La 1ère école à énergie positive d’Oslo est en cours de création

Avec un surplus d’énergie produite, Voldsløkka devient la première école à énergie positive d’Oslo. Les préparatifs vont bon train.

L’école et l’espace culturel de Voldsløkka à Oslo est le projet de démonstration norvégien du projet ARV d’Horizon 2020. Le projet comprend la construction d’une école secondaire pour 810 élèves et la rénovation d’une cimenterie historique adjacente qui sera utilisée comme espace culturel.

La nouvelle école sera la première école à énergie positive d’Oslo, avec un surplus d’énergie produite sur place grâce à 1 556 m2 de panneaux photovoltaïques installés sur la façade et le toit.

L’ensemble des actions de démonstration entreprises dans le cadre du projet ARV couvre les processus de rénovation efficaces en termes de ressources, le fonctionnement optimal de l’énergie de quartier et l’engagement des citoyens dans la durabilité des bâtiments et la durabilité sociale pour former les futures communautés énergétiques citoyennes.

Le projet a été développé par Oslobygg (OBF), le promoteur immobilier de la municipalité d’Oslo. OBF est également le propriétaire des bâtiments du projet Voldsløkka. SINTEF et NTNU sont les partenaires de recherche d’ARV.

Le projet Voldsløkka est conçu par une collaboration entre OBF, Spinn Arkitekter, Kontur Arkitekter et Østengen & Bergo Landskaparkitekter. L’entrepreneur principal est Veidekke.

Reconception de bâtiments durables (WP4)

L’objectif du WP4, auquel collaborent SINTEF, NTNU et Oslobygg, est de concevoir de nouveaux bâtiments et de rénover les bâtiments existants pour en faire des bâtiments à énergie positive zéro émission, afin de :

- réduire leur énergie intrinsèque et leurs émissions
- augmenter leur efficacité énergétique,
- en associant la durabilité à l'esthétique et à la qualité de vie (conformément à la nouvelle stratégie européenne du Bauhaus).

Dans le projet Voldsløkka, différents scénarios de combinaisons de matériaux, de composants et de technologies de pointe, ainsi que de procédures de conception et de planification et de flux de travail sont analysés. x

Les stratégies de conception suivantes (entre autres) font partie de l’analyse et de la démonstration :

- La mise en œuvre d'une conception adaptée au climat en utilisant des solutions d'eau de surface ouverte et des solutions vertes pour les espaces extérieurs.
- L'intégration du BIPV dans les façades pour répondre à l'esthétique architecturale, à la standardisation et à la production d'énergie.

L’analyse des stratégies de conception susmentionnées a été réalisée en étudiant la documentation de conception du projet et en interrogeant l’équipe de conception et les consultants en ingénierie. Un guide d’entretien a été élaboré à l’intention des différentes personnes clés. Les entretiens étaient basés sur un cadre semi-structuré, où une liste d’arguments était communiquée à l’avance aux personnes interrogées.

Les entretiens ont porté sur les trois principales étapes du processus de conception : l’avant-projet, le développement de la conception et la conception détaillée. La procédure d’urbanisme qui a conduit à l’utilisation actuelle de la zone de Voldsløkka a été analysée à l’aide de la documentation du plan réglementaire, afin de comprendre les limites et les défis présentés à l’équipe de conception plus tard au cours du processus de conception.

Résultats

Conception d’espaces extérieurs adaptés au climat

Le plan réglementaire[1] exigeait que la cour de l’école Voldsløkka soit aménagée comme un parc avec une variété de végétation à différentes hauteurs et avec des surfaces perméables et des surfaces naturelles couvrant au moins 30 pour cent du sol extérieur.

Cela a représenté un défi pour l’architecte paysagiste, car conformément aux directives de la municipalité d’Oslo pour la gestion locale des eaux pluviales[2][3][4] et à la décision du plan réglementaire, la cour de l’école devait être planifiée pour accueillir à la fois des surfaces dures et durables pour la cour de récréation et les activités scolaires et des surfaces perméables et vertes pour la gestion des eaux pluviales.

