The Greenhouse of Meyer Hospital in Florence

Meeting in Nantes
4-5 November 2004
The Greenhouse of Meyer Hospital in
Florence
I- The Meyer Hospital
Projet de rénovation et de construction de l’Hôpital Meyer
A l’arrivée :
La Villa Ognissanti
II- Bioclimatic
Strategies
La serre
III- ECOTECT
IV- Simulation
V- Results
Conclusion
Le nouvel hôpital pédiatrique
I- The Meyer Hospital
Climatic data for Florence location
Latitude : 43.5°
Longitude : 11.1°
Altitude : 18.3 m
Mediterranean Climate : Etés chauds et secs, hivers doux
II- Bioclimatic
Strategies
III- ECOTECT
Ensoleillement très important
Contribution modérée de l’air marin
120
Précipitations (mm)
40
100
35
80
30
60
25
40
20
20
15
Température (°C)
10
0
J a n. Fe b. Ma r. Apr. Ma y J un.
5
J ul. Aug. S e p. Oc t . Nov. De c .
0
Rain (monthly average)
: 855 mm
Ja
n
Fe uar
br y
ua
r
M y
ar
ch
Ap
ril
M
ay
Ju
ne
Ju
A ly
Se ugu
pt st
em
O ber
c
N tob
ov er
e
D mb
ec e
em r
be
r
-5
Relative Humidity (average) : 70.25%
IV- Simulation
The Ecotect Software has the Weather Tool for climatic data :
Rayonnements (collection annuelle), vents (Fréquence, direction, vitesse,
température), techniques passives adaptées au climat (graphiques
psychometriques et fréquence cumulée)
V- Results
Passive system for cooling is the most efficient system for the
specific climate:
Conclusion
Utilization of the thermal mass of Villa
Ognissanti and night ventilation
I- The Meyer Hospital
II- Bioclimatic
Strategies
Bioclimatic Strategies
The greenhouse : espace tampon et apport de chaleur
Absorption du
rayonnement
solaire
La vitre laisse passer le
rayonnement solaire
visible. Ella absorbe
l’infrarouge émit par les
corps à l’intérieur de la
serre donc se réchauffe
et réémet à son tour dans
l’infrarouge de chaque
coté.
Réémission
dans
l’infrarouge
En été il sera possible d’ouvir 40% de la surface vitrée de la serre pour éviter
les surchauffes
III- ECOTECT
Utilisation de l’inertie thermique :
Capacité thermique
=
absorbeur d’énergie
IV- Simulation
- Atténue les fluctuations
de T. brutales
- Evite les surchauffes
Ventilation naturelle et ventilation nocturne :
Source de refroid. en été : l’air extérieur
(mais Tair trop élevée durant le jour en climat
méditerranéen)
V- Results
Conclusion
Ventilation naturelle durant le jour pour
diminuer le réchauffement et avoir un confort
acceptable
Ventilation nocturne pour évacuer la chaleur
emmagasinée
Si associée à une
source de
refroidissement
L’air chaud qui s’accumule en
partie haute est évacué grâce à des
ouvertures
I- The Meyer Hospital
Square One Research
Société australienne
Centre de recherche : à Cardiff en Grande Bretagne
Fondateurs : Arch. Andrew Marsh et Caroline Raines
Logiciels commercialisés : Ecotect, The Weather Tool, the Solar Tool, LCAid
Site Web : accés à un forum d’aide très performant www.squ1.com
II- Bioclimatic
Strategies
Le logiciel Ecotect
Un outil environnemental : Un projet est d’autant plus performant qu’il a été
pensé à chaque étape du dessin.
Ecotect permet de visualiser les résultats de chaque choix de conception
III- ECOTECT
Outil d’analyse et de dessin avec interface de modélisation 3D :
Ombres
Thermique
Acoustique
IV- Simulation
Rédaction du document d’aide à l’utilisation d’Ecotect
V- Results
Méthode de calculs thermiques : La méthode de l’Admittance développée par
le CIBSE (Chartered Institution of Building Services Engineers)
Conclusion
Hypothèse : les T.int. tendent toujours vers la T. moy. ext.
