top_bottom
Slideshow of this Project Press F11 for Full Screen
FLAVOURS ORCHARD, 45 PLUS-ENERGY (BEPOS) VILLAS IN A SMART GRID
KUNMING 2014
YUNNAN PROVINCE, SOUTHWEST CHINA
image
TYPE : Architectural & Engineering Commission
CLIENT : Private Developer, Kunming
PROGRAM : Construction of 45 Plus-Energy (BEPOS) Villas
PROJECT TITLE : Flavours Orchard
CONTRACT PERFORMANCE LOCATION : Dianchi Lake, Kunming, Southwest China City
SURFACE AREA : 90.000 m
YEAR : 2014
VCAS TEAM: Jiaoyang Huang, Benoit Patterlini, Maguy Delrieu, Olivier Sylvain, Vincent Callebaut
flavoursorchard_pl01
flavoursorchard_pl02
flavoursorchard_pl03
flavoursorchard_pl04
flavoursorchard_pl05
flavoursorchard_pl06
flavoursorchard_pl07
flavoursorchard_pl08
flavoursorchard_pl09
flavoursorchard_pl10
flavoursorchard_pl11
flavoursorchard_pl12
flavoursorchard_pl13
flavoursorchard_pl14
flavoursorchard_pl15
flavoursorchard_pl16
flavoursorchard_pl17
flavoursorchard_pl18
flavoursorchard_pl19
flavoursorchard_pl20
flavoursorchard_pl21
flavoursorchard_pl22
flavoursorchard_pl23
flavoursorchard_pl24
flavoursorchard_pl25
flavoursorchard_pl26
flavoursorchard_pl27
flavoursorchard_pl28
flavoursorchard_pl29
flavoursorchard_pl30
flavoursorchard_pl31
flavoursorchard_pl32
flavoursorchard_pl33
flavoursorchard_pl34
flavoursorchard_pl35
flavoursorchard_pl36
flavoursorchard_pl37
flavoursorchard_pl38
flavoursorchard_pl39
flavoursorchard_pl40
flavoursorchard_pl41
flavoursorchard_pl42
flavoursorchard_pl43
flavoursorchard_pl44
flavoursorchard_pl45
flavoursorchard_pl46
flavoursorchard_pl47
flavoursorchard_pl48
flavoursorchard_pl49
flavoursorchard_pl50
flavoursorchard_pl51
flavoursorchard_pl52
flavoursorchard_pl53
flavoursorchard_pl54
flavoursorchard_pl55
flavoursorchard_pl56
flavoursorchard_pl57
flavoursorchard_pl58
flavoursorchard_pl59
flavoursorchard_pl60
flavoursorchard_pl61
flavoursorchard_pl62
flavoursorchard_pl63
flavoursorchard_pl64
flavoursorchard_pl65
flavoursorchard_pl66
flavoursorchard_pl67
flavoursorchard_pl68
flavoursorchard_pl69
flavoursorchard_pl70
flavoursorchard_pl71
flavoursorchard_pl72
flavoursorchard_pl73
flavoursorchard_pl74
flavoursorchard_pl75

.

THE FLAVOURS ORCHARD
CONSTRUCTION OF 45 PLUS-ENERGY (BEPOS) VILLAS IN A SMART GRID
KUNMING 2014, YUNNAN PROVINCE, SOUTHWEST CHINA


1. CHINAS ECO-HIGH-TECH CITIES : TOWARDS AN ENERGY EFFICIENT COMMUNITY IN KUNMING

Stepping out of your plus-energy house regulating the light and the temperature cleverly and automatically according to the suns path. Catch the vital energies of the nature by training ourselves Tai Chi Chuan or Qi Gong under a snow of cherry tree petals. Cultivate together with our neighbors the community vegetable garden. Harvest the organic vegetables for the family dinner. Wander between the marshes of rainwater harvesting and the recycling lagoons where the sky of ko carps is covered of lotus flowers. Swim in a naturally filtered swimming-pool. Admire the elegant and nagging axial wind turbines.

Listen the laughter of children of the eco-district who share with their grandparents the games of Mahjong, Go and Cuju in the wild field. Recycle our organic waste in compost wells producing natural fertilizer. Sort out the other waste via a silent and underground pneumatic collection system. Go to work by electric bicycle or driverless car (Electric Networked-Vehicle), both recharged directly by the photovoltaic roof of the house. Follow the road whose sensory LED lights match according to sounds and movements of the city-dwellers.

