En Amérique du Nord et en Europe, les codes de l’énergie et les réglementations en matière de performance environnementale façonnent l’intégration du chauffage et du refroidissement passifs dans les bâtiments en fixant des critères d’efficacité énergétique. En Amérique du Nord, la norme ASHRAE 90.1 permet une conformité basée sur la performance, ce qui permet aux stratégies passives telles que l’orientation optimisée et les façades à haute performance de réduire la consommation d’énergie.
Points clés
- La recherche montre que les codes énergétiques des bâtiments tels que ASHRAE 90.1 en Amérique du Nord et EPBD, Passivhaus, BREEAM en Europe contribuent aux objectifs d’énergie nette zéro en encourageant le chauffage et le refroidissement passifs dans les bâtiments.
- Les stratégies passives spécifiques au climat, telles que la ventilation naturelle et la protection solaire, semblent susceptibles d’être équilibrées par des exigences structurelles qui varient selon les régions, comme l’Europe centrale ou l’Amérique du Nord.
- Il semble que les attitudes culturelles en Europe du Nord, en Asie de l’Est et en Amérique du Nord influencent la priorisation des systèmes passifs, et des études de cas telles que la centrale électrique de Brattørkaia montrent des approches différentes.
Ces cadres ont un impact sur la faisabilité d’un système net zéro en réduisant la demande d’énergie et en facilitant l’intégration des énergies renouvelables, mais des problèmes tels que l’effet de cheminée et les charges de vent subsistent.
Stratégies de conception spécifiques au climat
Les architectes équilibrent les stratégies passives telles que la ventilation naturelle, le zonage thermique et la protection solaire avec les exigences élevées des bâtiments, quel que soit le climat. En Europe centrale tempérée (Berlin, par exemple), les bâtiments utilisent l’orientation et les atriums pour réguler la température. Dans l’Europe méditerranéenne du Sud (Madrid, par exemple), les façades ouvrantes gèrent la chaleur, tandis que dans l’Amérique du Nord continentale (Chicago, par exemple), l’ingénierie des façades contrecarre les pressions du vent. Des contraintes telles que les réglementations anti-incendie et les charges structurelles peuvent limiter l’adoption de systèmes passifs, nécessitant des systèmes hybrides pour assurer le confort des occupants et réduire la dépendance au chauffage, à la ventilation et à la climatisation.
Impacts sur la culture et l’innovation
Les attitudes culturelles à l’égard de la durabilité et du confort varient d’une région à l’autre et influencent la priorité accordée aux systèmes passifs. L’Europe du Nord (par exemple la Suède) privilégie la ventilation naturelle, l’Asie de l’Est (par exemple le Japon) valorise la compatibilité thermique, tandis que l’Amérique du Nord privilégie les solutions centrées sur la technologie. Des études de cas telles que Powerhouse Brattørkaia (Norvège), The Edge (Amsterdam) et Salesforce Tower (San Francisco) montrent comment les systèmes passifs et actifs sont équilibrés pour atteindre le niveau zéro, reflétant ainsi les philosophies de conception et les cultures d’innovation régionales.
Analyse détaillée de la conception passive des bâtiments
Nous souhaitons présenter une analyse complète de la manière dont les codes énergétiques des bâtiments, les stratégies de conception spécifiques au climat et les attitudes culturelles façonnent l’intégration des stratégies de chauffage et de refroidissement passifs dans les bâtiments, en particulier en Amérique du Nord et en Europe, et leur impact sur la réalisation des objectifs de consommation énergétique nette zéro. En outre, les différences régionales dans les approches de conception et les influences culturelles sont également soutenues et analysées.
Cadres réglementaires et intégration de la conception passive
Les codes énergétiques des bâtiments et les réglementations en matière de performance environnementale jouent un rôle important dans l’élaboration des stratégies de chauffage et de refroidissement passifs dans les bâtiments. En Amérique du Nord, la norme énergétique ASHRAE 90.1, qui s’applique aux bâtiments autres que les immeubles résidentiels de faible hauteur, fixe des exigences minimales en matière d’efficacité et propose des voies de conformité fondées sur les performances. Ces voies permettent aux concepteurs d’intégrer des stratégies passives telles que les apports solaires passifs et l’optimisation de l’orientation du bâtiment pour les façades à haute performance afin de dépasser la performance énergétique de base. Ce guide met l’accent sur l’ingénierie des façades pour minimiser les charges de refroidissement solaire en utilisant des façades à double peau pour un fonctionnement flexible et une ventilation naturelle, qui sont essentiels pour les bâtiments.