2 processus différents pour le calcul des température horaires des zones et
les charges de chauffage et de refroidissement.
I- The Meyer Hospital
Création de la géométrie 3D de la serre et du complexe Ognissanti
Importation dans Ecotect des plans autocad en 2D (passage de .dwg en .dxf)
en faisant attention à l’échelle.
Façades sud de la serre et du bâtiment central du complexe
II- Bioclimatic
Strategies
III- ECOTECT
Coupe de la serre
IV- Simulation
V- Results
Conclusion
I- The Meyer Hospital
Création de la géométrie 3D de la serre et du complexe Ognissanti
Le zonage de la serre :
Zonage nord-sud : 7 zones
Zonages est-ouest : 12 zones et 24 zones
Perspective
Coupe
II- Bioclimatic
Strategies
3.67 m
3.67 m
III- ECOTECT
Dimensions de la serre : 80m de long, 12.5m de large, et 8.74m de haut ou 7.34m
Plan -- Zonage
Plan
zonage
IV- Simulation
1,2
3,4
13,14
6.28 m
9,10
23,24
19,20
15,16
Façade sud
Conclusion
7,8
17,18
11,12
V- Results
5,6
21,22
6.3 m
I- The Meyer Hospital
Création de la géométrie 3D de la serre et du complexe Ognissanti
Création en 3D du complexe Ognissanti :
En volume :
Façade sud
II- Bioclimatic
Strategies
Vue de dessus
III- ECOTECT
IV- Simulation
V- Results
Conclusion
I- The Meyer Hospital
Création de la géométrie 3D de la serre et du complexe Ognissanti
Création en 3D du complexe Ognissanti :
Bâtiment central du complexe :
II- Bioclimatic
Strategies
Façade sud
III- ECOTECT
Ensemble final :
Façade nord
IV- Simulation
V- Results
Conclusion
Zoom sur la serre et le bâtiment central
I- The Meyer Hospital
Les matériaux
Les murs : “Brick Meyer” [560 mm de briques et 20 mm de plâtre de chaque coté]
U : 0.94 W/m2K
II- Bioclimatic
Strategies
Le sol de la serre : “Floor_greenhouse_Meyer” [20mm de carrelage en céramique,
150mm de béton léger, 240mm de parpaing de poids moyen], 810mm d’air,
300mm de béton U : 0.03 W/m2K
Le sol du RDC : “Conc_Slab_OnGround” [100mm de béton et 1500mm de terre]
U : 0.88 W/m2K
Le sol (étage) : “Conc_Flr_Suspended” [100mm de béton]
III- ECOTECT
Les plafonds : “Plaster_insulation_suspended” [150mm d’air, 50mm de fibre de
verre, 10mm de plâtre] U : 0.5 W/m2K
Les toits : “ClayTiledRoof” [50mm de tuiles,75mm d’air, 10mm de plâtre]
U : 3.1 W/m2K
IV- Simulation
Les vitres de la serre: “DoubleGlazed_AlumFrame” U : 2.7 W/m2K
Les fenêtres du bâtiment : “SingleGlazed_TimberFrame” U : 5.1 W/m2K
V- Results
Les portes du bâtiment : “GlassSlindingDoor” U : 5.356 W/m2K
“SolidCore_PineTimber” U : 2.31 W/m2K
Conclusion
I- The Meyer Hospital
Simulation des performances thermiques de la serre avec le modèle
en volume
Scénario d’occupation de la serre: 27 personnes marchant
Bande de confort : [16°C - 28°C]
Résultats graphiques :
II- Bioclimatic
Strategies
°C
HOURLY TEMPERATURES - All Visible The rma l Zone s
Jour le plus chaud en moyenne journalière : 27 juillet
40
III- ECOTECT
Frida y 27th July (208) - Fire nze , Ita ly
2.0k
30
1.6k
20
1.2k
10
Tmoy. Serre : 27.5°C
0
0.0k
0
2
4
6
Outside Te mp. Be a m Sola r
°C
0.8k
0.4k
-10
IV- Simulation
W/ m²
8
Diffuse Sola r
10
12
Wind Spe e d
HOURLY TEMPERATURES - All Visible Therma l Zone s
14
16
Zone Te mp.
