Design With Climate
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Français |
| Abstract |
Résumé |
Climate responsive design contributes to efficient building design, can greatly improve comfort and quality of life of its inhabitants, increases sustainability and offers a huge potential for energy savings. Climatic design strategies should be taken into account at the earliest stages of the building design process, where potentiel for improvement is biggest and easiest to acheive. Design With Climate is a qualitative design assistant tool. It evaluates winter and summer design strategies as a function of hourly climatic data of a given station at a clic. |
Si la prise en compte du climat dans la conception des bâtiments n'est pas seule à conditionner le projet, elle les rend plus agréables à vivre, plus rationnels, plus résilients et offre un énorme potentiel d'économies d'énergie. L'implémentation de stratégies climatiques se fait à moindre coût au moment des premières esquisses du projet de construction. Design With Climate est un outil d'aide à la conception qualitatif. Il évalue en quelques clics les stratégies d'hiver et d'été en fonction des données climatiques horaires d'une station donnée. |
| Climate files | Fichiers climatiques |
Design With Climate requires a climate data file of the station of interest. Files of hourly climatic data in EPW (EnergyPlus Weather) format are available on the Internet for hundreds of stations around the world. More stations may be generated by specific software such as Meteonorm (V6+). It is also possible to create custom climate files. |
Design With Climate requiert un fichier climatique de la station à analyser. Des fichiers de données horaires au format EPW (EnergyPlus Weather) sont disponibles sur Internet pour des centaines de stations dans le monde. Plus de stations peuvent être générées avec des logiciels spécifiques tels que Météonorm (V6+). Il est également possible de créer des fichiers climatiques sur mesure. |
| Strategies | Stratégies |
1. ventilation heat recovery + BP 13. window protection The design strategies here below follow the the order from 'left to right' on the psychrometric chart. Arctic strategies at first ... up to hot climates at the end of the list. |
1. DF avec puits canadien 13. protection des ouvertures Les stratégies ci-dessous sont détaillées en respectant l'ordre 'de gauche à droite' du diagramme d'air humide. Ainsi, les stratégies vont du climat arctique vers les climats les plus chauds. |
| Method and credits | Méthode et références |
The psychrometric chart method is based on theoretical work by B.Givoni and M.Milne. It can be considered valid for habitat and administration buildings. Results must be adapted to take into account the local context and microclimate patterns. Adaptation to cold and arctic climates and application development by P.Gallinelli. Enjoy! |
La méthode du diagramme d'air humide est basée sur des travaux théoriques de B.Givoni et M.Milne. Elle est valable pour des fonctions sédentaires (habitation, bureau). Elle doit être pondérée en fonction du contexte et du microclimat local. Adaptation aux climats froids et arctiques et développement informatique par P.Gallinelli. Bonne découverte! |
| Strategies | Stratégies |
| 0. comfort zone (no action needed) | 0. zone de confort (pas d'action) |
La température de l'air est supérieure à 20°C et inférieure à 26.5°C. L'humidité relative de l'air est comprise entre 20% et 80%. En l'absence de courants d'air et de surfaces rayonnantes chaudes ou froides, habillé normalement et exercant une activité sédentaire, l'habitant se trouve à l'aise sur le plan hygrothermique. Aucune stratégie climatique n'est requise. Typologie : zone de confort |
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| Winter strategies | Stratégies hiver |
| Keywords : collect, conserve, stock, distribute | Mots clés : capter, conserver, stocker, distribuer |
| 1. ventilation heat recovery + BP | 1. DF avec puits canadien |
| BP = buried pipe | Système de ventilation avec récupérateur de chaleur (DF = double flux). En situation de grand froid un préchauffage est nécessaire pour éviter le givrage de l'échangeur. Ce préchauffage peut être passif: un tube enterré (puits canadien) ou immergé. Il doit porter l'air d'entrée à une température supérieure à -10°C. Le cas échéant, un by-pass doit réduire l'efficacité du récupérateur pour le maintenir hors gel. Mot clé : conserver |
| 2. humidification | 2. humidification |
L'air arctique est extrêmement sec. La vapeur d'eau produite par les occupants (respiration, transpiration, cuisine, bains) n'est pas toujours suffisante pour assurer un taux d'humidité minimal suffisant. La régulation du débit de ventilation devrait tenir compte du taux d'humidité. En dernier recours, un système d'humidification doit être prévu. Celui-ci doit satisfaire à des critères d'hygiène stricts. Typologie : installation, système actif, forte consommation |
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| 3. compact geometry | 3. forme compacte |
