Projet Grand Nancy Thermal
Etude des masques solaires
Enjeux
Il s’agit d’évaluer le secteur situé entre la rue du Sergent Blandan, l’avenue Hyppolyte Maringer et le Parc Sainte Marie à Nancy. Il se trouve 3 piscines dont une extérieure. Le projet inclura la réhabilitation des deux piscines intérieures historiques (inaugurées en 1913) et une réimplantation de la piscine extérieure (idéalement en accès direct avec le bassin olympique intérieur afin de créer un bassin nordique attenant au bassin rectangulaire intérieur).
L’étude d’ensoleillement porte sur l’ensemble du site balisé ci-dessus, en tenant compte de l’existant : les arbres du Parc, les habitations alentour et les deux bâtiments historiques existant.
Localisation et orientation
Les coordonnées du site sont 48.6782319, 6.1688124 ou 48° 40′ 41.635″ N / 6° 10′ 7.725″ E. Les calculs sont effectués pour les journées suivantes : solstice d’hiver, équinoxe de printemps, solstice d’été, équinoxe d’automne. Ces journées représentent les minimums et maximums d’ensoleillement et les valeurs médianes, soit pour 2016 : 20 mars, 20 juin, 22 septembre et 21 décembre.
Figure 1 – Graphique polaire avec analème
Quelques données climatiques.
Le vent
La rose des vents à Nancy se présente ainsi
Apports solaires
Les apports solaires moyens en Wh /m² donnent des indications sur les gisements potentiels en énergie et le confort extérieur pour les bassins de plein air.
| Mois | Wh/m2 | Mois | Wh/m2 |
| —— | ——- | —— | ——- |
| Janvier | 1 292 | juillet | 6 711 |
| Février | 2 139 | Aout | 5 930 |
| Mars | 3 840 | Septembre | 4 032 |
| Avril | 4 603 | Octobre | 2 267 |
| Mai | 5 401 | Novembre | 1 567 |
| Juin | 6 377 | Décembre | 1 102 |
Ces données sont issues du site energyplus, généralement utilisé pour les calculs climatiques et thermiques.
https://energyplus.net/weather-location/europe_wmo_region_6/FRA//FRA_Nancy.071800_IWEC
Maquette numérique.
La maquette numérique 3D a été extrapolée à partir des données ouvertes disponibles sur le site : http://opendata.grand-nancy.org/jeux-de-donnees/rechercher-un-jeu-de-donnees/ Les données ont été nettoyées et préparées pour le calcul des masques solaires.
Figure 2 – ensoleillement le 21 juin à 16h, heure solaire
Méthode de calcul
Aujourd’hui de nombreux logiciels de 3D sont capables de calculer les masques solaires avec des résultats justes. Une étude proposée en annexe porte sur la comparaison des grandes solutions disponibles sur le marché et confirme la convergence des résultats. Les erreurs potentielles peuvent donc plus provenir de la géométrie 3D que de l’interprétation de la course solaire.
Zone rouge
La première partie de l’étude va porter sur l’étude des ombres portées dans la zone identifiée en rouge.
L’extraction directe de la base 3D donne cette géométrie, habillée de la photo aérienne :
La modélisation retravaillée donne cette géométrie permettant de travailler.
Calcul des ombres
20 mars, équinoxe de printemps.
Comportement solaire.
| position du soleil | Elévation | Azimut | latitudes | longitudes |
| crépuscule | Levé | couché | Azimut levé | Azimut couché |
| Le crépuscule civil -6° | 07:06:14 | 20:20:04 | 83.11° | 277.21° |
| Crép. astronomique -18° | 05:51:10 | 21:35:28 | 68.32° | 292.11° |
| jour | hh:mm:ss | diff. dd+1 | diff. dd-1 | midi |
| 20/03/2016 | 12:11:04 | 00:03:35 | -00:03:36 | 13:43:08 |
Figure 3 – trajectoire solaire, heure par heure, 20 mars 2016
Bilan global
Le cumul des heures permet de comparer en fonction du gisement d’heures de soleil de la journée, ce que la parcelle peut recevoir. C’est donc un ratio entre le potentiel du site et le réel reçu.
