Peaux adaptatives qui forment des façades économes en énergie

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En tant qu’architectes, nous concevons en réponse à l’environnement du site et au climat local pour atteindre une meilleure efficacité énergétique dans nos bâtiments. Le matériau et la structure jouent un rôle dans le maintien d’un éconergétique. Nous connaissons tous les stratégies de conception traditionnelles telles que B. choisir le matériau à haute capacité thermique pour garder la pièce chaude, ou utiliser l’effet de cheminée et la ventilation transversale pour ajuster l’humidité et la température à l’intérieur. Les innovations dans l’enveloppe du bâtiment, cependant, permettront une architecture encore plus adaptée aux conditions environnementales, y compris celles qui changent toutes les heures. Ces enveloppes de bâtiment sont appelées enveloppes adaptatives et peuvent répondre à des facteurs environnementaux tels que la lumière du soleil et l’humidité, contribuant ainsi à assurer le confort intérieur. Cet article présente quatre projets de construction et de recherche inspirants explorant la possibilité de skins adaptatifs.

Métallisé Brise Soliel avec verres ajustables

Institut du Monde Arabe par Jean Nouvel, AS Architecture Studio, Gilbert Lezenes et Pierre Soria, Paris, France, 1987

façade sud. via AS Architecture Studio

L’enveloppe adaptative est un sujet qui est une source de recherche pertinente et fertile depuis des décennies. Achevé en 1987, le bâtiment de l’Institut du monde arabe (Institut du monde arabe) présente une façade aux motifs impressionnants sur son côté sud. La façade sud est vitrée à l’extérieur et derrière les vitrages se trouvent des unités mécaniques qui réagissent aux rayons du soleil. Chaque unité est centrée par une grande ouverture autour de laquelle les plus petites sont soigneusement disposées. Les unités sont équipées de cellules photoélectriques et de volets redimensionnables reliés à une commande centrale par ordinateur.

L’ensemble de la façade se compose de 240 unités et agit comme un écran mécanique, contrôlant la quantité de lumière naturelle entrant par la façade dans les 18 mouvements d’unité maximum par jour. En laissant passer moins de lumière lorsqu’il y a beaucoup de soleil et inversement, la façade s’ajuste pour équilibrer l’éclairage intérieur, évitant la surchauffe tout en laissant un sillage lumineux rythmé.

Store rétractable, vérandas réfrigérées

Gardens by the Bays Greenhouse par Wilkinson Eyre et Grant Associates, Singapour, 2012

Vérandas réfrigérées_aérien

Vue aérienne des jardins de la baie. Image © Craig Sheppard.

Conservatoires refroidis_illustration d'ombrage

Schémas avec couverture possible du système d’ombrage. Image © WilkinsonEyre.

À une échelle beaucoup plus grande que l’IMA, les deux conservatoires de Gardens by the Bays utilisent également un système d’ombrage adaptatif pour aider au contrôle du microclimat. Les conservatoires accueillent des plantes de climats tropicaux et tempérés, de sorte que la conception doit fournir un environnement intérieur climatisé nettement plus frais que celui du climat tropical de Singapour. Pour réduire la consommation d’énergie du climatiseur, la conception adopte plusieurs stratégies, dont l’une est le système d’ombrage rétractable.

À l’extérieur du vitrage Low-E se trouve une série de nervures en acier blanc qui ajoutent un attrait textural tout en conservant les tons de couleur. Les stores sont enroulés et cachés lorsque les températures dans la véranda sont encore dans la plage optimale. Ils sont allongés à la longueur désirée au moyen de moteurs afin de former une couverture d’ombrage adaptée aux conditions climatiques de l’époque. En évitant l’exposition excessive au soleil et l’éblouissement, principales causes de surchauffe dans une véranda, le système d’ombrage adaptatif contribue au confort des plantes et des visiteurs.

Façade solaire tournante

Zoltan Nagy, Bratislav Svetozarevic, Prageeth Jayathissa, Moritz Begle, Johannes Hofer, Gearoid Lydon, Anja Willmann, Arno Schlueter, 2016

ASF_render

Visualisation de l’ASF utilisé comme mesure de rénovation, image de Christian Studerus via The Adaptive Solar Facade : Du concept aux prototypes.

ASF_prototype

Prototype 1:1 de l’ASF. Image de l’équipe de recherche via La façade solaire adaptative : du concept au prototype.

Les deux projets précédents ont complété les coques adaptatives avec des systèmes motorisés, rendant les projets généralement économes en énergie mais nécessitant toujours une alimentation électrique pour que le système de coque fonctionne. La recherche sur les façades solaires adaptatives suggère une approche possible où la façade elle-même peut fournir l’énergie dont elle a besoin pour fonctionner.

Les volets sont des cellules photovoltaïques supportées individuellement par des actionneurs pneumatiques souples qui supportent les cellules PV avec une rotation de ±45°. Avec les trackers solaires implémentés, les cellules peuvent s’orienter tandis que les positions solaires de référence sont simultanément fournies par le plugin DIVA pour Rhino. De plus, la taille, la forme et le motif du module sont personnalisables pour obtenir un meilleur ombrage et une meilleure efficacité énergétique tout en adaptant les modules à l’esthétique du bâtiment.

de réactif à l’humidité comme matériau de façade

Manal Anise, Université d’État de Pennsylvanie, 2019

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Échelle possible du système de façade en placage de bambou. Image de Manal Anis via Conception d’une enveloppe de bâtiment adaptative pour les climats chauds et humides avec placage de bambou comme matériau hygroscopiquement actif.

placage de bambou_prototype

Prototype 1:1 du système de façade en placage de bambou. Image de Manal Anis via Conception d’une enveloppe de bâtiment adaptative pour les climats chauds et humides avec placage de bambou comme matériau hygroscopiquement actif.

L’énergie consommée par le mouvement des enveloppes peut être encore réduite pour maximiser l’efficacité énergétique du bâtiment. Les recherches de Manal Anis utilisent la nature hygroscopique du bambou pour construire des prototypes de façade avec des placages de bambou qui fléchissent naturellement et créent des ouvertures de ventilation lorsque l’humidité augmente.

Un côté du placage qui est exposé à une humidité croissante absorbe l’humidité et se dilate, provoquant l’affaissement du placage vers l’autre côté/plus sec. Les placages ne nécessitent donc aucun apport d’énergie pour réagir à l’environnement. Les placages sont collés sur des feuilles de cellulose résistantes à l’humidité. Ces liaisons augmentent la différence d’humidité entre les deux faces du placage et augmentent ainsi l’effet de flexion. Le film de cellulose aide également les facettes à retrouver leur forme d’origine.

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