Cette exigence a été satisfaite en combinant les deux types de surfaces dans des « îlots d’activité » et des « canaux » dans le paysage de l’école. Les entrées et les fonctions du bâtiment scolaire et du centre culturel ont défini des allées importantes dans la cour de récréation et entre ces allées, des « îlots d’activités » ont été créés. Les îlots d’activité consistent en une zone d’activité intérieure, entourée de canaux avec de la végétation, pour la gestion des eaux pluviales.

Selon l’aménagement paysager, les eaux pluviales sont gérées selon un principe en trois étapes :

• les petites pluies sont gérées localement
• les précipitations importantes sont retardées,
• les précipitations extrêmes sont détournées vers des voies d’inondation sûres.

Les « canaux » assurent une gestion efficace des eaux pluviales sur le terrain de l’école. Le terrain autour des canaux est planifié de manière à ce que l’eau de pluie s’écoule vers les îles. Les canaux sont constitués de lits de pluie recouverts de grilles métalliques. Les grilles créent des espaces de vie et des passerelles à travers l’installation et protègent la végétation des canaux contre le piétinement.

Sous les grilles sont installés des lits de pluie, ensemencés d’herbe et de plantes vivaces sauvages norvégiennes. Là où les canaux ne sont pas recouverts de grilles, une variété d’arbustes et d’arbres norvégiens sont plantés pour créer une sensation naturelle et un volume de végétation luxuriante autour des zones d’activité.

L’eau excédentaire est recueillie dans les canaux. Depuis les canaux, elle s’infiltre à travers la végétation jusqu’à un réservoir en pierre concassée qui s’étend sous les îlots d’activité. Les espèces végétales utilisées sont celles qui résistent à l’eau pendant des périodes plus courtes, mais aussi à la sécheresse.

Les différents îlots proposent des activités différentes, destinées à attirer des jeunes ayant des intérêts et des compétences variés, et les installations peuvent être utilisées de différentes manières.

La diversité naturelle avec des espaces verts adaptables et appartenant à la diversité des espèces locales/régionales est incluse dans le plan paysager. Pour garantir un environnement naturel propice aux insectes pollinisateurs, des prairies fleuries sont plantées de fleurs sauvages norvégiennes, associées à des arbustes et des arbres indigènes.

Les matériaux de revêtement des espaces extérieurs varient en fonction de l’utilisation prévue pour chacun d’entre eux. Les matériaux perméables et la verdure sont largement utilisés pour assurer la gestion des eaux pluviales. L’asphalte et les pavés en béton sont utilisés dans la cour d’école, et l’asphalte en caoutchouc est utilisé sur les îlots d’activités comme base sous l’équipement de l’aire de jeux.

Des alternatives à l’asphalte en caoutchouc ont été recherchées (par exemple, le liège). Toutefois, leur durée de vie n’a pas été jugée comparable à celle de l’asphalte en caoutchouc en raison de leur moindre durabilité. En outre, les tapis de chute en liège se sont révélés moins écologiques qu’on ne le pensait.

Intégration du BIPV dans les façades

Le plan réglementaire était très détaillé en ce qui concerne l’emplacement de la nouvelle école et son aspect général. L’alignement nord-sud de l’école, le long d’Uelandsgate, a été choisi pour assurer une ligne de vue continue entre les parties sud et nord du parc Voldsløkka.

Cependant, ce choix a conduit à une orientation sous-optimale du bâtiment, ce qui est préjudiciable à l’exploitation du plein potentiel de production d’électricité des panneaux photovoltaïques installés en façade. En effet, lors de la procédure réglementaire, l’objectif énergétique de l’école de Voldsløkka n’a pas été discuté ni décidé pour le projet.

