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Onglet Toiture végétalisée de la boîte de dialogue Matériaux
Pour créer une toiture végétalisée dans DesignBuilder, suivez les étapes suivantes :
| 1. | Créer un matériau de type toiture végétalisée en utilisant l'onglet correspondant dans la fenêtre de dialogue du matériau. |
| 2. | Créer une construction de toiture et utiliser ce matériau toiture végétalisée comme couche externe. |
| 3. | Spécifier la construction de toiture végétalisée sur les surfaces de toit appropriée. |
La toiture végétalisée peut recevoir de l’eau lors de la simulation à partir d’un système d’irrigation et/ou des précipitations du site (définies séparément à partir des données météo horaires). Les propriétés de départ de la couche de terre sont définies dans l’onglet Toiture végétalisée de la boîte de dialogue Matériaux.
La documentation EnergyPlus indique : "This model was developed for low-sloped exterior surfaces (roofs). It is not recommended for high-sloped exterior surfaces (e.g., walls).". Toutefois, il serait possible de modéliser approximativement des murs végétaux, cependant nous n'avons pas encore de validation du modèle EnergyPlus et l'irrigation ne sera pas traitée de la même manière pour les toit et pour les murs.
Conseil : La documentation EnergyPlus suggère d'utiliser plus de pas par heure lorsque vous avez des toitures végétalisées sur votre modèle.
Remarque : Utilisez un matériau de toiture végétalisée pour un bloc composant ne marchera pas car ils n'utilisent que les propriétés de réflexion du matériau.
Tiré de A green roof model for building energy simulation programs, D.J. Sailor, Portland State University:
"A green roof (aka ecoroof or vegetated roof) is a roof that contains a soil (growing media) and vegetation layer as its outermost surface. The construction between the growing media and the roof structure varies, but typically includes a drainage layer, a root barrier, and a waterproof membrane. Green roof growing media depth is typically between 10 and 30 cm, although some implementations (referred to as intensive green roofs) have deeper soils capable of sustaining large shrubs and even trees. The thinner implementations (typically < 20 cm), known as extensive green roofs, are more common, but can only sustain smaller plants and ground cover.
While green roofs have been in use for centuries, there recently has been a surge in interest in installing green roofs in both retrofit and new construction applications. Potential benefits of green roofs include aesthetic appeal, habitat, storm water reduction, and energy savings."
Aujourd’hui, il est largement reconnu que les toitures végétalisées peuvent permettre de réduire la consommation énergétique d’un bâtiment, point de vue soutenu par de plus en plus d’écrits. La capacité de toiture végétalisée d’EnergyPlus peut aider les développeurs et les architectes à évaluer l’amplitude probable des économies d’énergie liées aux différentes options de mise en œuvre (par ex. le type/la profondeur de la terre, les options d’irrigation, le type de plante). Elle propose un outil de simulation énergétique quantitative et physique pour les bâtiments représentant les effets des constructions de toitures végétalisées et encourage le développement rapide des technologies de toitures végétalisées.
De plus, elle permet de prendre en compte les avantages des toitures végétalisées pour les normes énergétiques des états ainsi que les normes d’efficacité énergétique liées, telles que le LEED.
Le modèle de toiture végétalisée prend en compte les éléments suivants :
| • | Échange radiatif à grande longueur d’onde ou à ondes courtes dans la cabine des plantes. |
| • | Effets de la cabine des plantes sur le transfert convectif de chaleur. |
| • | Évapotranspiration depuis la terre et les plantes. |
| • | Conduction thermique (et stockage de chaleur) dans la couche de terre. |
La possibilité de suivre les propriétés thermiques dépendantes de l’humidité n’est pas encore mise en œuvre en raison de problèmes de stabilité dans le procédé de FTC. Cette capacité est cependant en cours de développement en vue d’être utilisée avec le procédé de solution de différence finie disponible dans EnergyPlus à partir de la version 2. Sous la forme mise en œuvre dans EnergyPlus, le module de toiture végétalisée permet à l’utilisateur de préciser une « toiture écologique » comme couche externe d’une construction de toiture. L’utilisateur peut ensuite spécifier différents aspects de la construction de toiture végétalisée notamment la profondeur du support en développement, les propriétés thermiques, la densité de la cabine des plantes, la hauteur des plantes, la conductivité stomatique (capacité à transpirer l’humidité) et les conditions d’humidité de la terre (irrigation comprise).