This is the Eco-High-Tech atmosphere of the Flavours Orchard project. Its a pioneer project that fights for the conception of eco-responsible lifestyles along the Daguan river connecting the Emerald, the green lake of the city centre of Kunning, to the magnificent Dianchi Lake in the South. Capital of the Yunnan province, the city is located at 1894 meters high and benefits from a temperate climate all the year that gives to it the charming name of The City of Eternal Spring .

The site of several hectares is an old industrial wasteland devoted to be restored in a new eco-district whose exemplarity in terms of sustainable innovations is supposed to be reproducible everywhere in China. The leitmotiv is to produce more energy and biodiversity than we consume by recycling at the same time our waste in reusable natural resources endlessly towards a post-nuclear, post-fossil and zero carbon emission city. Through the creation of such projects, China is recovering its delay on the ecological debt reimbursement and tries to slow down the massive rural exodus it suffers by the creation of new urban prototypes mixing all the advantages of the city and the countryside.

2. 45 PLUS-ENERGY (BEPOS) VILLAS PLANTED IN THE SMART GRID OF A COMMUNITY ORCHARD

The building sector is a primary energy consumer particularly in China (40% of total consumed energy) in front of the transports (30%) and the industry (30%). It is responsible for more than 40% of total emissions of CO2. Its obvious that the energy savings are thus the major economic and ecological challenge for this sector. Whereas the prices of the fuel and the non-renewable energy increase unavoidably, the objective is to divide by 10 the consumption of this construction sector for an equivalent service within the next ten years.

In this perspective, the concept of this new Flavours Orchard eco-district is to build 45 Plus-Energy Villas in a huge community orchard/food garden integrating a Smart Grid self-managed by the gardener-inhabitants and the participants of the project.

In the heart of this nourishing landscape, the goal is to associate a state-of-the-art for smart building automation systems and information integrated in each villa (leading to cost reduction and Increased functionality) with an intelligent energy network in order to redistribute the produced excess (electric, calorific, food) towards the nearest needs so as to prevent from the loss in lines or related to the storage systems. In addition to the fuel cells, the electric vehicles are also used as buffer storage of electricity excess produced by the solar roofs assuring thus the daily travels of the inhabitants for free.

The objective is also to repatriate the production of the organic agriculture in the heart of the city, center of its consumption. This bio-geographical integration of the master plan respects the natural qualities of the site and maintains the continuity of the endemic ecosystems (trees, hedges, streams, floras and fauna are preserved). Flavours Orchard is a genuine garden sharing its energies designed and cultivated collectively. Ideas are here more shared than the ground, the sun or the wind because it deals not only with producing what to eat, lighten and air conditions but also to meet on a common ground of ecological experimentations and collective projects. Its an urban landscape open to everybody without fence between the villas, in favor of the neighborhood relationships and the intercultural and intergenerational social links. Its an educational tool about the environment respect thanks to its ecological master plan, its organic agriculture technics, its smart home automation strategies and its integration of renewable energies.

The private garages for electric cars and the technical rooms for home automation are located underground. This basement distributes each villa under the central path to liberate completely the orchard dedicated only to pedestrians, cyclists or electric driverless cars.

The future families of these Plus-Energy villas will be able to live and work comfortably in their villa reinventing new eco-responsible lifestyles maximizing the normal living standards.

The 45 Plus-Energy Villas produce more energy from renewable energy sources, over the course of a year, than they consume from external sources. This is achieved by using large North and South facing window areas to allow sunlight to penetrate the structure, by reducing the need for energy use from air cooling units and light bulbs with triple-glazed windows, and by the addition of heavy insulation that means the structure is already warm in the evening and therefore needs less heating.

These passive buildings (BEPAS) that capture heat during the day in order to reduce the need to generate heat over night, exceed their energy needs through renewable energy production by the integration of solar photovoltaic and solar thermal panels, geothermal heat exchangers, and combined heat and power units (CHP). All grey water is recycled in lagoons for agricultural irrigation and toilet flushing. All waste water will be sent to bio-reactor facades (with panels filled with algae) for anaerobic digestion and the methane emitted during the digestion process will be used to produce energy and to cool the interiors.

The construction of positive energy constitutes a high technological and conceptual rupture. These villas are thermally insulated without discontinuity and without thermal bridges. They are airtight, present controlled ventilation and are also equipped with economical domestic appliances of A+++ class. They generalize the LED lighting with automatic detection of presence and needs. They have a total consumption of primary energy (heating, sanitary hot water, lighting, all appliances) estimated at less than 50 kWh/m2/year for an average production that can reach 100 kWh/m2/year via the sun or wind. According to the usage of inhabitants, the consumption of primary energy could even decrease under 35 kWh/m2/year.

