Une planification cool pour un avenir plus chaud

Le réchauffement climatique accroît l'importance de concevoir des bâtiments et des communautés confortables, efficaces et sûrs dans des conditions chaudes.

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31 août 2022, 9h00 HAP

Par Todd Litman

DeymosRH / Shutterstock

[Mise à jour le 6 septembre 2022] Mon défunt frère cadet, Jon Litman, qui avait une déficience intellectuelle, vivait de manière indépendante dans un appartement locatif basique à Sacramento, en Californie. Il avait de grandes fenêtres à simple vitrage et était refroidi par une vieille unité de climatisation inefficace. Pendant l'été, l'appartement était inconfortablement chaud et étouffant.

Lors d'une visite il y a quelques années, j'ai essayé de concevoir un programme de refroidissement pour améliorer ses conditions de vie. La quincaillerie locale pouvait me vendre un film réfléchissant pour fenêtre pour réduire le gain de chaleur à l'intérieur, mais n'avait aucune suggestion pour mettre en œuvre d'autres stratégies de refroidissement telles que des stores extérieurs ou des ventilateurs programmables qui infuseraient de l'air frais dans le bâtiment la nuit. J'aurais pu embaucher un architecte et une firme d'ingénierie pour concevoir un ensemble de stratégies de refroidissement, mais cela aurait coûté des milliers de dollars, et un tel programme était impossible à mettre en œuvre pour un locataire. Malheureusement, Sacramento n'avait aucun programme de rénovation d'immeubles d'appartements étouffants et aucun groupe d'entrepreneurs spécialisés dans les solutions de refroidissement rentables pour petits bâtiments. Nous devons faire mieux !

La planification communautaire cool est un problème émergent. Le réchauffement climatique augmente la fréquence et la sévérité des vagues de chaleur, causant de l'inconfort, des risques pour la santé et des pertes économiques.

La chaleur extrême met également à rude épreuve les infrastructures publiques, en particulier les systèmes électriques, si les gens réagissent en faisant monter leurs climatiseurs, ce qui augmente les émissions de carbone et exacerbe encore le réchauffement climatique.

Examinons quelques stratégies pour des maisons, des lieux de travail et des communautés plus frais.

Il existe de nombreuses façons d'améliorer le confort et l'efficacité énergétique des bâtiments. Bon nombre de ces stratégies peuvent être mises en œuvre dans des bâtiments commerciaux et résidentiels.

Une première étape importante consiste à limiter la quantité de lumière solaire, ou gain solaire, qui pénètre dans un bâtiment. Lors d'une journée chaude, je vois souvent des maisons avec des rideaux tirés pour bloquer la lumière du soleil, mais c'est trop tard ; la chaleur est déjà entrée dans le bâtiment. Une bien meilleure approche consiste à installer des surplombs de toit, des auvents et des rideaux extérieurs pour ombrager les fenêtres pendant la partie la plus chaude de la journée. Les porches ombragés aident à refroidir le sable intérieur des maisons et offrent des endroits confortables pour socialiser.

Avant l'avènement de la climatisation, les auvents et les rideaux extérieurs étaient courants, en particulier pour les fenêtres orientées vers le soleil (face au sud dans l'hémisphère nord et au nord dans l'hémisphère sud). Il est temps de les ramener ! Certains auvents sont mécaniques, étendus pendant les périodes ensoleillées et rétractés lorsque plus de soleil est souhaité, mais s'ils sont correctement conçus, les surplombs et les auvents permanents bloqueront la lumière directe du soleil pendant la partie la plus chaude de la journée et laisseront encore beaucoup de lumière lorsque le soleil est bas le matin et en fin d'après-midi.

L'illustration ci-dessous montre la face sud d'un bâtiment près de notre maison avec des auvents bien conçus qui ombragent les fenêtres en milieu de journée pendant l'été, tout en laissant beaucoup de lumière naturelle et de vues. Cependant, ils sont l'exception; peu d'autres bâtiments ont des auvents, ce qui les rend inconfortablement chauds lors d'une journée d'été ensoleillée.

