Brevet FR2915222A1 — publié le 20081024

ESPACE URBAIN A ECO-GESTION L'invention se rapporte à un espace urbain d'habitat et de lieu de vie d'une population inter-générationnelle, présentant une structure de transformation et de gestion d'énergie pour permettre une éco-gestion. L'éco-gestion est la capacité à gérer de l'énergie, de l'eau, des déchets d'activité, de l'entretien et/ou de la maintenance de manière à restreindre l'impact environnemental d'un bâtiment. Les espaces urbains d'habitat présentent en général un développement aléatoire autour d'un point d'eau, d'axe routier ou de carrefour de dégagements routiers. Les besoins se manifestent successivement dans le temps et les réalisations urbaines, de logements et de services, sont mises en place au gré des capacités financières et/ou des volontés politiques. De tels développements aléatoires sont préjudiciables, en particulier sur les plans économique et énergétique, sans parler des aspects conviviaux. Afin de remédier à ces développements peu rationnels, des plans d'urbanismes et d'occupation du sol sont, bien entendu, élaborés. Cependant, ces développements visent essentiellement à rentabiliser les trajets de transport des résidents, en temps et en facilité d'accès, vers les lieux de travail des grandes agglomérations. La prise en compte des aspects économiques et énergétiques des espaces urbains n'est en général pas prioritaire. Actuellement, la construction d'immeubles à haute qualité environnementale (HQE) est en plein essor. Un immeuble de ce type doit répondre à un certain nombre de critères, tels que la gestion de l'énergie, de l'eau et des déchets d'activités, la maintenance et la pérennité des performances environnementales. Cependant, de tels immeubles sont conçus individuellement, sans intégration ni coopération avec les constructions alentours, notamment d'un point de vue énergétique. Or, un but principal de l'invention vise à tenir compte prioritairement de ces aspects à l'échelle d'un ensemble d'immeubles, en proposant un espace urbain à éco-gestion présentant un bâtiment central regroupant les activités, et autour duquel les logements des résidents sont bâtis. Plus précisément, la présente invention a pour objet un espace urbain à éco-gestion comportant des immeubles de logement et des unités de service, l'espace urbain comprenant un bâtiment sensiblement central muni d'un pôle centralisé de transformation et de gestion d'énergie, les logements étant disposés autour du bâtiment central de manière à optimiser les distances de transport d'énergie entre le pôle de transformation et de gestion d'énergie du bâtiment central et les logements. Le bâtiment central permet de réaliser un gain dans le bilan énergétique du fait de la concentration en un même lieu des moyens de création et de consommation ou de distribution de l'énergie. De préférence, le bâtiment central comprend une serre occupant tout ou partie du bâtiment central. Selon des modes de réalisation particuliers : le bâtiment central peut présenter un toit comprenant une première partie munie de capteurs solaires alimentant un chauffe-eau solaire du pôle centralisé, et une deuxième partie munie de capteurs photovoltaïques électriquement reliées au pôle de transformation et de gestion d'énergie ; la première partie munie de capteurs solaires alimentant un chauffe-eau solaire peut occuper le centre du toit, et la deuxième partie munie de capteurs photovoltaïques peut être une casquette entourant le bâtiment ; au moins une gouttière de récupération d'eau de pluie peut être disposée entre la première et la deuxième partie, la gouttière étant reliée à un moyen de stockage de l'eau de pluie par au moins une conduite d'eau ; - l'espace urbain peut comprendre des panneaux verticaux munis de capteurs photovoltaïques ; - le bâtiment central peut comprendre une piscine ; 3 - la piscine peut être reliée au chauffe-eau solaire par un premier circuit de distribution d'eau pour chauffer l'eau de la piscine ; la piscine peut être reliée directement aux capteurs solaires par un deuxième circuit de distribution d'eau de manière à mettre l'eau de la piscine au contact des capteurs solaires pour les refroidir et à retourner l'eau ainsi chauffée vers la piscine ; - le bâtiment central peut comprendre un système d'aération à échangeur de chaleur comprenant au moins une prise d'air extérieur reliée aux logements par un circuit de ventilation double flux ; le circuit de ventilation double flux peut être relié, en outre, à au moins un puit canadien ; le bâtiment central peut comprendre une dalle de stockage de chaleur ; le bâtiment central et/ou les immeubles d'habitation peuvent présenter une toiture au moins en partie végétalisée ; - le bâtiment central peut comprendre une chaudière à bois alimentée à partir d'une réserve de bois, et reliée aux logements ; l'espace urbain peut comprendre une voie d'accès direct à la réserve de bois de la chaudière à bois ; et des unités de service peuvent être regroupées dans le bâtiment central (20). D'autres caractéristiques de l'invention seront énoncées dans la description détaillée ci-après faite en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue schématique en plan de dessus d'un espace urbain selon l'invention, la figure 2, une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation d'un espace urbain selon l'invention, la figure 3, une vue schématique en perspective d'un bâtiment central d'un espace urbain selon l'invention, la figure 4, une vue schématique en perspective d'une partie du bâtiment central de la figure 3, et 4 la figure 5, une vue schématique en plan de côté d'un espace urbain selon l'invention. En référence à la figure 1, l'espace urbain 100 selon l'invention comporte des immeubles de logements individuels ou collectifs 10, et un bâtiment sensiblement central 20 muni d'un pôle centralisé de transformation et de gestion d'énergie de l'espace urbain qui répartit une partie de l'énergie produite vers les immeubles de logements, l'autre partie étant réservée au fonctionnement du bâtiment central lui-même. Les logements individuels ou collectifs 10 sont disposés autour du bâtiment central 20 de manière à optimiser les distances de transport d'énergie entre le pôle de gestion d'énergie du bâtiment central 20 et les logements 10. L'espace urbain 100 comprend également des unités de services 30 (figure 5) situées préférentiellement dans le bâtiment central 20 et alimentées en énergie par le pôle de gestion d'énergie. Ces unités de services peuvent être, à titre d'exemple une laverie, une piscine, un pressing, etc. D'autres unités de services, telles que des parkings 40, peuvent également être disposées autour du bâtiment central 20 et être reliées au pôle de gestion d'énergie. Le bâtiment central 20 est équipé préférentiellement d'une chaudière à bois 21 (figure 5) alimentant le bâtiment central 20 lui-même, les unités de service 30 et/ou 40 et les logements 10. Il existe quatre grandes catégories de combustibles pour une chaudière fonctionnant au bois : le bois en bûches, en granules, en plaquettes industrielles (copeaux grossiers adapté aux grosses installations) et en plaquettes forestières. Le premier présente de lourdes contraintes d'approvisionnement et de stockage nécessitant des systèmes non automatisés souvent peu adaptés. Les autres types sont donc préférés, en 30 particulier le combustible de type plaquette forestière. L'implantation de la chaudière à bois 21 dans le bâtiment central 20 permet un approvisionnement optimisé en un lieu unique et évite ainsi un approvisionnement en bois de chaque immeuble d'habitation 10 coûteux en temps et en énergie. 5 Pour ce faire, il convient de prévoir un accès 50 dégagé (figures 1 et 2) pour la livraison du combustible, de préférence un accès direct aux voies de circulation extérieures pour limiter les nuisances sonores et les déplacements du camion de livraison dans l'espace urbain. L'implantation de la chaudière à bois 21 dans le bâtiment 10 central 20 permet également de limiter les pertes sur les réseaux d'alimentation 22 contrairement à une chaufferie décentralisée. A titre d'exemple, un espace urbain de deux cents logements nécessiterait une puissance de mise en oeuvre de 600 à 700 kW installée. Selon un mode de réalisation préféré, le bâtiment 20 et/ou les 15 immeubles d'habitation 10 peu(ven)t présenter une toiture au moins en partie végétalisée permettant, notamment, un effet retardateur de l'écoulement des pluies d'orage, violentes dans certaines régions et qui posent des problèmes de saturation du réseau d'assainissement urbain. Les parkings 40 peuvent également être pourvus d'une toiture végétalisée. 