Heure par heure
Figure 7 – 20 mars 2016- 10h00
Figure 8 – 20 mars 2016- 11h00
Figure 9 – 20 mars 2016- 12h00
Figure 10 – 20 mars 2016- 13h00
Figure 11 – 20 mars 2016- 14h00
Figure 12 – 20 mars 2016- 15h00
Figure 13 – 20 mars 2016- 16h00
Figure 14 – 20 mars 2016- 17h00
Figure 15 – 20 mars 2016- 18h00
20 juin, solstice d’été.
Comportement solaire.
| position du soleil | Elévation | Azimut | latitudes | longitudes |
| crépuscule | levé | couché | Azimut levé | Azimut couché |
| crépuscule -0.833° | 05:32:23 | 21:41:39 | 51.75° | 308.24° |
| Le crépuscule civil -6° | 04:49:59 | 22:23:59 | 43.5° | 316.48° |
| Le crépuscule nautique -12° | 03:49:54 | 23:24:03 | 30.94° | 329.04° |
| crépuscule astronomique -18° | –:–:– | –:–:– | 337.09° | 337.09° |
| jour | hh:mm:ss | diff. dd+1 | diff. dd-1 | midi |
| 20/06/2016 | 16:09:16 | -00:00:01 | -00:00:06 | 13:37:01 |
Figure 16 – trajectoire solaire, heure par heure, 20 juin 2016
Figure 21- 20 juin 2016- 10h00
Figure 22- 20 juin 2016- 11h00
Figure 23- 20 juin 2016- 12h00
Figure 24- 20 juin 2016- 13h00
Figure 25- 20 juin 2016- 14h00
Figure 26- 20 juin 2016- 15h00
Figure 27- 20 juin 2016- 16h00
Figure 28- 20 juin 2016- 17h00
Figure 29- 20 juin 2016- 18h00
22 septembre, équinoxe d’automne.
Comportement solaire
Figure 30 – trajectoire solaire, heure par heure, 22 septembre 2016
| position du soleil | Elevation | Azimut | latitudes | longitudes |
| 22/09/2016 17:46 | GMT1 | 16.47° | 250.3° | 48.6782815° N | 6.1688232° E |
| crépuscule | Levé | couché | Azimut levé | Azimut couché |
| crépuscule -0.833° | 07:22:18 | 19:32:37 | 88.84° | 270.86° |
| crépuscule astronomique -18° | 05:35:30 | 21:18:56 | 68.01° | 291.53° |
| jour | hh:mm:ss | diff. dd+1 | diff. dd-1 | midi |
| 22/09/2016 | 12:10:19 | -00:03:32 | 00:03:32 | 13:27:27 |
A Nancy, le comportement solaire aux équinoxes est très semblable, cela explique que les résultats de mars ressemblent à ceux de septembre.
Figure 32 – 20 septembre 2016- 7h00
Figure 33 – 20 septembre 2016- 8h00
Figure 34 – 20 septembre 2016- 9h00
Figure 35 – 20 septembre 2016- 10h00
Figure 36 – 20 septembre 2016- 11h00
Figure 37 – 20 septembre 2016- 12h00
Figure 38 – 20 septembre 2016- 13h00
Figure 39 – 20 septembre 2016- 14h00
Figure 40 – 20 septembre 2016- 15h00
Figure 41 – 20 septembre 2016- 16h00
Figure 42 – 20 septembre 2016- 17h00
Figure 43 – 20 septembre 2016- 18h00
21 décembre, solstice d’hiver
Figure 44 – trajectoire solaire, heure par heure, 21 décembre 2016
| Position du soleil | Elévation | Azimut | latitudes | longitudes |
| 21/12/2016 17:46 | GMT1 | -1.39° | 234.91° | 48.6782815° N | 6.1688232° E |
| crépuscule | Levé | Couché | Azimut Levé | Azimut Couché |
| crépuscule -0.833° | 09:25:26 | 17:41:50 | 125.86° | 234.13° |
| crépuscule astronomique -18° | 07:29:35 | 19:37:37 | 105.29° | 254.7° |
| jour | hh:mm:ss | diff. dd+1 | diff. dd-1 | midi |
| 21/12/2016 | 08:16:24 | 00:00:03 | 00:00:03 | 13:33:38 |
Figure 46 – 20 décembre 2016- 9h00
Figure 47 – 20 décembre 2016- 10h00
Figure 48 – 20 décembre 2016- 11h00
Figure 49 – 20 décembre 2016- 12h00
Figure 50 – 20 décembre 2016- 13h00
Figure 51 – 20 décembre 2016- 14h00
Figure 52 – 20 décembre 2016- 15h00
Figure 53 – 20 décembre 2016- 16h00
Cumul Année
Sur un gisement d’heures de soleil potentiel, la parcelle en reçoit une fraction donnée par les durées cumulées d’ensoleillement.