Les auvents mécaniques modernes, les stores extérieurs et les rideaux peuvent s'étendre et se rétracter en appuyant sur un bouton, depuis l'intérieur de la maison, et peuvent être programmés pour le faire automatiquement. Ils peuvent être en tissu, en bois ou en métal. Certains fabricants intelligents feront fortune en produisant de tels auvents avec des panneaux solaires intégrés afin qu'ils ne nécessitent aucun câblage.

Les vieilles fenêtres peuvent être améliorées avec plusieurs vitres et des revêtements réfléchissants qui contrôlent le gain solaire et augmentent l'isolation. Les fenêtres à faible émissivité ont un revêtement à faible émissivité qui bloque la plupart des rayons ultraviolets (UV) et infrarouges (IR) tout en laissant passer la lumière visible. Les fenêtres sont évaluées par le coefficient de gain de chaleur solaire, qui indique la quantité de chaleur solaire qu'elles transmettent (plus le nombre est faible, moins la chaleur solaire entre), la transmission visible, qui indique la quantité de lumière naturelle que la fenêtre laisse entrer pendant la journée (plus le nombre est élevé, plus la lumière naturelle entre) et le facteur U, qui mesure son flux de chaleur (plus le nombre est faible, plus la fenêtre bloque la chaleur). Des fenêtres bien conçues peuvent réduire d'un ordre de grandeur le gain de chaleur et les charges de climatisation qui en résultent.

Les bâtiments peuvent être aménagés avec des arbres, des buissons ou des vignes situés pour ombrager les zones à forte exposition afin de réduire le gain solaire. Les arbres à feuilles caduques sont les meilleurs dans certains endroits car ils fournissent de l'ombre pendant la chaleur de l'été mais laissent passer la lumière du soleil pendant l'hiver et le printemps.

Les matériaux extérieurs, y compris les peintures et les toitures, peuvent être sélectionnés pour minimiser l'absorption de chaleur, appelée albédo élevé, mesuré à l'aide de l'indice de réflectance solaire (IRS). Plus le SRI est bas, plus une surface deviendra chaude au soleil.

Les murs extérieurs et les plafonds doivent être isolés pour maintenir le refroidissement en été et la chaleur en hiver. De nombreux bâtiments plus anciens situés dans des régions à climat chaud sont peu ou pas isolés. Il est important d'installer correctement l'isolant, avec des pare-vapeur et une ventilation appropriés, pour éviter l'accumulation d'humidité qui peut causer de la moisissure et de la pourriture.

Les bâtiments peuvent être conçus et modifiés pour fournir une ventilation naturelle, renforcée si nécessaire par des ventilateurs. Les fenêtres doivent être fonctionnelles, c'est-à-dire qu'elles s'ouvrent, et conçues pour encourager les brouillons croisés. Cela peut être accompli en ayant deux fenêtres ouvrantes sur des murs opposés et, parce que l'air chaud monte, en ayant des fenêtres ouvrantes ou des lucarnes à différents étages pour profiter des effets naturels de la cheminée.

Les systèmes mécaniques de circulation d'air peuvent être programmés pour apporter de l'air frais dans les bâtiments la nuit. Ils peuvent inclure des échangeurs de chaleur air-air qui transfèrent la fraîcheur des espaces climatisés à l'air frais lorsqu'il entre dans un bâtiment, augmentant ainsi l'efficacité énergétique.

Pour minimiser le gain de chaleur intérieure, l'éclairage et les appareils intérieurs doivent être aussi éconergétiques que possible. Par exemple, le remplacement des ampoules à incandescence par des systèmes d'éclairage plus efficaces réduit non seulement la consommation électrique de l'éclairage, mais également les charges de climatisation. De même, les appareils électroménagers, les technologies de cuisson et les appareils électroniques éconergétiques permettent des économies d'énergie et financières supplémentaires s'ils libèrent moins de chaleur dans les enveloppes du bâtiment. Certains appareils, comme les laveuses et sécheuses et les réservoirs d'eau chaude, peuvent être programmés pour fonctionner la nuit lorsqu'ils contribuent moins à la surchauffe du bâtiment et que les prix de l'électricité sont plus bas.

