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Designing IoT Architecture(s) - Donald Bren School of

The IoT Reference Architecture (RA); set of Guidance (also called best practice) •The RM provides a set of models that are used to define certain aspects of the architectural views One of the most important models is IoT Domain Model [20]

What is the approach to iot6 architecture design?

V. IOT6 From the very beginning of the project, the approach to IoT6 architecture design was to reuse to the furthest extent possible the outcomes of other projects, most notably IoT-A, ETSI M2M and FI-WARE, and to adapt them and enhance with IoT6 specific features and components, mainly coming from leveraging various IPv6 functionality.

Can two different IoT architects use the same reference architecture?

In this context, two different architects focusing on two specific IoT applications would use and share the same Reference Architecture as a tool, but would eventually come up with different architectures at the end of their architecting process, but not “any architecture” as we explain in the following.

What is IoT domain model?

One of the most important models is IoT Domain Model . It defines taxonomy of IoT concepts (e.g. Physical, Virtual and Augmented Entities, Devices, Resources and Services) and a set of relationships between those concepts. It defines the IoT domain in general, a customization of this generic model w.r.t.

How does heterogeneity affect IoT architecture design?

Due to the heterogeneity of the domains, the requirements varied significantly, and demanding more or less complex systems with varied performance expectations. This situation affected the architecture design and resulted in a range of IoT architectures with not only varied set of components and functionalities, but also varied terminologies used.

CLER

La conception bioclimatique

Romain Marten

Ad Hoc architecture

14/03/2018

EHPAD de Nort-sur-Erdre, Ad Hoc architecture

2IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

3IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Bioclimatisme

BiosClima

Du grec

"La vie» (moyen de vivre, ressources)

Du latin

"inclinaison de la calotte céleste» Puis "zone terrestre déterminée par des facteurs g

éographiques (et notamment les conditions

m

étéorologiques)»

Terme apparu dans les années 1960

Source : Le Robert -Dictionnaire historique de la langue française §Bioclimatisme= moyens de vivreavec des ressourcesdonnées dans un contexte géographique et météorologique donné.

ØEnsoleillement (puissance et durée)

ØTempérature de l'air

ØVent

ØPrécipitations (pluie, neige)

ØTopographie

4IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Vivre bien

Cadre de vie agréable (dimensions des espaces, matériaux, couleurs, jeux d'ombres et de lumière, etc.) Confort d'usage = lieux fonctionnels, ergonomiques Conforts sensoriels = thermique, acoustique, visuel, qualité de l'air

Avec une économie de ressources

Ressources limitées (énergie, eau, métaux, sable, terres rares, etc.) + Émissions de polluants (principalement gaz à effet de serre, mais aussi particules fines et autres) =tensions géopolitiques et modification importante des modes de viepour s'adapter

Division par 2de la

c onsommation d'énergie

Division par 4

des émissions totales de GES ("Facteur 4»)

Division par 8

des émissions de GES du secteur du bâtiment

Pour une trajectoire

moins de 2 °C», en France, d'ici à 2050 :

Source : Stratégie Nationale Bas Carbone

5IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

La démarche négaWatt

1. Éviterl'utilisation de ressources

2. Réduirela consommation de ressources

3. Compenserpar l'utilisation de ressources

r enouvelables

Dans l'ordre:

Bioclimatisme

6IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Le contexte géographique et météorologiques Source : réglementations thermiques 2000, puis 2005 et 2012 http://www.rt batiment.fr/batiments- neufs/reglementation thermique-2012/donnees- meteorologiques.html

Les zones climatiques

Limiter les pertesJouer avec le climat

7IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Le contexte géographique et météorologiques

Les zones climatiques

Exemple de données

https://donneespubliques.meteofrance.fr(Catalogue > Climatologie > Normales et records > Fiche climatologique)

Limiter les pertesJouer avec le climat

8IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Le contexte géographique et météorologiques

Les zones climatiques

Exemple de données

Vent https://donneespubliques.meteofrance.fr (Catalogue > Climatologie > Normales et records > Fiche climatologique)

Précipitations

La rose des vents

= direction d'où vient le vent Pluie

Limiter les pertesJouer avec le climat

9IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

La course du soleil

Source : Archiwizard

Limiter les pertesJouer avec le climat

10IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Le diagramme solaire horizontal (course du soleil vue en plan)