18
20
22
Se le c te d Zone
Sa turda y 29th De c e mber (363) - Fire nze, Ita ly
Jour le plus froid en moyenne journalière : 29 décembre
40
30
W/ m²
2.0k
1.6k
Tmoy. Serre : -2.6°C
V- Results
20
1.2k
10
0.8k
0
0.4k
-10
Conclusion
0.0k
0
2
4
Outside Te mp. Be a m Sola r
6
8
Diffuse Sola r
10
12
Wind Spee d
14
16
Zone Temp.
18
Sele c ted Zone
20
22
I- The Meyer Hospital
Simulation des performances thermiques de la serre avec le modèle
en volume
Scénario d’occupation de la serre: 27 personnes marchant
Bande de confort : [16°C - 28°C]
Résultats graphiques :
II- Bioclimatic
Strategies
%
DISCOMFORT PERIOD - All Visible Thermal Zones
Firenze, Italy
Nécessité de chercher
des solutions pour
améliorer le confort
80
Pourcentage de temps d’inconfort par mois
60
40
20
0
20
III- ECOTECT
40
Total trop chaud : 43 points
60
Total trop froid : 290 points
80
100
J
Too Hot
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
Too Cool
Recherche pour améliorer le confort :
IV- Simulation
En été : Système de ventilation naturelle d’Ecotect (si les conditions ext. sont plus
près de la bande de confort que les conditions int. alors les occupants
ouvriront les fenêtres)
V- Results
Variation du taux d’infiltration : manière d’augmenter le taux de
renouvellement d’air (Fixer le taux d’infiltration et de sensibilité au vent à
leur maximum et faire varier leur valeur en utilisant un calendrier des % de
ces valeurs)
Conclusion
I- The Meyer Hospital
Simulation des performances thermiques de la serre avec le modèle
en volume
Scénario d’occupation de la serre: 27 personnes marchant
Bande de confort : [16°C - 28°C]
Résultats graphiques :
II- Bioclimatic
Strategies
%
DISCOMFORT PERIOD - All Visible Thermal Zones
Firenze, Italy
Nécessité de chercher
des solutions pour
améliorer le confort
80
Pourcentage de temps d’inconfort par mois
60
40
20
0
20
III- ECOTECT
40
Total trop chaud : 43 points
60
Total trop froid : 290 points
80
100
J
F
Too Hot
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
Too Cool
Recherche pour améliorer le confort :
IV- Simulation
Résultats de l’ajout de ventilation naturelle et de la variation du renouvellement d’air :
%
DISCOMFORT PERIOD - All Visible The rmal Zones
Fire nze, Italy
Total trop chaud : 37 points
80
Exploitation du jardin
autour de la serre (ombres)
60
Total trop froid : 282 points
40
V- Results
Autres solutions :
20
0
Utilisation de parres-soleil
20
40
Ombrage dû aux panneaux
photovoltaiques
60
80
100
Conclusion
J
Too Hot
F
M
Too Cool
A
M
J
J
A
S
O
N
D
I- The Meyer Hospital
Simulation des échanges thermiques entre la serre et la bâtiment
central du complexe
Utilisation d’un modèle plus simple du bâtiment central : 3 zones (une par étage)
Scénario d’occupation du bâtiment : 40 personnes sédentaires par étage
Bande de confort : [20°C - 26°C]
II- Bioclimatic
Strategies
Pour la serre, même paramétrage et système de ventilation naturelle et calendrier
pour le taux de renouvellement d’air
Création d’un système de ventilation nocturne avec le même principe (fonctionnant
de 22h à 8h en juin , juillet , août) [ taux max respectivement 2vol/h et 0.5 vol/h et
reste de l’année 0.5vol/h et 0.125vol/h)
III- ECOTECT
Résultats graphiques :
HOURLY
TEMPERATURES
- All Visible
Thermal
Zones
HOURLY
TEMPERATURES
- All
Visible
The rma l Zone s
°C
°C
Frida y 27th July (208)
- Firenze,
Italy De c e mbe r (363) - Fire nze , Ita ly
Sa turda
y 29th
W/ m²
W/ m²
Jour le plus chaud en moyenne journalière :
27Jour
juillet
le plus froid en moyenne journalière : 29 décembre
40
2.0k
40
30
1.6k
20
1.2k
30
IV- Simulation
1.6k
20
1.2k
10
0.8k
RDC, premier étage et deuxième étage
10
0.8k
0
0.4k
0
V- Results
-10
2.0k
0.4k
0
2
-10 Outside Temp.