20 Outre la rétention d'eau, la toiture végétalisée améliore l'inertie quotidienne thermique du bâtiment 20 et/ou des habitations 10. Les toitures végétalisées permettent également une valorisation agrochimique et/ou une utilisation directe des cendres produites par la chaudière à bois pour la fertilisation des toitures végétalisées et/ou 25 d'espaces intermédiaires formant des zones tampons végétalisées situés entre le bâtiment central 20 et les logements 10. Par ailleurs, le toit du bâtiment central peut être muni d'un système de drainage de la toiture végétalisée et/ou un système de collecte adapté pour récupérer les eaux de pluies, ainsi qu'un système de stockage et 30 de redistribution pour leur réutilisation à des fins d'arrosage et de fourniture d'eau aux équipements qui ne nécessitent pas d'eau potable, tels que les 6 chasses d'eau, les robinets extérieurs pour l'arrosage, les machines à laver, lave-vaisselle, etc. Dans l'espace urbain selon l'invention, l'énergie solaire peut également être utilisée pour la production d'électricité et/ou pour la production d'eau chaude sanitaire. L'installation de cellules photovoltaïques sur le bâtiment central permet la production d'électricité pour les équipements du bâtiment et/ou pour les parties communes des habitations ou des parkings. La législation actuelle de certains pays, comme la France, fixe un barème de rachat de l'électricité produite à partir d'énergie renouvelable plus avantageux que le prix de vente de l'électricité produite à partir d'énergie fossile ou nucléaire. Ainsi, en France, le prix de rachat peut être sept fois supérieur au prix de vente par EDF (Électricité de France). Il peut donc être souhaitable économiquement qu'une partie, voire la totalité, de la production d'énergie électrique par le bâtiment central soit revendue à EDF. Les modules photovoltaïques sont préférentiellement intégrés à des panneaux brise-soleil constituant une casquette disposée autour du bâtiment. Dans ce cas, les capteurs serviront également de protection solaire. La casquette pouvant être sensiblement horizontale, les capteurs pourront être installés sur les quatre cotés du bâtiment. La surface d'implantation de cellules photovoltaïques est calculée de préférence en fonction de la production nécessaire pour permettre le remboursement de l'électricité consommée par les services généraux du bâtiment, les parkings de la résidence, les cages d'escaliers et/ou les parties communes des logements. A titre d'exemple, à Manosque où le rayonnement solaire est d'environ 1670 KWh/m2, et avec 380 m2 de Modules photovoltaïques Polycristallin de marque BP Solar/ BP 3150 S, il est possible de compenser une dépense d'électricité du bâtiment de 96360 kWh, et des parkings de 397850 kWh, avec un prix de rachat par EDF de 0,55 {/kWh et un prix de vente par EDF de 0,078 {/kWh. 7 L'espace urbain selon l'invention peut également comprendre un système de production d'eau chaude solaire (ECS). Les logements et/ou le bâtiment central peuvent en être équipés. Une application consiste à produire de l'eau chaude sanitaire 5 solaire dédiée aux besoins des logements. Dans ce cas, chaque logement est équipé d'un chauffe eau solaire individuel permettant d'adapter les besoins en ECS en fonction du nombre de personnes occupant le logement. Cette disposition permet d'accroître la rentabilité générale de l'installation car elle limite les pertes en ligne des réseaux de distribution et elle 10 permet d'adapter la surface de capteurs et les volumes de stockage en fonction des besoins réels du logement et ainsi augmenter la productivité annuelle. Un tel système peut permettre de couvrir jusqu'à 60% des besoins annuels en ECS. En hiver, un appoint peut être réalisé depuis le 15 réseau de chauffage centralisé desservi par la chaufferie bois du bâtiment central. A cette fin, un système de capteurs entre les logements et la chaufferie centralisée peut commander l'appoint ou non en fonction des besoins. Le couple solaire/bois est l'un des seuls systèmes totalement exempt en rejet de CO2. 20 A titre d'exemple, un studios / T1 représente 100 litres par jour de besoins journaliers en ECS. La surface de capteurs solaires est choisie d'environ 1,5 m2. Les capteurs peuvent être installés au dessus ou entre les logements pour limiter les longueurs de réseau et ainsi les pertes en lignes. 25 Ils sont préférentiellement exposés au Sud, Sud-est ou Sud- ouest, et leur angle d'inclinaison est choisi pour être compris entre 15 et 30 . Une autre application pouvant être complémentaire de la première, consiste à prévoir un chauffe-eau solaire dans le bâtiment central, relié au circuit de distribution d'eau dudit bâtiment alimentant des modules de 30 service du bâtiment tel que la laverie. 