La formule du modèle contient les éléments suivants :
| • | Niveau d’humidité simplifié permettant le transport des précipitations, de l’irrigation et de l’humidité entre deux couches de terre (zone supérieure et zone des racines). |
| • | Bilan énergétique de la cabine des plantes et de la terre basé sur les modèles de végétation FASST de l’Army Corps of Engineers (Frankenstein et Koenig), faisant largement appel à BATS (Dickenson et al.) et SiB (Sellers et al.). |
| • | Les équations de température du feuillage (Tf) et de la surface de la terre (Tg) sont résolues simultanément à chaque pas de calcul en inversant la FTC afin d’extraire les informations de flux thermique pour le calcul du bilan énergétique. Du fait de la complexité de l’analyse détaillée du bilan énergétique et des équations qui en résultent, l'ensemble est résumé ici. Le lecteur intéressé est invité à se reporter à la documentation FASST citée ici pour connaître toutes les informations de développement. Le résultat final est un ensemble de deux équations simultanées pour la température (une pour la surface de la terre et l’autre pour le feuillage). |
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De même qu’avec une toiture classique, le bilan énergétique d’une toiture végétalisée est dominé par l’effet de serre du soleil. Ce rayonnement solaire est équilibré par le flux thermique sensible (convection) et le flux thermique latent (évaporation) de la terre et des surfaces des plantes associés à la conduction de chaleur dans le substrat de la terre. Ce bilan énergétique est illustré dans le diagramme ci-dessous. Les variables introduites dans cette figure sont définies dans le Document d’ingénierie d’EnergyPlus.
Bilan énergétique d’une toiture végétalisée
L’analyse du bilan énergétique suit le modèle FASST (Fast All Season Soil Strength) développé par Frankenstein et Koenig pour l’US Army Corps of Engineers. FASST a été développé, en partie, pour déterminer la capacité des terres à supporter des véhicules habités ou non ainsi que les mouvements des personnels. Toutefois, pour accomplir ceci, FASST assure le suivi du bilan énergétique et du niveau d’humidité (notamment sous forme de glace et de neige) dans une terre végétalisée. Il s’agit d’un modèle unidimensionnel s’appuyant largement sur d’autres modèles de cabines de plantes dont BATS (Dickinson et al.) et SiB (Sellers et al.). FASST est mis en œuvre dans EnergyPlus avec quelques modifications afin d’être adapté à une utilisation avec une couche de terre relativement fine.
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DONNÉES DE TOITURE VÉGÉTALISÉE
Hauteur des plantes
Hauteur moyenne des plantes sur la toiture végétalisée.
Index de surface du feuillage
Surface de feuillage prévue par unité de surface du sol. Il s’agit d’un nombre sans dimensions compris entre 0,001 et 5. Le tableau ci-dessous donne des valeurs types de cet index.
Le tableau ci-dessous est directement tiré de Global Leaf Area Index Data from Field Measurements, 1932-2000
Le tableau ci-dessous est tiré de la thèse de Chen Yu intitulée The intervention of plants in the conflicts between buildings and climate - A case study in Singapore
Plant description
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Mean Leaf Area Index (LAI)
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Picture
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"White flowers, spider lily"
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3.07
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"Pink flowers"
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4.95
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"Yellow green leaves"
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3.75
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"Dark green long blades of leaves/grass"
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5.82
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"Pinkish red flowers"
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2.44
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"Fern-like"
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6.59
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"Palm tree-like"
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4.41
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"White flowers with yellow center"
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3.21
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"Small yellow green leaves"
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4.08
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"Long big leaves"
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5.28
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"Orange stems and leaves for those which are taller"
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2.15
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"No special features"
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3.32
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"Light green edges with dark green center leave blades"
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5.83
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"Red yellow tulip like flowers"
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3.04
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"Large red leaves"
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2.33
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"Dark green leaf blades"
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~0
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Tree
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1.69
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Palm tree
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2.37
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Réflexion du feuillage
Fraction du rayonnement solaire incident réfléchi par les surfaces de chaque feuille. Le rayonnement solaire inclut le spectre visible ainsi que les longueurs d’onde infrarouges et ultraviolettes. Les valeurs de ce champ doivent être comprises entre 0,1 et 0,4.
Émissivité du feuillage
Ratio entre l’émission de chaleur provenant de la surface des feuilles et celle provenant d’un corps noir idéal à la même température. Ce paramètre est utilisé pour le calcul de l’échange radiant de longueur d’onde longue à la surface des feuilles. Les valeurs de ce champ doivent être comprises entre 0,8 et 1 (cette dernière valeur représentant les conditions de « corps noir »).
Résistance stomatique minimale
Résistance des plantes au transport d’humidité. Cette résistance se calcule en s/m. Les plantes présentant des valeurs faibles de résistance stomatique offrent des taux d’évapotranspiration plus élevés que les plantes présentant une résistance forte. Les valeurs de ce champ doivent être comprises entre 50 et 300.
Contenu volumétrique maximal d’humidité de la couche de terre (saturation)
Le contenu volumétrique maximal d’humidité de la terre dépend des propriétés de la terre et plus particulièrement de la porosité.
Contenu volumétrique (résiduel) minimal d’humidité de la couche de terre
Il s’agit du contenu volumétrique d’humidité le plus bas possible de la couche de terre.
Contenu volumétrique initial d’humidité de la couche de terre
Il s’agit du contenu volumétrique d’humidité de la couche de terre au début de la simulation. Le contenu d’humidité est mis à jour pendant la simulation en fonction de l’évaporation à la surface, de l’irrigation et des précipitations.
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