Impacts of green envelopes at the interface between buildings and urban microclimate

Abstract

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet "ANR-Villes Durables VegDUD : Rôle du végétal dans le développement urbain durable ; une approche par les enjeux liés à la climatologie, l’hydrologie, la maîtrise de l’énergie et les ambiances" (2010-2013). Elle traite de la modélisation et de l’expérimentation de toitures et de façades végétales, en vue de l’évaluation de leurs impacts hygrothermiques sur les bâtiments et sur les microclimats urbains. Un modèle physique a été développé pour décrire les mécanismes de transferts couplés de chaleur et de masse au sein de la paroi végétale. L’implémentation de ce modèle dans un code de simulation thermique dynamique permet de prédire l’impact de la végétalisation sur la performance énergétique des bâtiments. L’extension de cette démarche à l’échelle d’une rue-canyon permet d’inclure l’interaction microclimatique dans la simulation thermohydrique des bâtiments. Sur le plan expérimental, une maquette reconstituant une scène urbaine est mise en place pour étudier l’impact de différentes typologies de parois végétales dans plusieurs configurations microclimatiques. La confrontation des résultats expérimentaux et ceux issus de la modélisation numérique a été entreprise à l’échelle du système constitué du bâtiment et du microclimat urbain environnant. Pour cela, l’étude du comportement d’un bâtiment et d’une rue végétalisés par rapport au comportement du même bâtiment et d’une rue témoins a permis d’évaluer l’incidence des transferts thermiques, hygrométriques et radiatifs de la végétalisation. Ceci a permis d’entreprendre la validation des outils de prédiction numérique développés. Les résultats de l’étude montrent que les transferts thermiques et hydriques sont fortement couplés et que le comportement thermique des parois végétales est tributaire de l’état hydrique du substrat de culture. Pour l’été comme pour l’hiver, les simulations numériques et les données expérimentales montrent que la végétalisation permet d’améliorer la performance énergétique des bâtiments et de réduire les îlots de chaleur urbains.This study was conducted in the framework of the National Program "ANR-VegDUD Project : Role of vegetation in sustainable urban development, an approach related to climatology, hydrology, energy management and environments" (2010 -2013). It deals with the experimental and numerical modeling of green roofs and green facades to evaluate their thermohydric effects on buildings and urban microclimates. A physical model describing the thermal and water transfer mechanisms within the vegetated building envelopes has been developed. The model’s program has been implemented in a building simulation program. Using this tool, we are able to predict the impact of green roofs and green facades on building energy performance. This approach is extended to the street canyon in order to assess the microclimatic interaction in building simulation. An experimental mockup modeling an urban scene at reduced scale is designed to study the impact of different types of green roofs and walls. The comparison of the measurements carried out on vegetated buildings and streets with the reference highlights the hygrothermal and radiative impacts of vegetated buildings envelopes. In addition, these experimental data are used to verify and validate the reliability of developed tools. The results show that thermal and water transfers are strongly coupled. Hence, the thermal behavior of green roofs and green walls depend on the water availability within the growing medium. In summer and winter, measurements and numerical simulations show that green envelopes improve the energy efficiency of buildings and reduce the urban heat island