The 45 villas building with a wood/steel structure are divided into three architectural typologies forming thus 3 eco-districts having their own identity:

2.1. THE MOBIS VILLA (15 units)

The Mobius Villa is organized around an endless ribbon drawing the symbol of infinity around two patios, one aquatic and the other planted. This ribbon with primary steel structure and secondary wood frame is built from the repetition of one trapezoidal module repeated 24 times in the space. This module, opened at 30 degrees forms thus a pedestrian sloping path of 720 degrees along its double revolution. It contains all the bedrooms, the bathrooms, the offices, the libraries and the game rooms. It is covered by a green roof, true suspended vegetable garden with high thermal inertia and with a zenithal photovoltaic glass roof. The curved geometry forms a snake in sustentation on top of a faade in 8 with supporting frames. Louvered shutters in translucent glass pivot automatically along this glass facade to regulate the solar inputs during the day.

The panoramic ground floor aims at immersing the diurnal life spaces in the heart of a clearing coiled in the orchard. The living room, the kitchens and reception rooms are located around the central vertical axis of the project. Actually at the intersection of the double loop, the vertical circulations distribute the 4 inhabited levels and the garden roof.

2.2. THE MOUNTAIN VILLA (15 units)

The Mountain Villa opens out at 180 degrees such as a huge Chinese fan built from east to west to ideally follow the suns path. Its a double-skin architecture presenting a south facade very glazed and a very opaque north faade in wood presenting 20% of perforation. The 22 arches are linked together by cables. They are closed by solarized photovoltaic glass panels. Panels filled with algae are also integrated to the conception in the 7 central arches to produce bio-hydrogen. The second exterior skin develops a glued laminated timber frame and works as a huge windscreen shaped in wood lace. This trellis enables to assure the intimacy of the inhabitants and to regulate the inputs of heat by subduing the solar rays from east to west.

In the center of the villa, an atrium full of light raises on 4 levels. A spiral staircase coils around a panoramic glazed elevator to distribute all the night and relaxation spaces. The living rooms and reception spaces are opened towards the landscape by a big arch going through the North and South facades.

2.3. THE SHELL VILLA (15 units)

The Shell Villa liberates itself from the ground on its 6 stainless steel pillars to stretch towards the sky and to make its axial wind turbine higher than the top of the fruit trees. A circular deck takes the loads of a glued laminated timber carpentry that is plaited in diamonds such as a conical Chinese hat. Its a cocoon villa drawn in double curves and organized around three patios in spiral that fit closely the membranes of the twisted wood beams.

These patios are isolated by the glass faades whereas three stainless steel petals put on insulating cushions coat the structure from outside. This radiant wood structure is divided into 36 standardized beams that are spaced out from each other by 10 degrees from their center. Thus, from the life spaces we obtain panoramic views on the whole orchard whereas an elevator goes through all the levels to the top of the mast of the axial wind turbine.

These three typologies of Plus-Energy Villas set up in the clearings of the great community orchard are the symbol that it is possible to invent new contemporary models of eco-responsible housing mixing the economical evolution in China and the worldwide respect of the environment. The precursory inhabitants are linked together by their citizen commitment for a new ecological ideal that is energetically efficient, collective and sustainable.

Through Architecture, the social life between city and countryside is first of all reinvented!


Vincent Callebaut Architect


TEXTE FRANCAIS

LE VERGER DES SAVEURS
CONSTRUCTION DE 45 VILLAS A ENERGIE POSITIVE (BEPOS) DANS UNE SMART GRID
KUNMING 2014, PROVINCE DU YUNNAN, CHINE DU SUD-OUEST


1. DES VILLES ECO-HIGH-TECH EN CHINE : VERS UNE COMMUNAUTE ENERGETIQUEMENT EFFICIENTE A KUNMING

Sortir de sa maison nergie positive rgulant la lumire et la temprature intelligement et automatiquement selon la course du soleil. Capturer les nergies vitales de la Nature en sexerant au Tai Chi Chuan ou au Qi Gong sous une neige de ptales de cerisier. Cueillir un fruit du dragon baign par les fragrances du verger nourricier. Cultiver ensemble avec ses voisins le potager communautaire. Rcolter les lgumes biologiques pour le diner familial. Flner entre les marais de rcupration des eaux pluviales et les lagunes de recyclage o le ciel des carpes ko est recouvert de fleurs de lotus. Se baigner dans une piscine naturellement filtre. Admirer le mouvement gracieux et lanscinant des oliennes axiales.

