Savonnerie Heymans

Clerckx_Virginie Delcoigne_Florian Fosseprez_Sbastien Pouppez_Martin

UCL_LOCI A.A.2014-2015

LARCB2110 - quipement du btiment IIcritique dintgration des techniques spciales dun difice construit

SAVONNERIE HEYMANS

LARCB2110_savonnerie_heymans | Virginie Clerckx _ Florian Delcoigne _ Sbastien Fosseprez _ Martin Pouppez

TABLE DES MATIERES 1. Prsentation du projet ........................................................................................................................................ 1

1.1. fiche technique ......................................................................................................................................... 1 1.2. contexte historique .................................................................................................................................. 2 1.3. typologie varie ........................................................................................................................................ 2 1.4. projet haute performance nergtique ............................................................................................... 2 1.5. eau chaude solaire et rcupration des eaux de pluie ........................................................................... 2

2. analyse globale des quipements ...................................................................................................................... 4 2.1. ventilation ................................................................................................................................................. 5 2.2. eau de chauffage (ech) et eau chaude sanitaire (ecs) ............................................................................ 5

2.2.1. chaufferie centralise et rgulation .................................................................................................... 5 2.2.2. limitation des pertes et optimisation des gains ................................................................................. 6

2.3. gestion des eaux ....................................................................................................................................... 6 2.4. lectricit .................................................................................................................................................. 7

3. analyse approfondie ........................................................................................................................................... 8 3.1. installations de ventilation hyginique .................................................................................................... 8

3.1.1. vrification des dbits .......................................................................................................................... 8 3.1.2. renouvellement horaire ....................................................................................................................... 9 3.1.3. vitesse dans les conduits ..................................................................................................................... 9 3.1.4. groupe de pulsion/extraction du btiment a .................................................................................. 10

3.2. installations de chauffage ..................................................................................................................... 11 3.2.1. estimation des besoins en nergie de chauffage ............................................................................ 11 3.2.2. estimation de la puissance de chauffe ............................................................................................. 11 3.2.3. dimensionnement des corps de chauffe ......................................................................................... 12 3.2.4. dimensionnement des canalisations ................................................................................................ 13 3.2.5. puissance de la chaufferie ................................................................................................................ 13 3.2.6. consommation dnergie .................................................................................................................. 14

3.3. installations deau sanitaire et eaux uses ........................................................................................... 15 3.3.1. estimation des besoins en eau sanitaire .......................................................................................... 15 3.3.2. dimensionnement des conduits ....................................................................................................... 15

3.4. panneaux solaires .................................................................................................................................. 16 3.4.1. systme mis en place ........................................................................................................................ 16 3.4.2. dimensionnement du chauffe-eau solaire ....................................................................................... 17

3.5. gestion des eaux de pluie ...................................................................................................................... 18 3.5.1. dimensionnement des descentes deau .......................................................................................... 18 3.5.2. rcupration des eaux et autonomie ............................................................................................... 18

4. analyse critique et conclusion ......................................................................................................................... 20


TABLE DES FIGURES Figure 1 - vitesses dans gaines de pulsion et extraction pour studio ........................................................................... 5 Figure 2 - schma de principe de comptage des flux thermiques ................................................................................ 6 Figure 3 - schma de principe de comptage des flux lectrique .................................................................................. 7 Figure 4- schma de pulsion [m/h] ............................................................................................................................ 10 Figure 5 - boucle ferme et circulation force ........................................................................................................... 16 Figure 6 - schma de principe du chauffe-eau solaire mis en place .......................................................................... 16 Figure 7 - schma de fonctionnement des citernes ................................................................................................... 19

TABLE DES TABLEAUX Tableau 1 - dbits dans studio ........................................................................................................................................ 8 Tableau 2 - dbits dans appartement 4ch ..................................................................................................................... 8 Tableau 3 - renouvellement horaire par pice .............................................................................................................. 9 Tableau 4 - besoin en nergie de chauffage selon DJ15/15 ...................................................................................... 11 Tableau 5 - estimation de la puissance de chauffe ..................................................................................................... 12 Tableau 6 - dimensionnement corps de chauffe ........................................................................................................ 12 Tableau 7 - vrification des vitesses d'eaux sanitaire sur base de la puissance ....................................................... 13 Tableau 8 - comparaison des combustibles ................................................................................................................ 14 Tableau 9 - besoins en ecs/efr pour trmie a2 ........................................................................................................... 15 Tableau 10- dimensionnement des conduites d'Ecs et efr ........................................................................................ 15 Tableau 11 - dimensionnement d'vacuation des eaux uses .................................................................................. 15 Tableau 12 - dimensionnement des descentes d'eau ................................................................................................ 18 Tableau 13 - volume de pluie sur site .......................................................................................................................... 18 Tableau 14 - autonomie en eau de pluie..................................................................................................................... 19

TABLE DES ANNEXES Annexe A coupes et lvations

Annexe B localisation des appartements A.2.4 et A.3.2

Annexe C plan sous-sol

Annexe D schma hydraulique

Annexe E trmies du btiment A

Annexe F plan HVAC du btiment A

Annexe G plan sanitaire du btiment A

Annexe H gestion des eaux de pluie sur site

Annexe I crdit photographique


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1. PRSENTATION DU PROJET Lensemble des informations qui se retrouvent dans ce chapitre sont extraites des donnes reues par les architectes en charge du projet, le promoteur et autres publicits relatives ce complexe de logement.

Dans le chapitre suivant, nous critiquerons ces valeurs sur base de divers calculs et redimensionnements en faisant certaines hypothses.

1.1. FICHE TECHNIQUE

Lieu Rue dAnderlecht, Bruxelles

Programme Restructuration et rnovation dun ancien site industriel (42 logements, 45 places de parking et quipements publics).

Maitre douvrage CPAS de Bruxelles

Maitre duvre MDW Architecture

Bureaux dtudes MK Engineering (chauffage, ventilation, sanitaire & lectricit)

Setesco (structure)

SECO (bureau de contrle)

ATS (acoustique)

Calendrier 2005 : concours

2005 - 2007 : tudes

2008-2011 : chantier

avril 2011 : livraison btiments neufs

octobre 2011 : livraison btiments rnovs

Cot 10,6 millions deuros, hors honoraires

Systme constructif et matriaux

Neuf : faade portante en bloc bton, isolation en laine de chanvre 14cm, bardage en mlze ou cassettes en tle en aluminium larme.

