23/01/2015 - Un nouveau simulateur pour connaître l'orientation solaire d'un bâtiment

Menéame

Pouvoir simuler et évaluer l’orientation solaire d’un bâtiment (en projet ou déjà existant), en utilisant comme indicateur la zone de sa surface exposée au soleil, en n’importe quelle latitude, jour et heure, est le principal objectif du dispositif conçu et breveté dans le département d’architecture de la Universidad Técnica Federico Santa Maria du Chili.

Selon Luis Felipe Gonzalez, universitaire du département d’architecture de l’USM, ce nouvel outil peut être utilisé lors des premières étapes de la conception architecturale, lors de l’étude des configurations potentielles de l’architecture pour un bâtiment énergétiquement efficace et dans l’exploration des alternatives, que ce soit pour l’installation de panneaux photovoltaïques et de chauffe-eau solaires, ou de faillitessoles sur des façades et des plafonds d’un bâtiment existant. Une autre application non moins importante concerne l’éducation à la mise en valeur de l’énergie solaire en architecture, principalement dans la formation de nouveaux professionnels.

"Le nouvel outil relève de la catégorie des " Interfaces utilisateur Tangibles" qui sont capables d’intégrer simultanément le monde virtuel (bits) et physique (atomes) et qui, pour la plupart, comprend des systèmes d’initiative mixte qui offrent à l’utilisateur un meilleur contrôle dans la prise de décision, par rapport aux systèmes de boîte noire, où il faut compter sur l’évaluation que le système fait, sans comprendre le processus d’évaluation ou sans pouvoir entrer d’autres critères," précise-t-il.

Calcul de la surface exposée au soleil

Il est important de souligner que le concept de conception de ce dispositif est celui d’un héliodon inversé (instrument servant à simuler la trajectoire du soleil) et dans lequel, en définitive, réside l’innovation, puisqu'il montre à l’utilisateur " ce que le soleil voit " et non l’effet de lumière et d’ombre sur une surface. De cette façon, ajoute-t-il, "c’est une vision artificielle et des actionneurs électroniques qui, de manière coordonnée et par un puce, déplacent une caméra captureuse d’images dans une pluralité d’angles de levage, en plus de la rotation d’une plate-forme dans une variété de angles d’azimut, sur laquelle se positionne le modèle physique du bâtiment à évaluer."

En utilisant une technique de segmentation d’image pour calculer l’étendue bidimensionnelle du modèle physique du bâtiment et capturée dans chaque orientation solaire, la valeur résultante simule la surface exposée au soleil, dans la latitude et la date préalablement déterminées par l’utilisateur, et, dans le cas de la conception d’un bâtiment, on obtient des informations pertinentes pour orienter les espaces du bâtiment et modifier sa forme extérieure.

À la lumière de ce qui précède, Gonzalez avertit que la notion d’orientation d’un bâtiment est souvent prête à confusion, même entre architectes et étudiants. "La littérature relative à la recherche dans le domaine de l’automatisation de généralisation cartographique précise qu’il existe au moins deux façons de spécifier l’orientation d’un bâtiment, l’une tenant compte de la direction de l’axe bidimensionnel de l’élongation, l’autre considérant la direction (moyenne) du plus grand nombre de murs extérieurs et qui sont parallèles entre eux. Si la première méthode est appliquée, l’orientation d’un bâtiment signifie le tourner autour de son axe vertical, tandis que si la seconde est appliquée, elle implique de modifier sa forme extérieure, ce qui est traditionnellement lié à sa configuration interne."

Avantages du système

Il existe actuellement un certain nombre de programmes d’application informatique qui permettent de modeler la configuration des bâtiments en les soumettant à différentes simulations et évaluations quant à leur solisation avec une grande précision quantitative. Toutefois, "le principal inconvénient - même pour la plupart de ces applications - est qu’ils exigent de l’utilisateur de l’outil qu’il attribue des valeurs d’indexation à un grand nombre de variables qui sont généralement inconnues ou tout simplement sans rapport avec l’architecte au début du processus de conception."

La surface exposée au soleil d’un bâtiment est la principale variable qui détermine l’efficacité énergétique, en termes de consommation requise pour chauffer, refroidir et éclairer un espace intérieur, ainsi que la matérialité de la surface enveloppante d’un immeuble. "En permanence, dans les premières étapes du processus de conception architecturale forme et orientation d’un bâtiment sont des variables fondamentales que le concepteur doit explorer et fixer avant de poursuivre la conception. C’est là qu’il est important de disposer de moyens d’évaluation quantitative susceptibles d’appuyer l’exploration précoce de configurations architecturales efficaces en termes de consommation énergétique pendant leur occupation," explique l’universitaire.

Ainsi, l’invention proposée permet d’utiliser des méthodes d’évaluation qualitative et quantitative, en enregistrant numériquement des preuves mesurables des résultats de l’évaluation, en opérant sur des maquettes physiques et sans nécessiter un espace isolé lumineusement pour exécuter la simulation et l’évaluation.

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