Toutes choses égales par ailleurs (surface habitable, isolation thermique), plus un bâtiment est compact, moins il perdra de la chaleur. La forme d'un radiateur est un bon contre-exemple de compacité: son développement de surface est maximisé pour améliorer la dissipation de chaleur. Aussi, plus un bâtiment est grand, moins il possède de surface d'enveloppe (murs, toiture, plancher) par m² de surface habitable. Mot clé : conserver |
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| 4. active heating | 4. chauffage actif |
Malgré tout le soin apporté à la construction, le climat peut être tel qu'un chauffage actif sera nécessaire. C'est le cas des situations avec des périodes prolongées en dessous de -5°C et peu ou pas ensoleillés. Le chauffage actif ne se substitue pas aux stratégies passives, en particulier une isolation thermique renforcée, mais les complète. Ainsi le système reste de taille modérée et l'édifice restera exploitable en cas de panne éventuelle (résilience énergétique). Une régulation et une distribution de chaleur qui prennent en compte l'évolution du climat extérieur et l'exploitation du bâtiment sont indispensables (sondes d'air extérieur, soleil, vent, température dans chaque pièce, stratégies week-end et jour-nuit...). L'agent énergétique sera à optimiser en fonction des ressources locales et son impact sur l'environnement (le fuel/gaz est rarement local). Typologie : installation, système actif, forte consommation |
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| 5. high thermal insulation | 5. isolation thermique
renforcée |
L'isolation thermique renforcée vise à réduire les pertes de chaleur par les murs, fenêtres, portes, toiture, plancher à un niveau où la chaleur des occupants et du soleil suffisent pour compenser une part significative des pertes. En première approche, l'isolation devrait limiter les pertes par transmission à 200W/habitant. La valeur U moyenne de l'enveloppe du bâtiment est obtenue en divisant cette valeur par la différence entre température intérieure et moyenne des mois les plus froids (hiver) et la surface d'enveloppe par habitant. Exemple :
Le corollaire d'une isolation est l'apparition de ponts thermiques. Plus l'isolation est performante, plus il faudra être attentif aux ponts thermiques pour prévenir leurs effets néfastes (condensation superficielle et structurelle, pertes de chaleur). L'épaisseur de l'isolation thermique, en particulier renforcée, doit être prise en compte dès le début du projet. On prendra soin d'utiliser les isolants les plus appropriés pour un usage particulier en veillant à leurs caractéristiques écologiques (toxicité de certaines substances et adjuvants, recyclabilité). Mot clé : conserver |
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| 6. auxiliary heating | 6. chauffage d'appoint |
C'est une source de chaleur ponctuelle ne nécessitant pas d'installation complexe. Un poële à bois est une bonne solution sous réserve d'une combustion efficace et d'une bonne maîtrise des infiltrations par la prise d'air de combustion et la cheminée. Souvent un point chaud par appartement suffit pour permettre aux habitants de 'faire le plein de chaleur' et de se débarrasser du sentiment de 'froid'. Typologie : installation, système actif, consommation modérée |
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| 7. ventilation heat recovery | 7. ventilation contrôlée ou DF |
Système de ventilation régulé en fonction des besoins ou/et avec récupérateur de chaleur (DF = double flux). La ventilation est source de pertes de chaleur importantes et prend relativement de l'ampleur avec la taille du bâtiment. Elle peut représenter plus de la moitié des pertes de chaleur. Sous réserve d'une installation et d'un entretien adéquats, un système à récupérateur permet de ventiler abondamment tout en conservant la chaleur. Les rendements de récupération de tels systèmes vont de 30 à 70%. La complexité inhérente à ces systèmes doit être maîtrisée en amont. Mot clé : conserver |
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| 8. wind protection + airtightness | 8. protection du vent + étanchéité |
Un habitat est confortable et garde la chaleur quand il empêche le vent et l'air froid de s'infiltrer. Une construction soigneuse avec des raccords étanches et des joints efficaces doivent éviter les infiltrations non-maîtrisées - ne pas oublier les prises électriques et réseaux. Des aménagements extérieurs appropriés peuvent efficacement casser la force des vents dominants. Une ventilation maîtrisée est le corollaire de toute construction étanche. Mot clé : conserver |
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| 9. solar heat gains | 9. apports solaires |
Les apports solaires contribuent grandement au confort thermique hivernal. Il s'agit de disposer les ouvertures et de les orienter pour laisser un maximum de soleil entrer durant les périodes froides. On évitera tout obstacle réduisant leur efficacité: cadres épais, verre inadapté (valeur g faible), ombrages et masques, végétation. Toutefois, les fenêtres sont aussi le point faible de l'isolation (cinc fois moins bon qu'un mur). C'est pourquoi, quand l'orientation est peu favorable, on va réduire leurs dimensions et choisir la meilleure valeur U possible. Mot clé : capter |