Rnovation : faade non portante referme avec des caissons en bois FSC remplis avec 14cm de cellulose. Aucun lien entre la faade et lintrieur du btiment (dsolidarisation complte hormis les liaisons ponctuelles ncessaires au contreventement de la faade).

Mesures environnementales Choix des matriaux selon leur analyse de cycle de vie, isolation des faades par laine de chanvre (14 cm), isolation du sol par panneaux de lige expans (8 cm), isolation des toitures et terrasses en mousse rsolique Kingspan K4 (12 cm), rcupration des eaux de pluie (2 citernes de 20 000 litres chacune, rduction de 50% de la consommation totale). Loggias bioclimatiques : balcon prfabriqu rupture de pont thermique et fermeture par vitrage accordon en verre tremp (paisseur 16 mm).

Installations techniques 36 m2 de panneaux solaires thermiques (ECS) : chauffage collectif avec unit de cognration (37 kW thermique et 17 kVA lectrique) et 2 chaudire au gaz (120 kW chacune) avec mini-rseau de chaleur : systme de ventilation double flux (rcupration 88%).

Performances thermiques 49 kWh/.an (moyenne pour tout le site, calcul hors apport bioclimatique des loggias).

Rfrence : Pierre LEFEVRE, Recyclage urbain, le nouveau visage du patrimoine, revue Ecologik n25, fvrier/mars 2012.


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1.2. CONTEXTE HISTORIQUE La Savonnerie Heymans est un ancien ensemble industriel situ quelques centaines de mtres de la Grand Place de Bruxelles. Il sagit dun projet de rnovation et rhabilitation urbaine. Le projet couvre 6500 m2. Aprs la fermeture de lusine, une srie de petites activits sy sont succdes avant que le site ne soit dfinitivement dsert en 1994, laissant un patrimoine immobilier trs dlabr et un sol fortement pollu. Ce nest que 10 ans plus tard que le Centre Public dAction Sociale (CPAS) de Bruxelles en fait lacquisition pour y construire 42 logements sociaux. Il lance alors un concours qui sera remport par lagence bruxelloise MDW Architecture.

1.3. TYPOLOGIE VARIE Lopration mle des immeubles neufs (A, B, C & D) et trois anciens rnovs : le relais de la malle-poste du 18e sicle, les anciens bureaux de la savonnerie et lentrept du 19e sicle (respectivement H & E). MDW a galement conserv la chemine qui sert maintenant la ventilation des 45 places de parking en sous-sol. Selon MDW, le projet relve dune rflexion globale en terme de performances environnementales et de mixit programmatique. Ainsi, la savonnerie comprend des studios, des appartements de une six chambres, des duplex, des lofts et des maisonnettes. Une laverie, un salon commun et une garderie permettent galement de crer des opportunits de rencontres.

1.4. PROJET HAUTE PERFORMANCE NERGTIQUE Louverture du site de lancienne savonnerie a demand au pralable une dpollution du sol. Ds lors, toutes les terres excaves pour raliser les fondations et le parking souterrain ont t assainies, et seuls les 50 premiers centimtres dpaisseur du reste du site ont t traits pour limiter les cots importants. Une membrane tanche empche les eaux de pluie de sinfiltrer dans le sol et dentrainer ainsi des polluants vers la nappe phratique assure cependant larchitecte Gilles Debrun.

Les ambitions en matire dco-construction et de dveloppement durable sont fortes ds le dbut du projet en 2005 : la consommation de chauffage ne doit pas dpasser 49 kWh/m2.an (ce qui reste bien en-dessous de la valeur moyenne de Bruxelles qui est de 150 kWh/m2/an). Le concepteur sest concentr sur une architecture trs compacte avec une bonne isolation de lenveloppe. Il dote galement les constructions neuves de loggias bioclimatiques qui crent un espace tampon. Cependant, cest dans la rnovation de lentrept du 19e sicle que le projet est all le plus loin en ralisant un btiment trs basse nergie (consommation de chauffage < 30 kWh/ m2.an) selon les critres de lIBGE. De plus, le choix des matriaux a aussi t dict par lanalyse du cycle de vie (ACV) et la norme NIBE.

1.5. EAU CHAUDE SOLAIRE ET RCUPRATION DES EAUX DE PLUIE Dans cette optique de performances nergtiques, un effort a galement t ralis pour utiliser lnergie solaire et rcuprer les eaux de pluie. En effet, 36 m de panneaux solaires thermiques sont installs sur le toit du btiment A qui donne sur la rue, ils sont combins 2 ballons solaires de 1000 litres qui couvrent 30% des besoins du projet sur un bilan annuel. Par ailleurs, les logements sont quips dun systme ventilation double flux semi-collectif avec un taux de rcupration de 88%. Le chauffage est assur par une chaudire gaz condensation et une petite unit de cognration (la vente de llectricit produite pourrait en thorie allger les charges).

Les eaux de pluie quant elles sont en partie rcupres et stockes dans des citernes. Elles alimentent ensuite la laverie et les sanitaires communs, ainsi que les toilettes du btiment E via un rseau de distribution spcifique. Elles assurent galement larrosage des parties extrieures.


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Lentrept a conserv son ossature en acier, renforce par de nouveaux planchers et un noyau central en bton. Le tout est emball dans une ossature bois dote de 14 cm de cellulose et de 5 cm de laine de roche. Un taux moyen de renouvellement de 1,5 volume par heure a pu tre atteint.


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2. ANALYSE GLOBALE DES QUIPEMENTS Le projet de la Savonnerie Heymans, par la volont du CPAS de Bruxelles, sinscrit dans une logique de dveloppement durable et propose ainsi des logements dits durables des locataires bas revenus.

Nous proposons dtudier les logiques mises en place par les architectes de chez MDW Architecture et les ingnieurs en TS de MK Engineering.

Les stratgies mises en place ds la phase desquisse peuvent se rsumer en trois grands points :

- Minimisation des pertes et donc des besoins nergtiques ; - Optimisation des moyens de conversion et de distribution des flux nergtiques ; - Utilisation de sources dnergie alternative.

Ces stratgies sont appliques tous les domaines dquipement du projet : ventilation, chauffage, lectricit eau chaude sanitaire (ECS), utilisation deau froide et eaux uses.