En Europe, la directive sur la performance énergétique des bâtiments (EPBD) améliore l’efficacité énergétique dans les États membres en fixant des exigences minimales en matière de performance énergétique. Les systèmes de certification tels que Passivhaus et BREEAM renforcent encore ces exigences en encourageant la conception passive. Passivhaus, une norme internationale, se concentre sur les bâtiments à très faible consommation d’énergie grâce à des principes tels qu’une isolation élevée, des enveloppes étanches à l’air et une ventilation mécanique avec récupération de chaleur. Cette source indique que les bâtiments bénéficient de facteurs de forme favorables et nécessitent moins d’isolation en raison de rapports surface/volume plus faibles, mais que l’étanchéité à l’air et les ponts thermiques doivent être pris en compte. D’autre part, BREEAM encourage la réduction de la demande d’énergie par des stratégies telles que la forme du bâtiment, l’orientation et la ventilation naturelle en offrant des crédits pour les mesures de conception passive. Il met l’accent sur les évaluations à un stade précoce afin de minimiser la dépendance à l’égard des systèmes actifs et offre des avantages tels que des coûts de cycle de vie plus faibles.
Ces cadres influencent la faisabilité d’une énergie nette zéro en réduisant la demande d’énergie et en facilitant l’équilibre entre les besoins restants et les sources d’énergie renouvelables. Cependant, des défis tels que l’effet de cheminée et les charges de vent dans les bâtiments nécessitent des solutions d’ingénierie avancées. Les politiques locales telles que la loi locale 97 de New York, qui impose des limites de carbone, et la loi allemande EnEV encouragent les stratégies passives en fixant des critères stricts alignés sur les objectifs globaux de zéro émission.
Stratégies de conception passive spécifiques au climat
Sous différents climats, les architectes équilibrent les stratégies de conception passive avec les exigences structurelles et mécaniques de la construction en hauteur. Cette approche varie considérablement entre l’Europe centrale tempérée, l’Europe méridionale méditerranéenne et l’Amérique du Nord continentale, reflétant les classifications des zones climatiques et les politiques d’étalonnage énergétique.
En Europe centrale tempérée, comme à Berlin, les stratégies passives comprennent l’orientation du bâtiment pour maximiser les apports solaires et les atriums internes pour la ventilation naturelle et l’éclairage naturel, ce qui a été étudié dans la tour Commerzbank de Francfort. Ces stratégies réduisent la dépendance au chauffage, à la ventilation et à la climatisation en utilisant la masse thermique pour réguler la température. Dans le sud méditerranéen de l’Europe, comme à Madrid, les façades ouvrantes et les dispositifs d’ombrage permettent de faire face aux étés chauds en gérant le gain de chaleur, tandis que le zonage thermique vertical assure le confort des occupants entre les étages.
En Amérique du Nord, comme à Chicago, l’ingénierie des façades est essentielle en raison de la pression du vent et des hivers froids. Si les vitrages à haute performance et les façades à double peau minimisent les pertes et les gains de chaleur, le contrôle de l’effet de cheminée est essentiel pour gérer les mouvements d’air verticaux, comme l’indiquent les sources de l’ASHRAE. Des contraintes telles que les réglementations anti-incendie limitant les fenêtres ouvrantes et les charges structurelles affectant la conception des façades peuvent empêcher la mise en œuvre de stratégies passives. Par exemple, la ventilation naturelle peut être limitée par la pression du vent en haute altitude et peut nécessiter des systèmes hybrides combinant des mesures passives et actives.
Une étude sur les climats tropicaux a souligné l’efficacité, en fonction du climat, de la sélection de stratégies de conception passive appropriées pour les bâtiments résidentiels dans les climats tropicaux, en constatant que des stratégies telles que l’utilisation d’un revêtement à faible émissivité sur le vitrage et de murs à faible conductivité peuvent permettre d’économiser jusqu’à 63,5 % d’énergie dans des conditions de chaleur et d’humidité très élevées. Ces résultats soulignent la nécessité d’une conception adaptative, d’un équilibre entre les avantages passifs et les exigences structurelles et mécaniques, et d’un alignement sur les politiques locales de référence en matière d’énergie, telles que la loi locale 97 de New York et l’EnEV en Allemagne.
Attitudes culturelles et innovation technologique
Les attitudes culturelles à l’égard de la durabilité, du confort et de l’innovation technologique influencent considérablement la priorité accordée aux systèmes passifs dans la conception des immeubles de grande hauteur en Europe du Nord, en Asie de l’Est et en Amérique du Nord. Ces attitudes façonnent les philosophies de conception, les attentes des utilisateurs et l’équilibre entre les systèmes passifs et actifs.