Visualisions de la parcelle totale
Dans cette partie, l’ensemble du site va être observé avec une modification particulière : la disparition d’un corps de bâtiment venant à la fois pénaliser l’esthétique de l’existant et l’usage de la parcelle. Le calcul se fait selon le même protocole.
Attention, pour des raisons d’optimisation des calculs, l’ombre portée au sol peut avoir une forme légèrement différente. Le fichier OpenData est très hétérogène. Pour ce calcul, la grille de sol a été refaite et homogénéisée.
20 mars, équinoxe de printemps. 8h->17h
Figure 54 – 20 mars 2016- 08h00
Figure 55 – 20 mars 2016- 09h00
Figure 56 – 20 mars 2016- 10h00
Figure 57 – 20 mars 2016- 11h00
Figure 58 – 20 mars 2016- 12h00
Figure 59 – 20 mars 2016- 13h00
Figure 60 – 20 mars 2016- 14h00
Figure 61 – 20 mars 2016- 15h00
Figure 62 – 20 mars 2016- 16h00
Figure 63 – 20 mars 2016- 17h00
20 juin, solstice d’été. 7h->19h
Figure 64- 20 juin 2016- 07h00
Figure 65- 20 juin 2016- 08h00
Figure 66- 20 juin 2016- 09h00
Figure 67- 20 juin 2016- 10h00
Figure 68- 20 juin 2016- 11h00
Figure 69- 20 juin 2016- 12h00
Figure 70- 20 juin 2016- 13h00
Figure 71- 20 juin 2016- 14h00
Figure 72- 20 juin 2016- 15h00
Figure 73- 20 juin 2016- 16h00
Figure 74- 20 juin 2016- 17h00
Figure 75- 20 juin 2016- 18h00
Figure 76- 20 juin 2016- 19h00
Focalication sur la période 17h -> 19h
Dans la zone rouge, la période 17h -> 19h est moins favorable du fait des ombres portées le long du corps central du bâtiment. Attention, c’est en heure GMT+1, il faut donc avancer d’une heure pour l’heure d’été, ce qui rend la situation moins contraingnantes.
Figure 77- 20 juin 2016- 17h00
Figure 78- 20 juin 2016- 17h30
Figure 79- 20 juin 2016- 18h00
Figure 80- 20 juin 2016- 18h30 
Figure 81- 20 juin 2016- 19h00
22 septembre, équinoxe d’automne. 8h->17h
Figure 82 – 20 septembre 2016- 08h00
Figure 83 – 20 septembre 2016- 09h00
Figure 84 – 20 septembre 2016- 10h00
Figure 85 – 20 septembre 2016- 11h00
Figure 86 – 20 septembre 2016- 12h00
Figure 87 – 20 septembre 2016- 13h00
Figure 88 – 20 septembre 2016- 14h00
Figure 89 – 20 septembre 2016- 15h00
Figure 90 – 20 septembre 2016- 16h00
Figure 91 – 20 septembre 2016- 17h00
21 décembre, solstice d’hiver 9h->16h
Figure 92 – 20 décembre 2016- 09h00
Figure 93 – 20 décembre 2016- 10h00
Figure 94 – 20 décembre 2016- 11h00
Figure 95 – 20 décembre 2016- 12h00
Figure 96 – 20 décembre 2016- 13h00
Figure 97 – 20 décembre 2016- 14h00
Figure 98 – 20 décembre 2016- 15h00
Figure 99 – 20 décembre 2016- 16h00
Cumul des ombres
La course solaire annuelle permet de réaliser des calculs cumulatifs.