Dans la suite du travail, une tude premirement globale et qualitative de ces quipements sera faite pour lensemble du complexe de la Savonnerie (btiments A, B, C, D, E et H) ; pour ensuite focaliser ltude quantitative des techniques mises en place sur un btiment en particulier : le btiment A et plus spcifiquement deux logements significatifs.

Les calculs, fichiers .xls laisss en pice jointe, sont faits pour tous les blocs et suivent la mme logique que le btiment A qui sera plus dvelopp plan de situation de ces logements particuliers en annexe B.


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2.1. VENTILATION Les standards de btiment basse nergie imposent une tanchit l'air importante et donc la mise en uvre d'une ventilation contrle. Afin de limiter les pertes de chaleur, une ventilation double flux avec rcupration de chaleur a t mise en uvre dans chaque btiment. C'est donc un systme D+ qui a t choisi (pulsion-extraction-changeur).

L'air neuf, puis gnralement au rez-de-chausse, est inject dans les locaux secs (chambres et living) alors que l'air vici est extrait depuis les locaux humides (cuisines, salles de bain et toilettes) et rejet en faade.

Des ouvertures de transfert entre locaux secs et humides permettent la rgulation de l'air et de l'humidit dans les pices. L'nergie calorifique contenue dans l'air vici est extraite dans l'changeur de chaleur haut rendement (>88%) et transmise l'air neuf.

Dans le cas tudi, la ventilation n'est pas couple une unit de chauffe, elle permet de satisfaire les dbits hyginiques uniquement et atteignent un renouvellement horaire dune fois et demi le volume des pices alimentes.

2.2. EAU DE CHAUFFAGE (ECH) ET EAU CHAUDE SANITAIRE (ECS)

2.2.1. CHAUFFERIE CENTRALISE ET RGULATION

Le site possde une installation commune aux btiments A, B, C, D, E et H. Un rseau de type urbain calorifug (50 mm d'isolant sur tout le rseau jusqu'aux appartements) distribue lensemble des appartements en vitant les pertes lors de ce transfert leurs circulateurs propres.

La chaufferie est constitue de trois lments : chaudire au gaz basse temprature (120kW, rdm=85%) ; chaudire condensation (120kW, rdm=95%) ; unit de cognration au gaz (36kW, rdm=60% + 17kVA, rdm=30%) qui combine production de chaleur et d'lectricit.

Ces trois chaudires au gaz naturel alimentent un ballon tampon qui distribue les appartements en ECH ainsi que le ballon dappoint dECS. Ce dernier est galement aliment par les ballons solaires. Le lecteur est invit prendre connaissance du schma hydraulique du complexe laiss en annexe D ainsi que la situation de ces lments dans le site en annexe C.

Ce regroupement des installations et le raccordement offrent de nombreux avantages:

- rationalisation des cots

- simplification de maintenance

- gain d'encombrement

- possibilit d'utilisation de sources alternatives et/ou renouvelables

Il y a toutefois l'inconvnient pour le locataire de ne pas avoir la matrise totale des frais de l'installation de chauffage (charges, entretient, maintenance, etc.).

Un programme de gestion informatique centralise permet de piloter la chaufferie distance, laissant ainsi la possibilit au CPAS de grer les chaudires en fonction des variables climatiques.

Des thermostats d'ambiance et des vannes thermostatiques permettent galement aux particuliers de grer la temprature de leur logement. Le comptage des charges est galement individualis grce un compteur intgr dans chaque appartement.

Daprs les architectes et les promoteurs, les besoins finaux pour le chauffage atteignent 49 kWh/m.an. Il serait intressant de mettre en perspective ces valeurs qui semblent tre une moyenne faite pour lensemble du site.

FIGURE 1 - VITESSES DANS GAINES DE PULSION ET EXTRACTION POUR STUDIO


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2.2.2. LIMITATION DES PERTES ET OPTIMISATION DES GAINS

Dans l'optique de minimiser les pertes et les gaspillages, des mitigeurs et des limiteurs de dbit ont t installs pour tous les robinets de puisage d'ECS.

Le rseau a t pens de manire minimiser la longueur des tuyauteries et donc les pertes de chaleur en ligne.

36 m de panneaux solaires situs en toiture du btiment A alimentent deux ballon de 1000 litres chacun en eau chaude. Un ballon dappoint de 1000 litres est galement prvu pour lECS.

FIGURE 2 - SCHMA DE PRINCIPE DE COMPTAGE DES FLUX THERMIQUES

2.3. GESTION DES EAUX La minimisation du besoin en eau froide (EFR) est assure par linstallation de divers systmes :

- Toilettes : chasses double flush

- quipements sanitaires : mitigeurs, limitateurs de dbit et pommeaux faible consommation

- Lave-linge et lave-vaisselle : matriel lectromnager de classe A et A+

De plus, trois rseaux deaux uses sont mis en place sur lensemble du complexe. Les eaux grises et eaux noires sont rejetes dans lgouttage public.

Une gestion des eaux de pluie intelligente a t mise en place sur lensemble du complexe. Les toitures plates des btiments A D permettent de rcuprer ces eaux de pluie et dalimenter deux citernes de 20 000 litres chacune. Ces dernires, au vu peut-tre de la nature du sol pollu, sont situes dans le parking en sous-sol du btiment.

Cette rcupration des eaux de pluie permet dalimenter les locaux communs ainsi que le btiment E en eau pour les toilettes et machines laver. La toiture du btiment E ne constitue cependant pas une surface de rcupration des eaux. En consquence, une toiture vgtalise permet un dphasage de rejet de ces eaux pluviales dans le rseau dgouttage urbain.


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2.4. LECTRICIT Lclairage des communs (caves, parkings, circulations, etc.) se fait laide de lampes dcharge (tubes TL) et de LEDs (lampes PL) quipes de dtecteurs de mouvements et minuteurs. Un clairage minimal est maintenu dans les espaces communs extrieurs grce des sondes crpusculaires.

Lensemble du complexe commun est aliment par lunit de cognration mettant disposition une puissance de 17 kVA. Un compteur bidirectionnel permet tant dintroduire le surplus de production dans le rseau public que de subvenir aux ventuelles baisses de rgime de lunit de cognration.

Les logements sont uniquement aliments par le rseau public Sibelga triphas 400 volts et disposent de compteurs bihoraire individuels.