Dans les pays d’Europe du Nord tels que la Suède, on observe une forte adoption culturelle de la ventilation naturelle et une réduction de la dépendance mécanique, ce qui reflète un engagement en faveur de la durabilité. Des ressources telles que Passivhaus et le carbone incorporé soulignent comment les principes de Passivhaus s’alignent sur ces valeurs et se concentrent sur des approches de type « fabric-first ». L’Asie de l’Est, en particulier le Japon, valorise la compatibilité thermique et la conception solaire passive, en intégrant des éléments traditionnels aux bâtiments modernes, comme le montrent les études de cas qui mettent l’accent sur l’opérabilité des façades et l’éclairage naturel.
En Amérique du Nord, l’approche est souvent plus axée sur la technologie, basée sur des vitrages à haute performance et des systèmes hybrides qui intègrent l’énergie photovoltaïque à la conception passive, comme le montrent les discussions autour de la tour Salesforce (San Francisco). Cela reflète une culture qui privilégie l’innovation et les systèmes avancés au détriment des stratégies passives, parfois en raison du coût et de la complexité.
Des études de cas illustrent ces différences. La centrale Brattørkaia (Norvège) illustre l’accent mis par l’Europe du Nord sur la conception passive, avec des résultats positifs sur le plan énergétique grâce à l’utilisation des apports solaires et de l’isolation. The Edge (Amsterdam) reflète une approche hybride, combinant des stratégies passives et des technologies de construction intelligentes. La tour Salesforce illustre une stratégie nord-américaine axée sur la technologie en mettant l’accent sur le vitrage à haute performance et l’intégration des énergies renouvelables. Ces exemples montrent comment les attitudes culturelles déterminent les choix de conception et influencent la faisabilité des objectifs « net zéro » grâce à l’intégration de systèmes passifs et actifs.
Analyse comparative et implications
Différentes approches se dégagent de la comparaison des écosystèmes réglementaires tels que ASHRAE et LEED aux États-Unis avec EPBD, Passivhaus et BREEAM en Europe. Les voies de performance de l’ASHRAE 90.1 offrent une certaine flexibilité pour la conception passive, tandis que Passivhaus fournit une norme rigoureuse et BREEAM un cadre de durabilité plus large. Les valeurs d’isolation, les taux de vitrage et les normes d’étanchéité à l’air extérieur imposés par les codes varient, l’Europe fixant généralement des critères plus stricts. Par exemple, la norme Passivhaus exige que la demande de chauffage des locaux soit inférieure à 15 kWh/m²/an par rapport à la norme de référence de l’ASHRAE et influence les priorités de conception telles que l’orientation de la façade et la masse thermique.
Les classifications des zones climatiques telles que celles de l’ASHRAE et les politiques telles que l’EnEV en Allemagne et la loi locale 97 à New York influencent l’adoption de stratégies passives. Dans les climats tropicaux, les revêtements à faible émissivité et les murs isolés sont efficaces, tandis que la ventilation naturelle et les atriums dominent dans les zones tempérées. Ces cadres encouragent l’intégration des apports solaires, de la ventilation par cheminée et de la géothermie, tandis que les défis posés par les immeubles de grande hauteur, tels que les charges de vent et les réglementations anti-incendie, requièrent des solutions innovantes.
Les influences culturelles façonnent également les résultats, l’Europe du Nord favorisant les systèmes passifs, l’Asie de l’Est équilibrant tradition et innovation, et l’Amérique du Nord étant centrée sur la technologie. Cette diversité reflétée dans les études de cas souligne la nécessité d’adopter des approches sur mesure qui utilisent à la fois des stratégies passives et actives pour répondre aux attentes réglementaires et culturelles en vue d’atteindre l’objectif « zéro énergie ».
Comparaison des stratégies de conception passive par région et par climat
| Région/Climat | Stratégies passives de base | Impact de la réglementation | Défis |
|---|---|---|---|
| Amérique du Nord (Chicago) | Verre à haute performance, façades à double vitrage | ASHRAE 90.1, conformité basée sur la performance | Pressions du vent, contrôle de l’effet de cheminée |
| Europe centrale (Berlin) | Orientation, atriums internes, masse thermique | EPBD, Passivhaus, crédits BREEAM | Les réglementations anti-incendie limitent la ventilation |
| Méditerranée (Madrid) | Façades ouvrantes, protection solaire | EPBD, normes d’isolation strictes | Gestion des gains de chaleur en été |
| Tropical (Sri Lanka) | Revêtement à faible émissivité, murs isolés | Réglementation locale en matière d’énergie, PDS spécifique au climat | Risque de surchauffe, humidité élevée |
Ce tableau résume les différences régionales, en soulignant comment les réglementations et le climat influencent la conception passive et les défis qui nécessitent des solutions adaptatives.