Le cumul des ombres donne à voir les zones les plus ensoleillées et celles les moins exposées.
Figure 100- Cumul des ombres le 22 mars
Figure 101- Cumul des ombres le 22 juin 8h->18h
Figure 102- Cumul des ombres le 22 juin 8h->20h
Figure 103- Cumul des ombres le 22 septembre
Figure 104- Cumul des ombres le 22 décembre
Conclusion
Du fait de son orientation et de la configuration de l’environnement, la parcelle marquée en rouge bénéficie de valeurs d’ensoleillement très favorables. Orientée Est/Ouest, la parcelle ne souffre pas de longues ombres portées en automne ou au printemps. En hiver, les effets de masques sont plus importants, en été en revanche, la parcelle est pratiquement tout le temps découverte.
Pour une période d’exploitation allant par exemple de mai à fin septembre, pour une ouverture de 11h00 à 20h, nous pouvons établir les apports théoriques (supposant qu’il fait beau tous les jours).
Les zones ensoleillées plus de 10 heures apparaissent en jaune orangé, puis le dégradé indique la réduction avec un pas d’une heure..
Figure 105 – Apports horaires pour la période de mai à septembre
Une approche incidente montre le cumul d’heures ensoleillées par secteurs. Dans la période considérée, c’est environ 1400 heures cumulées dans certaines zones.
Figure 106 – cumul d’heures d’ensoleillement dans une période de mai à fin septembre
Récapitulatif du comportement solaire et des apports.
| TOTAL MONTHLY SOLAR EXPOSURE | NANCY, | FRA | |||||||
| Objects: 0 (Exposed Area: 0.000 m2) | |||||||||
| AVAIL. | AVG | REFLECT | INCIDENT | ABSORBED | TRANSMITTED | ||||
| MONTH | Wh/m2 | SHADE | Wh/m2 | Wh/m2 | TOT.Wh | Wh/m2 | TOT.Wh | Wh/m2 | TOT.Wh |
| Jan | 40927 | 0% | 0 | 27528 | 27528 | 0 | 0 | 27528 | 27528 |
| Feb | 59868 | 0% | 0 | 47415 | 47415 | 0 | 0 | 47415 | 47415 |
| Mar | 117951 | 0% | 0 | 92519 | 92519 | 0 | 0 | 92519 | 92519 |
| Apr | 137030 | 0% | 0 | 128100 | 128100 | 0 | 0 | 128100 | 128100 |
| May | 171199 | 0% | 0 | 160153 | 160153 | 0 | 0 | 160153 | 160153 |
| Jun | 193499 | 0% | 0 | 183466 | 183466 | 0 | 0 | 183466 | 183466 |
| Jul | 208562 | 0% | 0 | 190266 | 190266 | 0 | 0 | 190266 | 190266 |
| Aug | 180791 | 0% | 0 | 160621 | 160621 | 0 | 0 | 160621 | 160621 |
| Sep | 121473 | 0% | 0 | 106303 | 106303 | 0 | 0 | 106303 | 106303 |
| Oct | 71201 | 0% | 0 | 61017 | 61017 | 0 | 0 | 61017 | 61017 |
| Nov | 46507 | 0% | 0 | 33601 | 33601 | 0 | 0 | 33601 | 33601 |
| Dec | 33061 | 0% | 0 | 22438 | 22438 | 0 | 0 | 22438 | 22438 |
| TOTALS | 1382069 | 0 | 1213426 | 1213426 | 0 | 0 | 1213426 | 1213426 | |
A partir de cette base, il est possible de prédéfinir la position des bassins futurs, les horaires d’ouverture et éventuellement, commencer à bâtir des hypothèses sur des apports d’énergies renouvelables du fait des gisements potentiels et de l’environnement bâti.
Cette évaluation est réalisée à partir des éléments disponibles en ligne, présents sur l’open Data de la ville et des informations disponibles en ligne. Une étude plus fine pourrait être réalisée, mais il y a peu de chances qu’elles viennent fortement nuancer les présentes estimations.
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