FIGURE 3 - SCHMA DE PRINCIPE DE COMPTAGE DES FLUX LECTRIQUE


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3. ANALYSE APPROFONDIE Les tudes suivantes se basent pour la plupart sur les plans TS transmis par Piotr Kowalski, ingnieur chez MK Engineering.

De multiples calculs de vrification des dimensionnements ont t effectus pour lensemble des btiments A D (voire E dans certains cas). Dans un souci de clart et de synthse, nous allons approfondir et dvelopper certains rsultats pour le btiment A et plus particulirement deux logements type qui le constituent.

[A.2.4] Studio situ au R+2 sur lextrmit E du bloc, 1 chambre

[A.3.2] Appartement situ au R+3 au centre du bloc, 4 chambres

Lensemble des gaines verticales sont regroupes dans cinq trmies (A.1 A.5) desservant tous les appartements du btiment et deux trmies (A0 et A5) uniquement au rez-de-chausse. Le schma gnral de ces trmies est laiss en annexe E.

3.1. INSTALLATIONS DE VENTILATION HYGINIQUE

3.1.1. VRIFICATION DES DBITS

Une premire vrification propre aux appartements est de satisfaire lquilibrage des dbits entrant et sortant. La pulsion dair neuf se faisant dans le living et les chambres, le transfert entre les pices se fait au moyen de grilles pour ensuite tre extrait dans les pices humides telles que la salle de bain, les toilettes ou encore la cuisine.

Il est galement ncessaire de vrifier la suffisance de ces dbits quant la fonction des pices quils alimentent. Pour se faire, nous nous basons sur la norme NBN-D50-0011 qui constitue la norme de rfrence en RBC et RW pour les locaux rsidentiels.

Pice Dbit puls [m/h] Dbit extrait [m/h] Dbit norme [m/h]

Living (28 m) 75 100.80

Chambre (2 pers, 14.3 m) 50 51.48

Cuisine ferme (8.6 m) 25 (+ hotte 350) 30.96 (min 50)

WC 25 Min 25

Salle de bain 50 Min 50

Rangement 25 NA

total 125 125 quilibre OK

TABLEAU 1 - DBITS DANS STUDIO

Pice Dbit puls [m/h] Dbit extrait [m/h] Dbit conseill [m/h]

Living (33.1 m) 75 119.16

Chambre 1 (2 pers, 16 m) 50 57.6

Chambre 2 (1 pers, 9 m) 25 32.4

Chambre 3 (1 pers, 10.5 m) 50 37.8

Chambre 4 (1 pers, 9 m) 25 32.4

Cuisine ferme (8 m) 25 (+ hotte 350) 28.8 (min 50)

WC 1 25 Min 25

WC 2 25 Min 25

Salle de bain 1 50 Min 50

Salle de bain 2 50 Min 50

Buanderie 25 Min 50

Rangement 25 NA

total 125 125 quilibre OK

TABLEAU 2 - DBITS DANS APPARTEMENT 4CH

1 NBN D50-001 prvoit 3.6 m/(h.m) ainsi que des bornes de valeurs laisses en annexe du travail.


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Sans grande surprise, on remarque que les dbits sont bien quilibrs entre pulsion et extraction au sein dun mme logement. On peut attirer lattention du lecteur sur la ncessit de permettre une arrive dair suffisante dans la cuisine lorsque la hotte sera en marche, par exemple en ouvrant une fentre.

Il est cependant trange que de telles incohrences des dbits de pulsion entre locaux de mme type soient dceler. A titre dexemple, une chambre une personne bnficie de 50 m/h dair neuf tandis que dans un autre logement, une chambre prvue pour accueillir le mme nombre de personnes nest alimente que par la moiti dair neuf, savoir 25 m/h. Cela peut simplement tre expliqu par le fait de devoir quilibrer les dbits darrive et de sortie ; voir si cela na pas dincidence sur la qualit de lair.

Plus tonnant, les dbits proposs par la norme ne sont pas respects, et ce dans la plupart des pices.

3.1.2. RENOUVELLEMENT HORAIRE

Le renouvellement horaire avanc par les concepteurs est de 1.5 volume par heure. Intressons-nous plus en dtail aux appartements analyss.

Volume [m] Dbit entrant [m/h] Renouvellent horaire [1/h]

Living 72.8 75 1.03

Chambre 37.18 50 1.34

Studio 192.92 125 0.65

Living 86.06 75 0.87

Chambre 1 41.6 50 1.20

Chambre 2 23.4 25 1.07

Chambre 3 27.3 50 1.83

Chambre 4 23.4 25 1.07

Appartement 356.98 125 0.35 TABLEAU 3 - RENOUVELLEMENT HORAIRE PAR PICE

Constatons que le renouvellement horaire des pices est moins important que les valeurs avances. Cependant un renouvellement par heure reste trs valable dun point de vue hyginique pour ce type de lieu.

On peut pointer une incohrence dj releve dans la section prcdente quant des dbits trop grands dans certaines pices qui amnent quasiment deux renouvellements horaires.

3.1.3. VITESSE DANS LES CONDUITS

La seconde tape de la vrification du dimensionnement du rseau de ventilation hyginique est le calcul des vitesses dans les conduits horizontaux et verticaux.

Lensemble des conduits est constitu dlments rigides sections circulaires. Cela permet de minimiser les pertes de charges par rapport des solutions souples et/ou sections rectangulaires.

Nous allons privilgier des basses pressions dans les conduits traversant les locaux mais, afin de gagner de la place, nous nous permettrons daugmenter la vitesse dans les conduits isols du bruit. Les vitesses maximales admissibles afin dviter un rseau trop bruyant sont, pour le secteur rsidentiel, en [m/s] :

4 (gaine principale) 2 (drivation) 1 (grille, bouche)

Lanalyse des conduits dans lappartement 4 chambres donne les vitesses suivantes. Les calculs sont bass sur les sections en place et les dbits installs.


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Les vitesses semblent donc en cohrence avec les valeurs classiques. Pour la totalit du btiment, on est donc dans un rseau basse pression et ce mme dans les trmies verticales isoles du bruit. Cela permet de limiter les pertes de charges (ces dernires augmentant avec le carr de la vitesse) et ainsi les consommations des ventilateurs.

Il serait galement intressant danalyser les vitesses de lair au droit des bouches, cependant nous ne disposons pas des informations ncessaires pour estimer ces valeurs. Si cette dernire savre critique, il est toujours possible de placer des silencieux pour limiter les gnes.