0
Outside Te mp.
4
6
Beam Solar
2
8
10
Diffuse Sola r
4
Be a m S ola r
6
12
14
Wind Spe ed
8
Diffuse S ola r
16
Zone Temp.
10
Wind S pe e d
12
18
20
0.0k
22
0.0k
Se le cted Zone
14
Zone Te mp.
16
18
20
22
Se le c te d Zone
Besoin de chauffage.
Conclusion
I- The Meyer Hospital
II- Bioclimatic
Strategies
III- ECOTECT
Simulation des échanges thermiques entre la serre et la bâtiment
central du complexe
Comparaison des charges de chauffage du bâtiment central avec la serre
et sans la serre :
Charges de chauffage
avec la serre
Charges de chauffage
sans la serre
RDC
69.84 kWh/m2
68.93 kWh/m2
Premier
88.82 kWh/m2
78.69 kWh/m2
Second
116.26 kWh/m2
116.85 kWh/m2
Total des charges de
chauffage
89.97 kWh/m2
85.50 kWh/m2
Conclusion des simulations :
Résultats contraires aux théories et expériences lièes aux serres !
Limites d’Ecotect :
IV- Simulation
V- Results
- Ne tient pas compte du rayonnement solaire sur les surfaces intérieures du
bâtiment une fois que le rayonnement solaire est entré dans une zone (ici la serre).
- Ne prend pas en compte les flux de convection dans un espace, la chaleur est
transférée d’un espace à l’autre via les gains inter-zonaux (donc grande part
d’énergie transférée par conduction).
- Système de ventilation naturelle ambigü.
Conclusion
Faiblesse de la modélisation :
- Doute sur le choix des matériaux pour les murs (Déphasage
thermique non connu et donc inertie thermique ?)
I- The Meyer Hospital
II- Bioclimatic
Strategies
Conclusion du projet
Un modéle de développement durable
Rénovation
environnementale
de bâtiments en
bâtiments de
bureaux
L’Hôpital Meyer
Construction
environnementale
dans le secteur de
la santé
Implantation architecturale de
panneaux photovoltaïques
III- ECOTECT
Objectif : Analyse et Diffusion des résultats de ce projet de démonstration
IV- Simulation
V- Results
Conclusion
Etude des apports de
chaleur de la serre du
projet avec Ecotect
Remise en cause des calculs thermiques
effectués avec Ecotect
ESP-r reprise de l’étude
I- The Meyer Hospital
II- Bioclimatic
Strategies
III- ECOTECT
Conclusion du projet
some technical problems have been occurred after the first
two phases of the simulation program
(data collect and input in the software, first calculations…)
in particular the software used (Ecotec) was not able to
generate reliable data.
This kind of software can’t exactly simulate such thermal
properties as the transmittance for large glazed areas, as
the ones characterizing the green house.
IV- Simulation
V- Results
Conclusion
So, after this first phase of study, a new simulation tool
has been chosen and all data will be transferred in a
new protocol.
Due this problems, we still are in the beginning of the
new simulation study so we don’t have any conclusive
report to insert this report period.
Esp-r
Radiance