entreprise allemande Behnisch Architekten a récemment achevé trois projets aux États-Unis et en Europe avec un nouveau système de protection solaire externe fixe, tous basés sur le même principe mais utilisant des matériaux, des dimensions et une géométrie différents. Le système de façade protège non seulement les intérieurs du gain de chaleur solaire pendant les mois les plus chauds, mais laisse également entrer le soleil bénéfique pendant l’hiver, réduisant considérablement les charges de refroidissement et de chauffage. En même temps, l’écran fait rebondir la lumière du jour à l’intérieur tout en conservant de grandes ouvertures avec vue sur l’extérieur. Il n’est pas conventionnel d’utiliser une grille de façade complexe pour protéger un bâtiment contre l’impact solaire et en même temps améliorer la lumière naturelle à l’intérieur grâce à la redirection d’une lumière diffuse et plus fraîche en été. Michelle Lee, architecte chez Behnisch Architekten, explique.

Décrivez le système de pare-soleil externe fixe développé par Behnisch Architekten, qu’il a utilisé au complexe scientifique et technique de l’Université de Harvard, au pôle de recherche sur le cancer Agora et au stade Adidas. Qu’y a-t-il de si unique et d’inhabituel dans ce système de protection solaire fixe externe ?

Les trois façades ont été développées en réponse à une caractéristique architecturale endémique de l’Allemagne. En raison des valeurs culturelles de la gérance de l’environnement, des codes de construction énergétiques stricts et des prix élevés de l’énergie, la plupart des bâtiments modernes en Allemagne disposent d’une protection solaire externe. En règle générale, ces pare-soleil existent sous la forme de stores horizontaux extérieurs ouvrants (également appelés stores vénitiens), qui sont abaissés les jours ensoleillés le matin pour protéger l’intérieur du gain de chaleur solaire, et relevés la nuit ou les jours nuageux. . Bien que rentable et pragmatique, il présente deux inconvénients principaux. Tout d’abord, les volets roulants utilisent l’énergie électrique pour s’ouvrir et se fermer, et en plus, ils sont un casse-tête pour les propriétaires d’immeubles car les pièces mobiles nécessitent un entretien et une maintenance constants. Deuxièmement, ils sont principalement limités aux géométries horizontales, ce qui signifie qu’ils ne sont pas conçus pour cibler les différentes gammes de géométries de trajectoire solaire, ou pour bien fonctionner, ils doivent être complètement fermés, bloquant la vue et la lumière du jour. .

Pour Agora, nous avons conçu un système de protection solaire fixe qui fonctionnerait de manière similaire à ces stores extérieurs vernaculaires et l’avons développé architecturalement pour donner une identité non seulement à l’extérieur, mais aussi pour façonner les espaces intérieurs. Une grille inclinée en diagonale nous a permis de fournir un ombrage horizontal et diagonal, en fonction de l’exposition du vitrage de façade. Au sein de ce module paramétrique diagonal, la profondeur des « ailettes » ou brise-soleil est ajustée pour optimiser le blocage des angles maximaux du soleil aux périodes les plus chaudes de l’année et l’accès à la lumière du jour. Le système est composé de plaques d’aluminium pliées et perforées montées sur une structure porteuse en acier, qui est fixée à une passerelle pour l’entretien de la façade. La perforation est de minimiser le contraste. Étant donné que les façades de ce bâtiment ne sont pas verticales mais principalement inclinées et que le bâtiment a une forme complexe, nous avons dû calculer et concevoir 14 éléments d’ombrage différents. La façade du bâtiment Ágora était la première de ce type et la plus complexe. Le maillage des éléments a été choisi de manière à permettre une bonne vision de l’extérieur. La largeur du maillage est dédiée à la profondeur des éléments. Il est évolutif. En collaboration avec nos ingénieurs de Transsolar et Bartenbach Lichtlabor, nous l’avons conçu de sorte que le soleil de printemps, d’été et d’automne soit principalement bloqué, la lumière froide indirecte réfléchie profondément dans la pièce et le soleil d’hiver puisse briller directement sur le verre pour soutenir l’espace. chauffage.

Pour l’Adidas World of Sport à Herzogenaurach, en Allemagne, nous avons développé ce concept à plus grande échelle en respectant l’échelle monumentale du bâtiment.