3.1.4. GROUPE DE PULSION/EXTRACTION DU BTIMENT A

On peut largir ltude lchelle de lensemble du btiment et tenter de comprendre la logique qui lie ces trmies et les conduits de ventilations quelles comportent.

FIGURE 4- SCHMA DE PULSION [M/H]

On a donc une prise dair de 2 550 m/h (en pointe) sur le coin Nord Est en faade rez-de-chausse par lintermdiaire de grilles possdant une surface nette de 0.36 m. Une vitesse de prise dair de 1.96 m/s ne ncessite pas de protection particulire cette prise ; cela peut donc expliquer quelle se situe au rez-de-chausse donnant sur un lieu de passage public.

Cette prise dair se trouve assez proche de la centrale de traitement de lair ce qui permet de limiter les pertes de charges. De plus, elle trouve son origine en intrieur dlot et non du ct rue, ce qui permet dviter laspiration de polluants.

Tout cela se centralise dans un local technique rassemblant les uniques groupes de pulsion et dextraction (GPE) qui alimentent le btiment A, la mme logique est applique aux autres btiments. Le local technique destin accueillir ce GPE de (120*150cm) possde une surface de 7.5 m.


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3.2. INSTALLATIONS DE CHAUFFAGE

3.2.1. ESTIMATION DES BESOINS EN NERGIE DE CHAUFFAGE

Les besoins en nergie de chauffage du complexe peuvent rapidement tre estims avec une prcision relative par la mthode des degr-jour 15/15.

On se propose de vrifier la valeur de 49 kWh/m.an indique dans les documents et de voir en dtail les besoins propre chaque btiment.

Les hypothses faites dans les calculs sont relativement arbitraires mais se vrifient :

U_mur = 0.26, U_vitrage = 1.3

1.5 renouvellement horaire avec rcupration de 88% de lnergie

On ignore les changes thermiques via les parois en contact avec le voisinage (bat.E)

La mthode de calcul est celle des degr-jour 15/15 dtaille ci-dessous.

= ( + 0.34 ) 0.024 []

Le tout tant ramen une valeur sur lanne pour une unit de surface.

Bat.A Bat.B Bat.C Bat.D Bat.E (rnovation)

Besoin [kWh/m.an] 37.9 51.5 64.4 39 27.9

Besoin total moyen 41.7 [kWh/m.an] TABLEAU 4 - BESOIN EN NERGIE DE CHAUFFAGE SELON DJ15/15

On vrifie donc la valeur de 49 kWh/m.an avance par les concepteurs, cependant il est intressant de remarquer que cette dernire ne constitue quune moyenne des besoins de lensemble des btiments.

Le btiment E en revanche vrifie effectivement ses revendications basse nergie en se plaant tout juste sous la barre des 30 kWh/m.an.

Certains sont considrablement plus performants que dautres avec un cart de prs de 230% entre le plus performant et le moins performant du point de vue de lenveloppe. Et un cart de 170% entre les btiments neufs (Bat.A et Bat.C).

Remarquons que seulement 75.5% de surface plancher du complexe ne demande un besoin en nergie infrieur 49 kWh/m.an. On peut aussi comparer ces besoins avec les normes PEB qui proposent une consommation maximale de 15 kWh/m.an pour un btiment passif. Les valeurs ici calcules sont bien en-dessous de cette rglementation. On pourrait affiner le calcul en y soustrayant les apports gratuits tels que les gains solaires et gains internes. Mais concluons en disant que les btiments du complexe sont nergtiquement intressants par rapport la moyenne des logements bruxellois qui est de 150 kWh/m.an.

3.2.2. ESTIMATION DE LA PUISSANCE DE CHAUFFE

Pour valuer et pouvoir dimensionner les installations de chauffage, il est pralablement ncessaire destimer les puissances de chauffe ncessaires aux logements.

Les hypothses pour estimer ces pertes sont les suivantes :

U_fentres = 1.3 ; U_mursExt = 0.26 2

dbits ventilation installs (voir point 3.1) et rcupration 88%

T_int = 20C ; T_ext = -9C

les loggias sont des espaces extrieurs (hypothse de calcul des architectes galement)

calculs selon la norme NBN EN12831

puissance de relance selon NF EN 12-831

2 Murs extrieurs : bloc bton (19cm) + laine de chanvre (14cm) ; double vitrage


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Valeurs en [W] Sjour Chambre 1

Pertes par transmission 671.36 304.1

faade 164.67 50.67

Fentre 506.69 253.34

Pertes par ventilation 88.74 59.16

Puissance de relance

Maximum (1h, haute inertie) 6705 742.5

Moyenne (4h, inertie moyenne) 1043 115.5

Minimum (4h, inertie faible) 298 33

Puissance ncessaire

Maximum (f_RH=45) 7465.1 1105.7

Moyenne (f_RH=7) 1803.1 478.7

Minimum (f_RH=2) 1058.1 396.2

TABLEAU 5 - ESTIMATION DE LA PUISSANCE DE CHAUFFE

3.2.3. DIMENSIONNEMENT DES CORPS DE CHAUFFE

La mthode de calcul utilise dans cette section se rfre la norme NBN D13-001 pour se ramener une mission normalise E60.

=

= (

). ; = 1

Puissance ncessaire Sjour Chambre 1

Maximum (f_RH=45) 7465.1 1105.7

Moyenne (f_RH=7) 1803.1 478.7

Minimum (f_RH=2) 1058.1 396.2

Puissance installe 2200 950

Nombre dappareils 2 1

Puissance propre E_rel 1100 950

E60 650 560

TABLEAU 6 - DIMENSIONNEMENT CORPS DE CHAUFFE

On constate ici que le dimensionnement des corps de chauffe est suffisant dans le cas dun temps de rcupration long (4 heures) et dune inertie moyenne.

Des radiateurs rayonnants de 600 mm de long sont placs dans les logements et dimensionns sur base dun rgime de temprature 70/50 C pour une ambiance de 20 C. En calculant les puissances normalises, on peut facilement estimer le type de radiateur install.

Donc, de simples radiateurs type 10 de 300 mm de haut sont suffisants pour subvenir aux besoins des pices analyses.

Les radiateurs en place ont 200 mm de haut pour 180 mm dpaisseur. La hauteur tant moins importante que le dimensionnement effectu, ces derniers ont gagn en puissance en augmentant lpaisseur en optant pour un type de radiateur plus performant (22 ou 33).


