facteurs de réflexion des parois : -sol : 0.3 -murs :0.6 -plafond : 0.5 Vitrages : depuis allège à 0.70m jusqu’au faux plafond, linéaire selon plans APD. Résultats La valeur du FLJ au point « réf. HQE CSTB » est donnée à la distance suivante de la façade : deux fois la distance entre plafond et plan de travail, soit 2*(3-0.85)=4.3m. Local

Répartition FLJ en plan

Salle soutien

Maîtres Jacques : confort visuel

Valeur moyen ne FLJ 3.9

Vale ur centr ale 3.5

Valeur FLJ point «réf. HQE CSTB » 1.99%

6


Local

Répartition FLJ en plan

Salles des maîtres

3.6

Vale ur centr ale 3

Bureau directio n

4.7

3.6

Maîtres Jacques : confort visuel

Valeur moyen ne FLJ

Valeur FLJ point «réf. HQE CSTB »

2.4

1.82

7


Local

Répartition FLJ en plan

Bureau Ass. Soc.

4.2

Vale ur centr ale 3.1

Cabine t médica l

3.4

2.8

Maîtres Jacques : confort visuel

Valeur moyen ne FLJ

Valeur FLJ point «réf. HQE CSTB »

1.87

2.2

8


III. Gymnase Dans le gymnase on s’intéresse au niveau d’éclairement naturel (étude du facteur de lumière de jour) mais aussi à la pénétration directe du soleil car cela entraîne des tâches solaires qui provoquer un éblouissement des occupants.

Etude du FLJ :

Gymnase- Répartition du FLJ

La valeur de FLJ au centre est de 1.32% et la valeur moyenne de 1.93%. Ces valeurs sont légèrement en deçà des objectifs du programme HQE, mais il faut remarquer que l’on a ici une bonne homogénéité dans la répartition du FLJ. En effet c’est cette homogénéité d’éclairage naturel qui est recherchée pour le confort visuel d’un gymnase ; on a ainsi une transition douce entre un FLJ de 5% côté cour anglaise Sud à 1% côté mur Nord. D’autre part l’éclairage artificiel prendra en compte ces niveaux de FLJ par un zonage des sources ; il permettra un niveau d’éclairage artificiel spécifique pour la zone Nord-Ouest moins favorisée en lumière naturelle.

Maîtres Jacques : confort visuel

9


Ensoleillement direct Vues prises depuis la position du soleil, permettant d’analyser l’évolution de la pénétration des rayons suivant les saisons et heures.

21 février 9h45

21 février 10h15

21 avril à 8h00

21 avril 8h30

21 avril 9h30

21 juin 7h15

21 juin 8h30

21 juin 10h30

21 Septembre 8h45

21 Septembre 9h30

Maîtres Jacques : confort visuel

10


Pénétration du soleil à l’intérieur du gymnase le 21 Mars :

21 mars 9h00

21 mars 9h45

Pénétration du soleil à l’intérieur du gymnase le 21 Juin :

21 juin 8h00

21 juin 12h00

21 juin 16h00

21 juin 18h00

Maîtres Jacques : confort visuel

11


En hiver : Le soleil est bas et masqué par les bâtiments voisins et pénètre très peu dans la cour anglaise et dans le gymnase. En mi-saison : L’angle d’incidence des rayons le matin permet une pénétration dans le gymnase par la façade Est aux alentours de 9h. On remarque que cette pénétration s’annule très vite à 9h45 (le 21mars). Les résultats sont comparables pour l’automne. En été : La pénétration du soleil est maximale à 8h par la façade Est car le soleil monte ensuite très vite et ne pénètre plus à l’Est. Il entre par le Sud entre 12h et 16h (pénétration du soleil maximale le 21 Juin) mais cette tâche reste très limitée spatialement. Etude de masque sur la façade Est : Pour annuler l’effet de la tâche venant de la façade Est, on étudie la forme d’un masque optimal créé par un filtre végétal sur l’espace extérieur au dessus de la cour anglaise Est. Ce masque permettra de créer un ombrage saisonnier suivant les essences d’arbres choisies (feuillage de Mars à Septembre). Pour ce faire nous étudions une surface de dix mètres de haut placée le long de la cour, et analysons les points de cette surface bloquant les rayons directs du soleil.

Le rendu représente la forme du masque idéal en fonction de la fréquence d’incidence du soleil : la couleur jaune représente la zone de masque à partir de laquelle la pénétration du soleil est la plus importante en cumulant les apports sur une période donnée.

Maîtres Jacques : confort visuel

12


Mois de Mars

Mois d’avril

Mois de mai

Mois de juin

Période du 1 avril au 30 septembre

Forme indicative de la surface végétale optimale

Maîtres Jacques : confort visuel

13


PRO-92-Boulogne-MaitreJacques-RFRelements-APD-EtudeConfortEnvironnement