Les systèmes de climatisation doivent également être sélectionnés et conçus pour une efficacité maximale. L'efficacité de la pompe à chaleur et du système de climatisation est évaluée par le taux d'efficacité énergétique saisonnier (SEER), qui indique la quantité moyenne de refroidissement fournie par unité d'électricité utilisée. La plupart des systèmes plus anciens sont énergivores, avec des SEER inférieurs à 10. Depuis 2006, la réglementation américaine a imposé un SEER minimum de 13, et de nouveaux systèmes sont désormais disponibles avec des SEER supérieurs à 20, plus de deux fois plus efficaces que par le passé.

Les systèmes de ventilation mécanique et de climatisation doivent être régulièrement inspectés, nettoyés et entretenus. Les échangeurs de chaleur de la climatisation, où la chaleur est libérée dans l'atmosphère, doivent être ombragés et situés de manière à maximiser le débit d'air.

Les changements de mode de vie peuvent également réduire les besoins de refroidissement. Des codes vestimentaires plus flexibles qui se passent de cravates, de vestes et de collants permettent aux espaces de travail d'être plus chauds de quelques degrés.

Les gens supposent parfois que l'énergie solaire peut fournir l'électricité nécessaire au refroidissement de la maison, mais cela n'est pas réaliste si les bâtiments sont inefficaces ; trop de panneaux seraient nécessaires pour satisfaire les besoins énergétiques totaux à moins qu'une maison ne soit conçue pour maximiser l'efficacité énergétique et minimiser les charges de refroidissement.

Selon le département américain de l'énergie, les ménages consomment en moyenne 11 000 kilowattheures (kWh) par an, dont 17 % (environ 2 000 kWh) sont destinés à la climatisation, comme illustré ci-dessous. Bien sûr, cela est plus élevé dans les régions à climat chaud et est susceptible d'augmenter avec le réchauffement climatique.

Dans les régions à climat chaud, un petit climatiseur de fenêtre typique qui refroidit une seule pièce nécessite environ 1 000 kWh, et un climatiseur central qui refroidit une maison entière nécessite 2 000 à 5 000 kWh.

Un panneau solaire domestique typique produit 250 à 400 watts pendant que le soleil brille, ce qui totalise environ 500 kWh au total par an. Dans les régions à climat chaud, un système de climatisation moyen nécessite la production électrique de cinq à dix panneaux solaires. Un toit de maison typique peut accueillir de 10 à 30 panneaux solaires, produisant de 5 000 à 15 000 kWh par an - plus pour les grandes maisons avec une exposition solaire abondante, moins pour les petites maisons avec des toits partiellement ombragés.

Cela suggère que les charges de climatisation conventionnelles consommeront une grande partie de la production d'énergie solaire d'une maison typique. Cependant, en réduisant les charges de refroidissement et en améliorant l'efficacité énergétique globale, un ménage peut fonctionner avec le budget d'électricité solaire d'une maison, devenir un bâtiment net zéro ou même contribuer à l'énergie du réseau.

Par exemple, l'ombrage intelligent et les pratiques de refroidissement naturel, le choix d'un éclairage et d'appareils à haute efficacité peuvent réduire de moitié la consommation d'électricité et les charges de refroidissement. Le choix du climatiseur ou de la pompe à chaleur le plus efficace peut réduire de moitié les coûts de refroidissement restants, de sorte que la demande totale de 11 000 kWh est réduite à un niveau gérable et abordable de 3 000 à 5 000 kWh.

Les politiques publiques peuvent contribuer à rafraîchir les collectivités et réduire les problèmes de chaleur accablante.