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3.2.4. DIMENSIONNEMENT DES CANALISATIONS

La mthode de calcul utilise dans cette section se rfre la mthode de calcul propose dans le cadre du cours, savoir :

=[]

1.16 ; [ ] =

/[]

On peut vrifier lordre de grandeur des vitesses dans les conduits dECH en mettant en relation la puissance vhicule et le diamtre de conduit install. Les radiateurs fonctionnant un rgime 70/50C. On peut facilement en dduire le dbit.

trmie A2 radiateur sjour

Puissance distribue [W] 11 400 1 200

Dbit [L/h] 491 52

diamtre conduit [mm] 25 20

Vitesse ECH [m/s] 0.28 0.028 TABLEAU 7 - VRIFICATION DES VITESSES D'EAUX SANITAIRE SUR BASE DE LA PUISSANCE

Ces valeurs nous paraissent trangement basses par rapport ce que lon pourrait se permettre dans de telles situations (0.4 [m/s] dans les locaux et 1 [m/s] dans les trmies). Cependant, les pertes de charges croissant avec le cass de la vitesse, des sections rduites augmentent ces pertes et ainsi la puissance de la pompe. On imagine que le compromis a t trouv entre puissance de pompage et encombrement des conduits.

3.2.5. PUISSANCE DE LA CHAUFFERIE

Il est galement intressant de vrifier la puissance installe par le biais des chaudires pour le chauffage de lECS et ECH. Jetons un rapide coup dil au fonctionnement du systme mis en place. On renvoie le lecteur en annexe C pour le schma hydraulique.

Trois chaudires au gaz naturel alimentent un ballon tampon qui distribue les appartements en ECH ainsi que le ballon dappoint dECS. Ce dernier est galement aliment par deux ballons solaires.

- Chaudire condensation, Pth = 120 kW, 70/50C

- Chaudire haut rendement, Pth = 120 kW, 70/50C

- Chaudire cognration, Pth = 36 kW, 80/60C, Pel = 17 kVA

- Ballon tampon ECH, 860 L

- Ballon dappoint ECS, 1000 L, Pab = 86 kW, 60/55C

- Ballons solaire, 2*1000 L

En sommant les puissances des radiateurs installs ainsi que les besoin pour lECS, on peut se donner une ide de la puissance de chauffe ncessaire si lon opte pour un systme centralis direct.

P_chauffage = 198.65 kW + P_ecs = 168 kW (sans fonctionnement des panneaux solaires) = 366.65 kW

Or, en sommant la puissance installe des trois chaudires, on arrive 75% (276 kW) de la puissance ncessaire. Dans ce cas-ci, le systme mis en place est une prparation en semi-instantan dans un ballon de 860 litres mais, au vu de la puissance installe et en cas de priode de pointe, le systme nprouvera aucun problme satisfaire les besoins de chauffage de lensemble du site.

Lavantage de ce mode de prparation rside principalement dans lencombrement rduit par une accumulation pure ainsi que la puissance rduite ncessaire par rapport de linstantan pur. Deux solutions qui seraient inimaginables pour un tel complexe de logements.


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3.2.6. CONSOMMATION DNERG IE

Les concepteurs ont opt pour un combustible ne ncessitant pas de volume de stockage. Le gaz naturel est assez intressant en milieu urbain lorsque ce dernier est aliment par un rseau comme cest le cas Bruxelles.

Lorsque les chaudires fonctionnent plein rgime, la consommation horaire de gaz naturel peut tre estime. Sur base du PCI du gaz naturel on dtermine une consommation horaire de 27.6 mgaz/h. On optera donc pour un rseau moyenne pression qui sera quip dun poste de dtente gaz.

Un tel lment a un encombrement non ngligeable de, lorsque la consommation est infrieure 100 m/h, 4 m*1.5 m. 6 m supplmentaires devront donc tre prvus dans le local chaufferie.

Nous pouvons comparer cela avec dautres systmes tels quun chauffage au mazout, lectrique ou au bois, tant du point de vue de la consommation que du volume de stockage ncessaire.

Hypothses faites dans les calculs :

Puissance maximale de la chaufferie : 276 kW

Priode de chauffe : 5000 heures temprature moyenne de 5C

Bien quil soit difficile de dterminer la dure exacte dune priode de chauffe, selon nos hypothses, cette dernire peut ncessiter 740 MWh, nous comparons ici le cot de diffrents combustibles et lespace ncessaire pour passer la priode de chauffe.

Gaz Bois (pellets) Fuel

Volume ncessaire [m] 73 928 224 73.94

Volume de stockage prvoir Poste dtente 6m Cuve de 74 m

Cot dune priode de chauffe 43 322 27 353 42 583

Cot par logement [/lgmt] 1032 651 1014

Cot au m [/m] 68 43 67 TABLEAU 8 - COMPARAISON DES COMBUSTIBLES

On constate que le parti de choisir une alimentation au gaz a toute sa logique dans un complexe de logement situ en centre-ville. En effet, bien que les autres combustibles soient moins3 chers que le gaz, linvestissement dans un espace de stockage qui ne pourra tre amorti pas la location de logements fait le contre poids.

3 Sur les moyennes annuelles de 1995 2004, le fuel est effectivement moins cher que le gaz. De 2004 2009, le prix tendance squilibrer. Il devient donc difficile de prendre position si lon se base uniquement sur le critre du prix.


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3.3. INSTALLATIONS DEAU SANITAIRE ET EAUX USES

3.3.1. ESTIMATION DES BESOINS EN EAU SANITAIRE

Une estimation des besoins en ECS spcifique la trmie A2 permettra de dimensionner les canalisations. Cette trmie dessert trois logements en ECS.

type nombre ECS [L/unit] EFR [L/unit]

Lavabo 8 6 6

Baignoire 3 15 15

Douche 1 12 12

Toilette 3 0 6

vier 2 12 12

Machine laver 2 0 6

Lave-vaisselle 2 0 6

Total Qu 111 [L/min] 171 [L/min]

TABLEAU 9 - BESOINS EN ECS/EFR POUR TRMIE A2

3.3.2. DIMENSIONNEMENT DES CONDUITS

Nous pouvons ds lors vrifier les sections de canalisations deau sanitaire mises en place dans la trmie A2.