Source : www.arkitekto.net

Spécifique à chaque latitude

Ici : 47° N

/!\En France, heure locale = heure solaire + 1 en hiver heure solaire + 2 en été

Exemple de lecture

Le

14 marsà 15 h locale, soit 14 h

solaire, le soleil est situé : -À un azimutd'environ 38°Ouest -À une hauteur solaired'environ 33° 33
38

Limiter les pertesJouer avec le climat

11IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Le diagramme solaire vertical (course du soleil vue en élévation)

Source : Enertech

Spécifique à chaque latitude

Ici : 47° N

/!\En France, heure locale = heure solaire + 1 en hiver heure solaire + 2 en été

Exemple de lecture

Le

14 marsà 15 h locale, soit 14 h

solaire, le soleil est situé : -À un azimutd'environ 38°Ouest -À une hauteur solaired'environ 33° 218

°(Nord = 0°)

38

°(Sud = 0°)

Source : J.-P. Oliva -La conception bioclimatique

Limiter les pertesJouer avec le climat

12IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Le diagramme solaire vertical : l'impact des masques solaires

Masques lointains

21

Vue en coupe

Limiter les pertesJouer avec le climat

13IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Source : Enertech

Façade Sud

45
Le diagramme solaire vertical : l'impact des masques solaires

Masques proches

Masques latéraux

Exemple (hauteur "infinie») :

Limiter les pertesJouer avec le climat

14IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Source : Enertech

Façade Sud

60
Le diagramme solaire vertical : l'impact des masques solaires

Masques proches

Dimensionnement

(au Sud uniquement) : "À partir de quelle date ne veut-on p lus de soleil direct ?»

Casquettes

Exemple : 1

er mai (casquette "infinie»)

Limiter les pertesJouer avec le climat

15IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Source : Enertech

Façade Sud-Est

60
Le diagramme solaire vertical : l'impact des masques solaires

Masques proches

Dimensionnement

(au Sud uniquement) : "À partir de quelle date ne veut-on p lus de soleil direct ?»

Casquettes

Exemple : 1

er mai

Limiter les pertesJouer avec le climat

16IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Source : Enertech

Façade Ouest

60
Le diagramme solaire vertical : l'impact des masques solaires

Masques proches

Dimensionnement

(au Sud uniquement) : "À partir de quelle date ne veut-on p lus de soleil direct ?»

Casquettes

Exemple : 1

er mai

Limiter les pertesJouer avec le climat

17IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

La course du soleil, à quoi ça sert ?

§Au quotidien, savoir se repérer ! (Quand il y a du soleil...)

§Lors d'une visite sur site pour construire ou rénover : évaluer grossièrement où et comment

les espaces extérieurs et les vitrages recevront le soleil.

§Limites : l'évaluation se fait pour le centre de la façade, une approche plus fine est difficile avec ces outils : c'est là qu'interviennent les outils numériques.

Exemple : pourcentage de l'exposition au

s oleil sur une année complète. (Maison GU30, architecte Hugo Cardin)

Limiter les pertesJouer avec le climat

18IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Une optimisation triangulaire

Limiter les besoins de chauffage

= maximiser les apports solaires Limiter les consommations d'éclairage artificiel = maximiser l'éclairage naturel corrélés aux apports solaires globaux)

Limiter les surchauffes d'été

Ou les besoins de refroidissement

= minimiser les apports solaires

Optimisation

Simulation Thermique Dynamique (STD)

Calcul réglementaire (RT)

Simulation Thermique Dynamique (STD)

Calcul de Facteur de Lumière du Jour (FLJ)

Limiter les pertesJouer avec le climat

19IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Des stratégies différentes selon l'usage

LogementBureaux

Organiser les espaces selon les besoins OuiOui

Maximiser les apports gratuits en hiverOuiPas forcément

Minimiser les apports gratuits en étéOuiOui

S'adapter en mi-saisonOuiOui

Maximiser l'éclairage naturelPas forcémentOui Voir notament: www.energieplus-lesite.be

(Accueil> Concevoir> Les fenêtres> Choisir la position et la dimension de la fenêtre> Choisir la fenêtre comme capteur d'énergie solaire)