L'effet d'îlot de chaleur urbain fait référence à l'augmentation des températures ambiantes causée par la lumière du soleil frappant les surfaces sombres. L'effet peut augmenter les températures diurnes des zones urbaines de 1 à 7 ° F et les températures nocturnes de 2 à 5 ° F, par rapport aux espaces verts à proximité, et a tendance à être particulièrement grave dans les communautés minoritaires à faible revenu. Cela peut rendre les villes désagréables et malsaines, et augmenter les coûts de climatisation.

Les communautés peuvent réduire l'effet d'îlot de chaleur urbain en minimisant la quantité de terrain pavé pour les allées et le stationnement, en ombrageant ces surfaces avec des aménagements paysagers ou des panneaux solaires et en utilisant des matériaux plus réfléchissants comme le béton plutôt que l'asphalte. Dans certains cas, les bâtiments et les structures de stationnement peuvent être conçus avec des toits verts.

Les gouvernements peuvent réduire la surface totale de chaussée en concevant des routes plus étroites, en éliminant les minimums de stationnement, en gérant plus efficacement le stationnement pour réduire la surface de chaussée et en plantant des arbres et d'autres aménagements paysagers pour ombrager les zones asphaltées. Les gouvernements et les services publics peuvent imposer, encourager et subventionner des conceptions de bâtiments cool, y compris l'isolation, les stores, les fenêtres ouvrantes, un aménagement paysager approprié et des toits verts, ainsi que des appareils efficaces, notamment des ventilateurs, des climatiseurs et des pompes à chaleur.

Il est important d'ombrager les endroits où les gens marchent et attendent à l'extérieur, comme les trottoirs et les arrêts d'autobus.

Les communautés peuvent également établir des protocoles de chaleur extrême pour réduire l'inconfort et les risques lors d'épisodes de chaleur. Cela peut inclure, par exemple, la mise à disposition de stations de refroidissement pour les résidents et les travailleurs, la brumisation des zones chaudes où les gens marchent et travaillent, et la fourniture d'eau, de ventilateurs ou de climatiseurs aux ménages à faible revenu qui en ont besoin.

Les politiques publiques doivent s'efforcer de minimiser la consommation d'électricité et les coûts énergétiques totaux (dollars par habitant), ce qui nécessite souvent une augmentation des tarifs d'électricité (cents par kWh) car l'électricité chère incite les consommateurs à mettre en œuvre des stratégies de refroidissement. Par exemple, pour soutenir la conservation de l'énergie, les juridictions peuvent taxer l'électricité et utiliser les revenus pour subventionner des programmes d'efficacité énergétique privés et publics, de sorte que les tarifs augmentent, la consommation d'énergie et les coûts diminuent. Ces taxes peuvent être conçues avec des exonérations ou des remises pour les ménages à faible revenu. Des politiques et des subventions spéciales sont nécessaires pour les immeubles locatifs, car les propriétaires sont peu incités à investir dans des améliorations de refroidissement si les locataires paient la facture d'électricité.

Bon nombre de ces stratégies offrent des co-bénéfices significatifs. Par exemple, la réduction de l'offre de routes et de stationnement grâce à une gestion plus efficace de la circulation et du stationnement contribue à réduire les coûts d'infrastructure et les problèmes de circulation, et en réduisant la surface imperméable, elle réduit les coûts de gestion des eaux pluviales. Planter plus d'arbres d'ombrage urbains aide à créer des quartiers plus attrayants et à augmenter l'habitat faunique. L'amélioration de la ventilation naturelle crée des bâtiments plus confortables et plus sains, comme résumé ci-dessous.

Stratégies communautaires sympas et leurs co-avantages

Plantez plus d'arbres d'ombrage, en particulier au-dessus des maisons, des rues et des stationnements.

Plus de confort intérieur et extérieur. Beauté accrue. Habitat faunique.

Utilisez des porte-à-faux, des auvents, des stores extérieurs et des vitres réfléchissantes sur les fenêtres orientées vers le soleil pour réduire le gain solaire intérieur.

Plus de confort intérieur.

Concevoir des bâtiments avec des fenêtres et des évents ouvrants pour assurer une ventilation naturelle.