ECS EFR

Total Qu [L/min] 111 171

SIM 0.3162 0.3

Dbit de pointe Qp [L/min] 35.1 51.3

DS [mm] 19 21

D install [mm] 25 25

TABLEAU 10- DIMENSIONNEMENT DES CONDUITES D'ECS ET EFR

Les descentes deaux fcales (DEF) et eaux uses (DEU) sont spares. Les premires sont dimensionnes selon une section minimale installer pour permettre lvacuation des solides.

Les descentes deaux uses (DEU), permettant lvacuation des installations sanitaires desquelles sont exemptes les toilettes.

DEF

DN min [mm] 100

D install [mm] 110

DEU

Qu [L/min] 153

SIM 0.3

Qp [L/min] 45.9

DN [mm] 67

D install [mm] 75

TABLEAU 11 - DIMENSIONNEMENT D'VACUATION DES EAUX USES


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3.4. PANNEAUX SOLAIRES

3.4.1. SYSTME MIS EN PLACE

Un chauffe-eau solaire est compos de quatre lments :

- Systme de charge = panneaux solaires (ici 4*9 m en toiture du btiment A) - Systme de stockage = ballon solaire (ici 2*1000 litres) - Systme dappoint = systme dappoint de chaleur pour atteindre la temprature de la boucle sanitaire

ici de 70C (trois chaudires alimentant un troisime ballon de 86O litres) - Systme de dcharge = diffrents points de puisage dECS

Linstallation que nous avons ici est une boucle solaire ferme (ou indirecte) circulation force. Le fluide chauff dans les capteurs solaires chauffe indirectement leau de consommation travers un changeur dans le ballon. Un dispositif de pompage permet la circulation du fluide dans la boucle solaire dans le cas o les capteurs solaires sont situs au-dessus du/des ballons solaire.

Ce systme est le plus communment utilis dans nos climats premirement cause des risques de gel quaurait engendr une boucle ouverte ainsi qu limpossibilit de mettre en place un thermosiphon (le fluide circule par convection naturelle dans la boucle solaire) difficilement maitrisable dans des rgions peu ensoleilles.

FIGURE 5 - BOUCLE FERME ET CIRCULATION FORCE

Leau pralablement chauffe par les capteurs solaires dans les deux ballons transite ensuite dans un ballon dappoint en tant rgule maximum 80C avant le mlange. En cas de temprature insuffisante, le systme de chaudires est l pour amener lappoint de chaleur ncessaire.

FIGURE 6 - SCHMA DE PRINCIPE DU CHAUFFE-EAU SOLAIRE MIS EN PLACE

Un vase dexpansion solaire permet de maintenir le fluide caloporteur une pression de 1 bar larrt et 6 bar en fonctionnement ; un tel systme est dit sous pression . Il aurait pu tre intressant de mettre en place un systme vidangeable o le fluide caloporteur est recueilli lorsque le systme ne fonctionne pas, en hiver ou en cas de surchauffe estivale par exemple. En plus de faciliter la mise en place (pas de manomtre, de vase dexpansion, de purgeur ni de clapet anti-retour), ce systme permet dviter une usure acclre des composants.

Le raccordement des capteurs, dans ce cas assez complexe (4 plans de 9 m de panneaux solaires raccordes individuellement en srie constituant des ranges montes en parallle), semble faire le bon compromis entre les montes de temprature importante que permet le raccordement en srie (au prix de pertes thermiques plus importantes) et lavantage nergtique quapporte un raccordement en parallle.


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3.4.2. DIMENSIONNEMENT DU CHAUFFE-EAU SOLAIRE

Hypothses retenues :

rayonnement solaire sur surface horizontale Bruxelles : 1 000 [kWh/m.an]

rendement des capteurs solaire : 40%

surface de capteurs solaires thermique : 36 m

volume de stockage ncessaire : 60L/m de capteurs

Lnergie apporte par les panneaux solaires peut tre estim 14 400 kWh/an. Cela nous permet de conclure que les 36 m de panneaux solaires couvrent 20% des besoins en ECS de lensemble du site et ce, sur un bilan annuel.

On peut arriver aux 30% communiqus par les concepteurs en considrant un rendement de 60% pour les capteurs solaires.

On peut galement se proposer de vrifier le dimensionnement des ballons solaire : 60 L sont habituellement installs par mtre-carr de capteur. Cela nous donne un volume de stockage de 2 160 litres, en adquation avec les 2*1000 litres installs.


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3.5. GESTION DES EAUX DE PLUIE Les hypothses faites pour les calculs qui suivent sont :

Simulation dun orage : 3L/m.min

Toiture vgtation extensive : taux de rcupration moyen = 60%

Pluviomtrie annuelle Bruxelles : 780 L/m

Eau de rinage des toilettes :

33 L/p/j pour les logements

7 L/rinage avec 10 rinages/jour pour commun

3.5.1. DIMENSIONNEMENT DES DESCENTES DEAU

Lensemble des toitures du complexe sont plates et un systme de rcuprations des eaux pluviales est mis en place et centralis au complexe de logements. Un premier dimensionnement des descentes deau de toiture du btiment A sera suivi de lestimation des quantits deau rcupres pour en dduire lautonomie possible en eau de pluie.

Toiture en projection horizontale [m] 300

Dbit de pluie sur toiture [L/min] 900

Nombre de descentes deau 5

Dbit par descente deau [L/min] 180

Diamtre des descentes installes [mm] 75 90 90 90 90 TABLEAU 12 - DIMENSIONNEMENT DES DESCENTES D'EAU

Avec le graphe de dimensionnement pour une colonne rectiligne avec entre arrte vive, on est dans des sections plus petites de lordre de 50 mm. On suppose donc que lentre possde une gomtrie diffrente et ncessite donc des sections plus importantes pour les descentes deau.

3.5.2. RCUPRATION DES EAUX ET AUTONOMIE

Bat.A Bat.B Bat.C Bat.D Site hors toitures

Pluviomtrie annuelle 780 [L/m]

Surface de collecte [m] 300 52 156 214 86 4392

Taux de rcupration 0.6 0.3 quivalent toiture extensive

Rendement prfiltres 1 1

Coefficient de pente 1 1

Total [L/an] 140 400 24 336 60 840 100 152 51.60 1 027 728

Total [m/an] 140.40 24.24 60.84 100.15 0.05 1 027

Total complexe 325.78 [m/an] ; 325 780 [L/an] 1353.5 [m/an] TABLEAU 13 - VOLUME DE PLUIE SUR SITE

En considrant uniquement les eaux de toiture, on arrive 16 remplissages/an de la citerne de 20 000 litres. Si lon y ajoute les eaux du rez-de-chausse, ce chiffre monte 68 remplissages annuels. La seconde citerne dgalement 20 000 litres fait office de bassin dorage en cas de dbordement de la premire. Aucune eau ne sera puise dans cette dernire pour alimenter le complexe.