Limiter les pertesJouer avec le climat

20IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Jouer avec le soleil

Source : J.-P. Oliva -La conception bioclimatique

Principe du zonage thermique Exemple

§Organiser les espaces selon les besoins

Logement

Limiter les pertesJouer avec le climat

21IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

Jouer avec le soleil

Source : J.-P. Oliva -La conception bioclimatique

Favoriser le Nord

Dimensionner les vitrages en fonction des apports de lumière naturelle

§Organiser les espaces selon les besoins

Bureaux

Limiter les pertesJouer avec le climat

22IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

Jouer avec le soleil

= capter le soleil Implanter le bâtiment en fonction des masques solaires (bâtiments voisins, végétation)

Rue Lambert, Nantes

Limiter les pertesJouer avec le climat

23IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

Jouer avec le soleil

= capter le soleil

Directement, par des baies vitrées...

Nord 10% Est 10% Sud

70%Ouest

10% ... bien réparties sur les différentes façades. (Ordres de grandeur, marges de manoeuvre importantes)Ø1/6 de la Shab(Surface habitable) 17 % (contrainte réglementaire RT 2012) ØPas trop pour éviter les surchauffes en été et de grever le budget ! (jusqu'à environ 25 à 30 % de la Shab) Indirectement, par l'albédo (réflexion du sol)

Mais :

> Attention à l'éblouissement > Attention aux surchauffes d'été

Limiter les pertesJouer avec le climat

24IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

Jouer avec le soleil

= capter le soleil Stocker le surplus d'énergie le jour pour l'utiliser le soir ou la nuit (inertie) ØEn fait, impact négligeable sur les économies d'énergie en hiver

Limiter les pertesJouer avec le climat

25IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Protections solaires

Le brise-soleil orientable (BSO)

Lycée du Pays de Retz -Pornic

Architectes : AIA Life DesignersSource : J.-P. Oliva

La conception bioclimatique

Limiter les pertesJouer avec le climat

26IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Protections solaires

Le brise-soleil mobile sur mesure

DDTM du Morbihan -Vannes

Architectes : AIA Life Designers

Photographe : Guillaume Satre

Source : J.-P. Oliva

La conception bioclimatique

Limiter les pertesJouer avec le climat

27IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Protections solaires

Le store extérieur

DDTM du Morbihan -Vannes

Architectes : AIA Life Designers

Photographe : Guillaume Satre

Source : J.-P. Oliva

La conception bioclimatique

Limiter les pertesJouer avec le climat

28IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Protections solaires

Les volets

Extension " Chez Claude»

Architectes : Vendredi

Photographe : François Dantart

Source : J.-P. Oliva

La conception bioclimatique

Limiter les pertesJouer avec le climat

29IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Protections solaires

Source : J.-P. Oliva

La conception bioclimatique

ØLe plus réfléchissant possible (sur la face côté vitrage) ØLe moins de transmission solaire possible (éventuellement un peu de transmission lumineuse, surtout dans des bureaux)

53 habitations HLM, Saint

-Nazaire

Architectes : Lacaton& Vassal

Photographe : Philippe Ruaultwww.stores-aegitna-mandelieu.com

Limiter les pertesJouer avec le climat

30IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Protections solaires

Source : J.-P. Oliva

La conception bioclimatique

Sylvie -maison passive

Architectes : Vendredi

Photographe : François Dantart

Limiter les pertesJouer avec le climat

31IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Protections solaires

Source : J.-P. Oliva

La conception bioclimatique

Extension 60

Pineau

-Briand Architectes

Limiter les pertesJouer avec le climat

32IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil Parois claires pour augmenter la réflexion du rayonnement solaire et limiter l'absorption 20 80
> Sur toutes les parois, mais prioritairement en toiture (insolation supérieure) > Efficace surtout dans les climats à forte insolation

Limiter les pertesJouer avec le climat

33IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

§Maximiser les apports gratuits en hiver

§Minimiser les apports gratuits en été

Jouer avec le soleil

= se protéger du soleil

Stocker l'énergie excédentaire le jour et l'utiliser ou l'évacuer la nuit : inertie de stockage

0 h6 h12 h18 h

24 h
15 °C 32
°C 20 °C 28
°C 26
°C Avec inertie

Température

extérieure

Température

intérieureSans inertie

Limiter les pertesJouer avec le climat

34IUT de Saint-Nazaire -Romain Marten (Ad Hoc architecture)La conception bioclimatique14/03/2018

DéfinitionObjectifsMoyens

§Organiser les espaces selon les besoins

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