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| 10. thermal insulation | 10. isolation thermique |
Une isolation thermique de base est un préalable incontournable pour un habitat sain et confortable. A ce titre, l'isolation thermique doit être prise en compte dès le début du projet. En première approche, une isolation de base autorise une perte de 400W/habitant. C'est la puissance moyenne continue à fournir pour l'équilibre thermique. Une partie de cette puissance de chaleur vient des occupants et de leurs activités, une autre part des apports solaires. La valeur U moyenne de l'enveloppe du bâtiment (murs, fenêtres, toit, plancher) est obtenue en divisant cette valeur par la différence entre température intérieure et moyenne des mois les plus froids (hiver) et la surface d'enveloppe par habitant. Exemple :
Le corollaire d'une isolation est l'apparition de ponts thermiques et il faudra être attentif à leurs effets néfastes (condensation superficielle et structurelle). L'épaisseur de l'isolation thermique doit être prise en compte dès le début du projet. On prendra soin d'utiliser les isolants les plus appropriés pour un usage particulier en veillant à ses caractéristiques écologiques (toxicité de certaines substances et adjuvants, recyclabilité). Mot clé : conserver |
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| 11. buffer spaces | 11. espaces tampons |
Un espace tampon est une pièce non-chauffée qui protège la zone chauffée d'une habitation du milieu extérieur, hostile. Il agit comme une isolation thermique supplémentaire ... mais ne remplace pas l'isolation. Cet espace peut être un local non chauffé ou une serre bien exposée. Ce sont à priori des espaces utilitaires ou annexes avec de faibles exigences en température. Mot clé : conserver |
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| 12. thermal mass | 12. masse thermique |
La masse thermique est la capacité de tout matériau à absorber et restituer la chaleur à un moment différent. Ce phénomène est utile pour emmagasiner la chaleur quand elle est abondante - par exemple lors d'une journée ensoleillée - et de la restituer plus tard, pendant la nuit. La masse est particulièrement efficace à proximité des sources de chaleur (fenêtres, fourneau). Elle doit être accessible et suffisante. Par exemple une dalle ou des murs en maçonnerie conviennent à condition de ne pas être revêtu d'une moquette, d'un faux plancher/plafond ou du mobilier. Une circulation d'air entre les pièces doit pouvoir assurer la distribution de la chaleur au sein du bâtiment. Mot clé : stocker |
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| Summer strategies | Stratégies été |
| protect, avoid, minimise, evacuate, delay, cool | protéger, éviter, minimiser, dissiper, déphaser, rafraîchir |
| 13. window protection | 13. protection des ouvertures |
En été, les apports solaires par les fenêtres constituent les premières charges thermiques sur un bâtiment. Il s'agit en particulier de limiter l'accès solaire en deuxième moitié de journée par une orientation judicieuse du bâtiment, des ouvertures ou par un système de protection fixe (écrans, casquettes), en dernier recours mobile (stores, toiles, volets). Un aménagement extérieur judicieux est également efficace (végétation). Sont particulièrement exposées les façades ouest et les fenêtres de toiture. La protection solaire va de pair avec une minimisation de toute source de chaleur évitable à l'intérieur de l'habitat : éclairage artificiel, appareils, bureautique... En dernier recours prévoir une évacuation à la source (hotte de cuisine...). Mot clé : protéger, minimiser |
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| 14. envelope protection | 14. protection des façades |
Dans les climats très chauds, une quantité non négligeable de chaleur entre le bâtiment par échauffement des murs et des toitures. Le simple choix d'une couleur claire donne déjà des résultats significatifs en réduisant la température de surface de 20 à 30°C. Une toiture végétalisée peut être envisagée à condition que la pluviométrie le permette. Enfin, des aménagements extérieurs peuvent également contribuer à réduire les charges solaires sur le bâtiment. Mot clé : éviter |
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| 15. massive construction or BP | 15. construction lourde ou PC |
| BP = buried pipe | La masse thermique est la capacité de tout matériau à absorber et restituer la chaleur à un moment différent. Ce phénomène est utile pour absorber les pics de chaleur. La masse doit être accessible et suffisante. Par exemple une dalle ou des murs en maçonnerie conviennent à condition de ne pas être revêtu d'une moquette, d'un faux plancher/plafond ou du mobilier. La masse peut être déportée comme dans le cas d'un puits canadien (PC) constitué de tubes enterrés par lesquels on fait circuler l'air frais avant d'entrer dans le bâtiment. Mot clé : déphaser |