8 Les figures 3 et 4 illustrent un mode de réalisation d'un bâtiment central 20 équipé d'un toit 23 comprenant une première partie 23a couverte de capteurs solaires reliés à un chauffe-eau solaire, et une partie 23b couverte de cellules photoélectriques pour la production d'électricité. La partie 23b est une casquette qui fait le tour du bâtiment 20. Un système de collecte des eaux de pluies 24 est agencé entre la partie 23a et la partie 23b. Dans le mode préféré de réalisation illustré, le bâtiment central 20 est une serre munie de panneaux verticaux, éventuellement coulissants 25 pour adapter l'ouverture de la serre en fonction des conditions climatiques. En particulier, la serre peut être plus ou moins ouverte pour favoriser une aération naturelle. La toiture comporte préférentiellement une couche d'absorption acoustique pour éviter les effets d'écho du verre de la serre. Le bâtiment central peut comporter des panneaux 25 incorporant des cellules photovoltaïques ou d'autres types de capteurs tels que des capteurs sous vide, certains panneaux pouvant coulisser. Le bâtiment central peut également comprendre une dalle de stockage de chaleur, par exemple en béton, pour rediffuser la nuit, dans l'espace intérieur, la chaleur accumulée le jour ou la nuit. Ainsi, par exemple en hiver, lorsque le bâtiment central est chauffé le jour, la dalle accumule de la chaleur. La nuit, le chauffage peut être diminué pour économiser l'énergie, et la chaleur emmagasinée par la dalle est restituée au bâtiment. Par ailleurs, il peut être souhaitable de coupler un système d'aération à cette dalle pour diffuser un air chaud en hiver. En référence à la figure 5, le bâtiment central comprend une piscine 26 reliée au chauffe-eau solaire par un premier circuit de distribution d'eau pour chauffer l'eau de la piscine. Alternativement ou complémentairement, un deuxième circuit de distribution d'eau reliant directement la piscine aux capteurs solaires amène directement l'eau de la piscine au contact des capteurs solaires afin de les refroidir et retourne l'eau ainsi chauffée vers la piscine. Cette piscine peut être d'agrément ou constituer 9 un réservoir d'eau chaude pour les bâtiments d'habitation ou les unités de service. Le système de collecte des eaux de pluies 24 comprend des réservoirs de stockage 27 des eaux de pluie pouvant être combinés à des 5 bouches d'aération pour faire circuler l'air au dessus de la surface de l'eau et rafraîchir l'espace intérieur du bâtiment central. Un accompagnement végétal et des arbres à feuilles caduques forment une enveloppe externe bioclimatique de la serre, permettant, en été, de fournir de l'ombre à la serre et, en hiver, lorsque les 10 feuilles sont tombées, de laisser entrer la lumière du soleil. Des espaces intermédiaires 60 sont réalisés entre le bâtiment central et les logements environnants prolongeant le bâtiment central selon des zones tampons végétalisées conformément à la zone climatique d'implantation de l'espace urbain. 15 Le bâtiment central et/ou les habitations de l'espace urbain selon la présente invention peu(ven)t également comprendre un système d'aération à échangeur de chaleur pour récupérer la chaleur sur l'air extrait en hiver, et rafraîchir l'air entrant en été. Dans un mode de réalisation préféré, l'air des habitations est 20 amené vers le bâtiment central par un circuit de ventilation double flux dans lequel circule de l'air extérieur, capté au niveau du bâtiment central. Un échange de chaleur se produit et permet, en hiver une entrée d'air pur réchauffé et, en été, en entrée d'air pur rafraîchi. Un tel système permet de réduire de 50 à 60% les déperditions de chaleur en hiver par rapport à un 25 système d'aération sans échangeur. Comme précisé précédemment, il peut être souhaitable de coupler ce système d'aération à la dalle de stockage de chaleur pour diffuser un air chaud en hiver. La centralisation du captage d'air extérieur permet, d'une part, de limiter les éventuelles nuisances acoustiques liées à la mise en place 30 d'entrées d'air en façade et, d'autre part, de contrôler efficacement la qualité de l'air. 10 Cette installation peut être complétée par la mise en place d'un ou plusieurs puits canadiens (ou provençaux) entre le bâtiment central et les habitations, en enfouissant les réseaux de ventilation dans le sol afin de bénéficier du peu de changement de température du sol en hiver et en été. Le bâtiment central constitue donc un point de rencontre des résidents qui viennent profiter des services offerts dans le bâtiment, mais il assure également un rôle de redistribution d'énergie vers les logements, lesquels, par leur toiture végétalisée, leurs matériaux, leur implantation et orientation, présentent un bilan énergétique très performant. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de prévoir que les espaces intermédiaires comportent des passerelles pour relier le bâtiment aux logements. Les unités peuvent abriter au moins un logement de sécurité et gestion, une salle polyvalente de sport et détente, une piscine, une laverie teinturerie, un commerce polyvalent, un restaurant, un cyber-espace. Le pôle de gestion d'énergie centralisé peut répartir les différentes énergies produites dans le bâtiment central en fonction des besoins instantanés des habitations et/ou des services, ou en fonction des heures d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Espace urbain (100) à éco-gestion comportant des immeubles de logement (10) et des unités de service (30), caractérisé en ce qu'il comprend un bâtiment sensiblement central (20) muni d'un pôle centralisé de transformation et de gestion d'énergie, les logements (10) étant disposés autour du bâtiment central (20) de manière à optimiser les distances de transport d'énergie entre le pôle de transformation et de gestion d'énergie du bâtiment central et les logements. 2. Espace urbain selon la revendication 1, dans lequel le bâtiment central est une serre. 3. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le bâtiment central (20) présente un toit comprenant une première partie (23a) munie de capteurs solaires alimentant un chauffe- eau solaire du pôle centralisé, et une deuxième partie (23b) munie de capteurs photovoltaïques électriquement reliées au pôle de transformation et de gestion d'énergie. 4. Espace urbain selon la revendication 3, dans lequel la première partie (23a) munie de capteurs solaires alimentant un chauffe-eau solaire occupe le centre du toit, et la deuxième partie (23b) munie de capteurs photovoltaïques est une casquette (23b) entourant le bâtiment. 5. Espace urbain selon la revendication 3 ou 4, dans lequel au moins une gouttière de récupération d'eau de pluie (24) est disposée entre la première (23a) et la deuxième partie (23b), la gouttière étant reliée à un moyen de stockage de l'eau de pluie par au moins une conduite d'eau. 6. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant des panneaux verticaux munis de capteurs photovoltaïques. 7. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le bâtiment central (20) comprend une piscine (26). 12 8. Espace urbain selon la revendication 7, dans lequel la piscine (26) est reliée au chauffe-eau solaire par un premier circuit de distribution d'eau pour chauffer l'eau de la piscine. 9. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel la piscine (26) est reliée directement aux capteurs solaires par un deuxième circuit de distribution d'eau de manière à mettre l'eau de la piscine au contact des capteurs solaires pour les refroidir et à retourner l'eau ainsi chauffée vers la piscine. 10. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le bâtiment central comprend un système d'aération à échangeur de chaleur comprenant au moins une prise d'air extérieur reliée aux logements par un circuit de ventilation double flux. 11. Espace urbain selon la revendication 10, dans lequel le circuit de ventilation double flux est relié, en outre, à au moins un puit canadien. 12. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le bâtiment central comprend une dalle de stockage de chaleur. 13. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le bâtiment central (20) et/ou les immeubles d'habitation (10) présentent une toiture au moins en partie végétalisée. 14. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le bâtiment central comprend une chaudière à bois (21) alimentée à partir d'une réserve de bois, et reliée aux logements. 15. Espace urbain selon la revendication 14, comprenant une voie d'accès direct (50) à la réserve de bois de la chaudière à bois. 16. Espace urbain selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel des unités de service (30) sont regroupées dans le bâtiment central (20).