Plus de confort intérieur et de santé.

Réduire la surface imperméable. Construisez des bâtiments plus compacts et réduisez la surface de chaussée avec des rues plus étroites et moins d'allées et de parkings plus petits.

Consommation de terres plus efficace. Plus d'espaces verts et d'habitat. Réduction des coûts de gestion des eaux pluviales. Réduction des coûts d'étalement.

Utilisez des matériaux plus réfléchissants (albédo plus élevé) pour les toits, les routes, les chemins et les parkings.

Isolez les murs pour réduire le gain de chaleur à l'intérieur.

Conservation de l'énergie et économies de coûts.

Utilisez un éclairage et des appareils à haut rendement à l'intérieur des bâtiments pour minimiser le gain de chaleur.

Conservation de l'énergie et économies de coûts.

Utilisez des ventilateurs là où c'est nécessaire pour fournir une ventilation adéquate.

Plus de confort intérieur.

Utilisez des climatiseurs à la fine pointe de la technologie, conçus, programmés et entretenus pour une efficacité maximale.

Conservation de l'énergie et économies de coûts.

Augmenter les tarifs énergétiques et subventionner les programmes d'efficacité énergétique.

Conservation de l'énergie et économies totales.

Protocoles de réponse à la chaleur extrême.

Dans les régions à climat froid, l'intempérisation des bâtiments est une industrie majeure. Les entrepreneurs identifient les sources de perte de chaleur de chaque bâtiment particulier, utilisant parfois des technologies telles que les caméras infrarouges et les portes soufflantes, élaborent un plan ciblé pour les réduire et déploient des équipes d'experts qui installent des coupe-froid et de l'isolation, remplacent les anciennes fenêtres et installent des systèmes de chauffage plus efficaces. Ces investissements créent des maisons plus confortables et remboursent généralement leurs coûts en quelques années.

Il est temps de créer des industries similaires dans les régions à climat chaud pour réduire les risques liés à la chaleur et les coûts de refroidissement. Ceux-ci peuvent utiliser des méthodes similaires pour rendre les maisons et les communautés existantes plus confortables et abordables par temps chaud.

La planification communautaire cool est une question brûlante! Tous les planificateurs devraient se familiariser avec les concepts de conception communautaire sympas, et certains devraient devenir des spécialistes. Si j'étais un entrepreneur, j'établirais un réseau d'entreprises d'intempérisation communautaire cool et je fabriquerais les produits spécialisés dont ils ont besoin pour répondre confortablement et efficacement à la hausse des températures.

Association internationale des toits vertsest un réseau mondial pour la promotion et la diffusion des sujets et technologies des toits verts.

Todd Litman (2022), Pavement Buster's Guide: Why and How to Reduce the Amount of Land Paved for Roads and Parking Facilities, Victoria Transport Policy Institute.

Réduire l'effet d'îlot de chaleur urbain, site Web de l'EPA des États-Unis.

Coalition des surfaces intelligentesencourage l'utilisation de surfaces réfléchissantes et imperméables, de panneaux solaires, de toits verts, d'arbres et de jardins pluviaux dans les zones urbaines pour réduire les effets d'îlot de chaleur.

Outil de génération d'options d'attribution d'espaces urbains, aide à reconcevoir, réaffecter ou réglementer l'espace des rues pour atteindre des objectifs spécifiques de politique communautaire, y compris la réduction de la chaussée.

Theresa Tam (2020), Réduire les îlots de chaleur urbains pour protéger la santé au Canada. Une introduction pour les professionnels de la santé publique. Gouvernement du Canada.

Qu'est-ce que l'effet d'îlot de chaleur ?- Planetizen Planopedia.

Directives de conception de l'ensemble du bâtimentfournit des informations complètes pour optimiser l'efficacité du bâtiment, y compris le refroidissement.

Todd Litman

Todd Litman est fondateur et directeur exécutif du Victoria Transport Policy Institute, un organisme de recherche indépendant dédié au développement de solutions innovantes aux problèmes de transport.

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