Pour Harvard, nous souhaitions explorer les parasols à une échelle plus fine. Notre projet était de loin le plus grand bâtiment jamais construit dans ce qui était un quartier résidentiel de faible hauteur et largement sous-développé à Boston. Notre réponse à ce contexte était une façade qui parlerait des proportions du corps humain et aurait une qualité tactile semblable à celle d’un tissu, adoucissant l’échelle du bâtiment et reliant mieux les laboratoires de recherche à l’intérieur avec le domaine public. Pour y parvenir, nous avons développé certains types de modules par orientation solaire afin de créer un motif qui briserait la surface de ces grands volumes. Nous avons également appris d’Adidas et d’Agora qu’une grande quantité de structure arrière était nécessaire pour supporter ces éléments, il y avait donc une ambition de rendre les panneaux aussi fins et légers que possible. Nous avons repoussé tout l’ancrage structurel des éléments en haut et en bas des « volumes » architecturaux, ce qui a pratiquement éliminé la structure entre l’occupant et l’écran. Nous avons également passé une année de recherche et développement pour appliquer la technique d’hydroformage à ces composants, ce qui a permis d’économiser 90% du carbone incorporé dans le matériau d’ombrage.

Les trois projets sont motivés par l’étude minutieuse des angles solaires particuliers de chaque climat. Si vous vous promenez autour de chaque orientation, vous pouvez voir sur chacune de ces façades que les ombres sont plus prononcées à certains angles, c’est parce que les ombres ont été conçues pour pointer vers une plage spécifique d’angles solaires. De plus, nous pilotons non seulement la performance technique, mais aussi la façon dont ces écrans sont vécus de l’intérieur et comment ces façades façonnent le domaine public.

Quels sont les résultats numériques et les données de performance fournis par les systèmes de brise-soleil fixes externes des trois projets ? Quelle quantité d’énergie peut être économisée ?

Pour Harvard, notre écran de protection solaire a réduit les pics de charge de refroidissement de 25 à 65 %, en fonction du programme ou de l’utilisation de l’espace derrière la façade et de l’orientation solaire de la façade. Parce que nous avons réduit les pics de charge de refroidissement, nous avons pu éliminer l’utilisation de la climatisation dans les espaces autres que les laboratoires et installer des plafonds radiants, qui étaient plus écoénergétiques et moins courants d’air que les systèmes CVC traditionnels. Avec Adidas et Agora, nous atteignons une efficacité similaire. C’est un peu difficile à vérifier car les trois bâtiments sont assez économes en énergie, mais ils servent aussi à des fins très différentes. Les principales économies sont la protection contre le rayonnement solaire lors des chaudes journées de printemps et d’été et le soutien au chauffage passif en hiver. L’avantage par rapport aux autres stratégies de protection solaire est que vous avez amélioré l’efficacité de la lumière naturelle en évitant les vitres teintées ou les stores fermés. Vous n’avez aucune pièce mobile. Considérant que le moteur moyen pour les parasols mobiles extérieurs est de 165 watts, et que dans un bâtiment comme Adidas, vous auriez environ 1000 de ces moteurs, vous pouvez imaginer combien d’énergie électrique est économisée juste pour les faire fonctionner.

Pourquoi votre système de protection solaire externe fixe est-il tellement plus performant en termes de puissance et de confort général que n’importe quel dispositif de protection solaire mobile ?

Pour Harvard, nous ne recherchons pas un parapluie mobile à cause de la neige et de la glace dans ce climat nordique. Mais en comparant les deux, les appareils mobiles nécessitent de l’énergie, comme décrit ci-dessus. De plus, un aspect important est l’amélioration de la lumière. La lumière indirecte du soleil est réfléchie par les éléments vers le plafond et se reflète donc davantage dans la profondeur des espaces situés à l’arrière. De plus, les appareils mobiles ont peu de tolérance au vent. Et Boston, ainsi que Lausanne en Suisse, où se situe le projet Agora, ont des saisons assez venteuses. Et si vous devez adapter la conception des équipements techniques à des charges de pointe élevées simplement parce que le pare-soleil peut s’ouvrir en été, vous vous retrouverez avec des équipements de ventilation beaucoup moins efficaces et plus chers. Un autre avantage est qu’il peut être ventilé naturellement, fenêtres ouvertes également les jours ensoleillés. Avec des stores vénitiens fermés, cela est moins efficace en raison d’un coussin d’air surchauffé entre les stores et la vitre.

Comment la structure de la grille est-elle affinée pour répondre parfaitement à l’emplacement, à l’orientation et à l’environnement exacts d’un bâtiment, avec le pare-soleil fixe de chaque projet conçu individuellement et adapté à la position respective du soleil et des points cardinaux ?

Pour Harvard, nous avons écrit notre propre algorithme pour façonner la géométrie de l’ombre pour qu’elle pointe vers le soleil pendant les périodes les plus chaudes de l’année sans trop bloquer le soleil, ce qui nuirait à la lumière du jour, aux vues et au gain de chaleur. mois. Pour Agora et Adidas, nous avons d’abord simulé les différentes situations sur ordinateur dans des modèles 3D pour trouver la position, la profondeur et la largeur idéales du maillage pour chaque situation. Ensuite, avec l’aide de nos ingénieurs de Transsolar et Bartenbach Lichtlabor, nous les ajustons pour éviter l’éblouissement, minimiser le contraste et optimiser l’amélioration de la lumière du jour.