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Nous pouvons ds lors tenter de dterminer lautonomie du complexe avec une telle citerne ; sachant quelle alimente le btiment E (9 personnes) ainsi que lensemble des communs (8 toilettes) en eaux de toilettes.

Btiment E Locaux communs

9 personnes 8 toilettes

33 L/pers/jour 7 L/chasse/j 10 chasse/j

Eau ncessaire 108.4 [m/an] 204.4 [m/an]

312.8

Nombre de remplissage citerne annuels 15.6

Autonomie 23.3 jours TABLEAU 14 - AUTONOMIE EN EAU DE PLUIE

FIGURE 7 - SCHMA DE FONCTIONNEMENT DES CITERNES


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4. ANALYSE CRITIQUE ET CONCLUSION Ce travail nous a permis de mettre en application les connaissances acquises au cours dans le courant du premier quadrimestre. Nous avons pu remarquer que la thorie vue est en cohrence avec les pratiques actuelles.

Travailler sur un projet construit nous a permis de dceler les divergences qui peuvent survenir lors de la conception de ce dernier. Les normes prenant pas en compte toutes les variables pouvant intervenir lors dun dimensionnement de techniques spciales ; dautant plus que dans le cas tudier, les concepteurs ont d se confronter dautres contraintes telles quun budget rduit, une pollution existante sur le site, etc.

Le projet ayant t publi de faon assez consquente, il a rapidement attir notre attention. Lintrt tait donc de vrifier et critiquer les informations communiques par les concepteurs et promoteurs. Nous avons ds lors pu pointer quelques lments qui peuvent prter rflexion.

Bien que prsent comme un projet exemplaire qui sinscrit dans la ligne des btiments haute performance nergtique, les valeurs que nous avons releves, certes moyennant de grandes approximations, remettent lgrement en cause cette information. Aucun des btiments ne se place dans les normes passives, normes qui sont obligatoires ds 2015 pour toute nouvelle construction. Laccent a galement t mis sur la performance du btiment rnov, peut-tre au dtriment des btiments neufs. Cela peut nous amener nous questionner sur les enjeux du standard passif. Cependant, le complexe dans son ensemble sinscrit effectivement dans une logique de rduction des consommations en proposant des factures nergtiques amoindries par rapport la moyenne bruxelloise.

Nous avons galement pu dceler quelques incohrences de conceptions avec la thorie vue au cours ou au sein du projet lui-mme. Les dbits de ventilation semblent tre lgrement en de des normes et parfois pris arbitrairement pour quilibrer ces derniers. Nayant pas de moyen de comparaison, nous nous posons la question de la rcurrence de telles logiques dans dautres projets. Une telle pratique est-elle commune ?

Le btiment D dispose de loggias dites bioclimatiques qui, tant orientes plein sud, doivent tre intressantes en hiver dun point de vue nergtique. Cependant, en t, ces dernires risquent damener de la surchauffe dans les appartements. Les documents communiqus par MK Engineering nous laissent savoir que limpact de ces espaces, tant pour les dsavantages que les avantages, nont t pris en compte dans aucuns des calculs de conception. Il nous parait trange quune telle prcision ait t mise sur la conception du systme de chauffe alors quaucun systme de refroidissement nest prvu dans le projet final. En effet, lorigine, un puits canadien tait envisag mais ne peut tre mis en place faute dun assainissement correct des du sol au-del de 50 premiers centimtres.

Une bonne prise en compte de la gestion des eaux de pluie permet dalimenter une certaine partie du complexe pour les eaux sanitaires. En plus dapporter une plus-value certains appartements, cela est intressant si lon se place lchelle de la ville qui ne cesse de simpermabiliser.

Enfin, la question du public/priv souvent aborde dans les discussions actuelles autour de la construction porte tout son sens avec ce projet. Une organisation collective des logements permet une certaine conomie tant financire qunergtique. Combin des gestions rflchies dlments tels que des services communs, les eaux de pluie ou encore la surface de toiture disponible, le projet urbain peut acqurir une relle plus-value.

Dun point de vue social galement le projet est intressant. Les espaces publics fonctionnent effectivement bien mais plutt une chelle semi publique. La grille dentre et lisolement que confre le btiment A lespace intrieur cre un espace relativement introverti par rapport la ville et non un espace destins aux passants comme voulu par les concepteurs.


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RFRENCES

Pierre LEFEVRE, Recyclage urbain, le nouveau visage du patrimoine, revue Ecologik n25, fvrier/mars 2012.

Gilles DEBRUN, Prsentation Symposium 2012, MDW Architecture, 2012.

MDW Architecture & MK Engineering, Dossier dappel comme btiment exemplaire pour le btiment E, 2007.

Plans techniques de MK Engineering.

Site officiel de EnergiePlus, dernire consultation le 1 6mai 2015. Disponible sur http://www.energieplus-lesite.be

Site officiel de Architecture & Climat, dernire consultation le 15 mai 2015. Disponible sur http://www-climat.arch.ucl.ac.be

Geoffrey VANMOESEKE, LARCB2110 : Equipements du btiment II, UCL, 2015.

Geoffrey VANMOESEKE, LAUCE2363 : Physique applique au btiment (Partie HVAC) , UCL, 2015.

appartement 4 chambres

studioR02 1/200

R03 1/200

Annexe C: plan sous-sol

Citernes EP : 1/100

Plan sous-sol : 1/500

Annexe D: schma hydraulique

Z

LEGENDE

Z,s

Z,s Z,s

Z,s

&,s

R02 sanitaires 1/100

R02 dtail sanitaire dun studio 1/50R00 sanitaires 1/100

eau froide

LEGENDE

eau chaude sanitaire

'

malle poste du 18e sicle et les anciens bureaux de la savonnerie

vue depuis la rue

vue intrieure et dune loggia

Annexe I : Crdit photographique

Savonnerie Heymans

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