| 16. massive + night ventilation | 16. lourd + ventilation nocturne |
La masse thermique est la capacité de tout matériau à absorber et restituer la chaleur à un moment différent. Ce phénomène est utile pour absorber la chaleur pendant la journée. Pendant la nuit, quand il fait plus froid, on ventile abondamment pour refroidir le bâtiment. C'est le rôle de la ventilation nocturne. La masse doit être accessible et suffisante. Par exemple une dalle ou des murs en maçonnerie conviennent à condition de ne pas être revêtu d'une moquette, d'un faux plancher/plafond ou du mobilier. Il est nécessaire de disposer des ouvertures en nombre, taille et emplacement de manière à créer une ventilation naturelle efficace. Les débits d'air sont d'un ordre de grandeur supérieur à ce que peut véhiculer une installation de ventilation mécanique. Contraintes à prendre en considération : intempéries, courants d'air violents, bruit, effraction, prévention incendie. Mot clé : déphaser |
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| 17. natural ventilation | 17. ventilation naturelle |
La ventilation naturelle consiste à dissiper la chaleur en faisant abondamment passer l'air extérieur au travers du bâtiment. A ce titre, ce dernier doit être perméable et favoriser les courants d'air réguliers entre 0.5 et 1.5 m/s. Ce même courant d'air favorisera la thermorégulation par transpiration naturelle des habitants et sera ressenti comme agréable. Les débits d'air sont d'un ordre de grandeur supérieur à ce que peut véhiculer une installation de ventilation mécanique. A prendre en considération : intempéries, courants d'air violents, bruit, effraction, prévention incendie. Mot clé : dissiper |
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| 18. evaporative cooling | 18. refroidissement évaporatif |
Dans les climats chauds et secs, l'évaporation de l'eau peut apporter une fraîcheur utile. Cette technique était très utilisée dans l'architecture arabe et reste un moyen simple pour autant que l'eau soit disponible. Les aménagements intégrant une végétation luxuriante ont des effets similaires. Mot clé : rafraîchir |
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| 19. active cooling | 19. refroidissement actif |
C'est la dernière option quand les systèmes passifs ne suffisent pas à fournir un niveau de confort hygrothermique suffisant. Le rafraîchissement actif ne se substitue pas aux stratégies passives, mais les complète. Un refroidissement actif ne fait du sens que si le bâtiment est étanche et isolé. Un système de ventilation avec récupérateur de chaleur est également efficace pour conserver la fraîcheur à l'intérieur. Ainsi le système reste de taille modérée et l'édifice restera exploitable en cas de panne éventuelle (résilience énergétique). Typologie : installation, système actif, forte consommation |
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| Psychrometric chart explanation | Explication du diagramme d'air humide |
La température sèche - celle qu'affiche un thermomètre à l'abri du soleil et de l'humidité - se lit en bas, sur l'axe horizontal. L'axe vertical donne la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air (grammes de vapeur d'eau / gramme d'air). Cette unité est peu usuelle; le plus souvent l'humidité de l'air est exprimée en humidité relative, c'est à dire le rapport entre l'humidité contenue dans l'air comparé à la quantité maximale d'humidité que cet air pourrait contenir à la même température sèche. Ce rapport est exprimé en pourcent. A 0% d'humidité relative aucune molécule de vapeur d'eau n'est contenue dans l'air. L'air est totalement sec. A saturation, la vapeur commence à se condenser. On dit que l'humidité relative est de 100%. La quantité de vapeur d'eau pouvant être absorbée par l'air augmente avec la température. Inversement, l'air froid n'en contient que peu. Ainsi, quand on refroidit un air saturé, la vapeur se condense. Dehors il pleut ou il neige. Dans un bâtiment on observe de la condensation sur les surfaces froides, suivi de dégâts d'eau et de champignons... En positionnant le curseur sur le graphique Design With Climate affiche la température sèche (T), l'humidité relative (HR) et la température de rosée correspondante (Td). Si le curseur se trouve au-dessus d'un point de mesure les date et heure correspondantes sont affichés, sinon les stratégies pertinentes. |
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| Custom climate files | Fichiers climatiques sur mesure |
Climatic data can be obtained through national or local met-offices, weather networks, amateur meteorologists or your own station. Data is easily formatted using a spreadsheet program. It is up to you to evaluate the consistency of your dataset. |
Des données climatiques peuvent être obtenues auprès des bureaux météo nationaux, locaux, des réseaux météo, amateurs météo ou encore par vos propres mesures. La transcription se fait aisément à l'aide d'une feuille de calcul. Il vous appartient d'évaluer la représentativité des données ainsi compilées. |
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