Le raisonnement derrière les décisions du plan réglementaire était principalement basé sur la limitation de l’impact visuel du nouveau bâtiment, la définition d’un nouveau front de rue sur Uelandsgate, et la protection de la cour de l’école contre le trafic routier. Lorsque l’OBF a décidé d’atteindre l’objectif « plus d’énergie » pour le bâtiment scolaire, l’équipe de conception a dû composer avec une petite façade sud et deux longues façades à l’est et à l’ouest. Ce n’est pas la meilleure condition pour l’installation de panneaux photovoltaïques en façade, car la production d’électricité ne sera pas maximisée.

En outre, le plan de réglementation exigeait que l’aspect des façades de l’école ne soit pas celui de grandes surfaces monotones. Les équipes de conception ont décidé d’utiliser un mélange de modules photovoltaïques standard de couleur noire et verte et deux orientations de panneaux différentes pour rendre les façades plus dynamiques et attrayantes.

Le principe général de la conception de la façade a donc été dicté par la recherche d’un équilibre entre la production d’énergie et l’aspect esthétique. Cependant, la couleur verte et l’orientation du bâtiment ont limité la production potentielle d’énergie photovoltaïque.

Le système photovoltaïque est conçu pour produire environ 230 000 kWh par an, ce qui est nécessaire pour atteindre l’objectif fixé par l’OBF de 2 kWh/m2 par an de surplus d’électricité dans le bâtiment scolaire. Les panneaux photovoltaïques sont suspendus à un système de profilés en aluminium avec une profondeur minimale de 100 mm d’entrefer à l’arrière. La portée entre les éléments verticaux du système de profilés est de 600 mm. Cette portée correspond à celle des cadres de fenêtres, de sorte que les profilés en aluminium peuvent être installés devant les fenêtres.

Un système de profilés secondaire avec un angle de 20 degrés est installé devant les premiers profilés, pour permettre de suspendre les panneaux photovoltaïques à l’angle prévu. Lorsque le système de profilés secondaires se superpose partiellement aux fenêtres, des panneaux de verre sont installés à la place des panneaux photovoltaïques. Cette configuration de panneaux de verre chevauchant les ouvertures des fenêtres permet une expression plus dynamique et plus variée du motif des fenêtres, sans s’exposer à la difficulté technique de l’installation de fenêtres non rectangulaires.

La rotation de l’alignement des panneaux photovoltaïques détermine la nécessité de couper les panneaux en forme triangulaire lorsqu’ils sont installés autour des fenêtres ou sur les bords de la façade. Cela réduit l’espace disponible pour les modules dans chaque panneau. Et selon l’angle de rotation, un nombre plus ou moins élevé de modules peut être alloué, ce qui modifie radicalement la production d’énergie globale de la façade.

Compte tenu de l’objectif énergétique, la décision concernant l’angle optimal de rotation des panneaux a été prise à l’aide d’un outil de conception paramétrique utilisé par un consultant externe. Cet outil a permis aux concepteurs de tester plusieurs orientations de panneaux, de calculer les coupes de panneaux, l’emplacement autorisé des modules et la production globale d’énergie. Le choix de modules photovoltaïques de couleur verte diminue leur production potentielle d’électricité, étant donné que l’efficacité maximale est atteinte par les modules noirs.

Des tests de différentes nuances de vert ont été effectués sur le chantier afin d’évaluer quelles nuances de vert donnaient les rendements électriques les plus élevés. Pour atteindre l’objectif de l’énergie plus, un équilibre entre les modules noirs et verts a été trouvé. Environ 25 % des modules de la façade ouest et environ 40 % de ceux de la façade sud sont noirs.

Tous les autres modules sont de deux teintes de vert différentes, de sorte que chaque panneau photovoltaïque est composé de deux parties vertes différentes. Ces panneaux sont installés soit en position verticale, soit tournés de 180 degrés. Cela donne l’impression que quatre types de panneaux différents sont installés sur la façade.

Vue d’ensemble du projet Voldsløkka. Illustration : Spinn Arkitekter AS & Kontur Arkitekter AS