Entendre les rires des enfants de lco-quartier qui partagent avec leurs grands-parents des parties de Mahjong, de Go et de Cuju dans le champ sauvage. Recycler ses dchets organiques dans des puits de compostage produisant de lengrais naturel. Trier ses autres dchets via un systme de collection pneumatique enterr et silencieux. Partir au travail en vlo lectrique ou en voiture sans-chauffeur ((Electric Networked-Vehicle) tous deux rechargs directement par la toiture photovoltaique de la maison. Suivre sa route dont les lumires sensitives LED sharmonisent suivant les sons et les mouvements des citadins.

Telle est latmosphre Eco-High-Tech qui se degage du projet Verger des Saveurs. Cest un projet pionnier qui milite pour la conception de styles de vie co-responsables le long de la Rivire Daguan reliant le Lac dEmeraude du centre-ville de Kunming au grand Lac Dianchi plus au sud. Capitale de la Province du Yunnan, la ville est perche 1894 mtres daltitude et jouit dun climat tempr tout au long de lanne qui lui vaut le doux surnom de La ville du printemps ternel .

Le site de plusieurs hectares est une ancienne friche industrielle voue tre rhabilite en un nouvel co-quartier, dont lexemplarit en termes dinnovations durables se veut tre reproductible partout en Chine. Le leitmotiv est de produire plus dnergie et de biodiversit que nous nen consommons tout en recyclant nos dchets en ressources naturelles recyclables linfini vers une ville post-nuclaire et post-fossile, zro mission de carbone. Par la cration de tels projets, la Chine est en train de rattraper son retard sur le remboursement de la dette cologique et tente de ralentir lexode rural massif quelle subit par la cration de nouveaux prototypes urbains mixant tous les avantages de la ville et de la campagne.

2. 45 VILLAS A ENERGIE POSITIVE (BEPOS) IMPLANTEES DANS LA SMART GRID DUN VERGER COMMUNAUTAIRE

Le secteur du btiment est un gouffre dnergie primaire particulirement en Chine (40% de lnergie totale consomme) devant les transports (30%) et lindustrie (30%). Il est responsable de plus de 40% des missions totales de CO2. Il est vident que les conomies dnergie sont donc un enjeu conomique et cologique majeur pour ce secteur. Alors que les prix du ptrole et de lnergie non-renouvelable augmentent inluctablement, le but est donc de diviser par 10 la consommation du secteur de la construction pour un service quivalent dici les dix prochaines annes.

Dans cette perspective, le concept du nouvel co-quartier Verger des Saveurs est dimplanter 45 Villas nergie positive hyper efficientes dans un immense verger/potager communautaire intgrant une Smart Grid autogre par les habitants-jardiniers et les intervenants du projet.

Au cur de ce paysage nourricier, le but est technologiquement dassocier une domotique de pointe intgre dans chaque villa un rseau internet des nergies afin de redistribuer les surplus (lectriques, calorifiques et alimentaires) produits vers les besoins les plus proches afin d'viter les pertes en lignes ou lies au stockage/dstockage. Outre les piles combustible, les vhicules lectriques servent ainsi galement de stockage tampon du surplus d'lectricit produite par les toitures solaires assurant ainsi gratuitement les dplacements quotidiens des habitants.

Le but est aussi de rapatrier la production dune agriculture biologique en pleine terre au cur de la cit, haut lieu de sa consommation. Cette intgration bio-gographique du master plan respecte les qualits naturelles du site et maintient la continuit des cosystmes endmiques (arbres, haies, ruisseaux, flores et faunes sont prservs). Le Verger des Saveurs est un vritable jardin partageant ses nergies, conu et cultiv collectivement. Les ides sont ici encore plus partages que le sol, le soleil ou le vent car il ne sagit plus seulement de produire de quoi se nourrir, sclairer et se climatiser mais aussi de se retrouver sur un terrain commun dexprimentations cologiques et de projets collectifs. Cest un paysage urbain ouvert tous, sans clture entre les villas, favorisant les changes de voisinage et le lien social interculturel et intergnrationnel. C'est un outil pdagogique de respect de l'environnement que ce soit dans les techniques dagriculture biologique, dans son amnagement cologique et domotique ou bien encore dans lintgration des nergies renouvelables.

Une pine dorsale de garages privatifs pour voitures lectriques et de locaux techniques grant la domotique stirent en sous-sol. Elle distribue ainsi chaque villa sous lalle centrale pour librer compltement le verger uniquement ddi aux pitons, aux cyclistes et aux vhicules lectriques sans-chauffeur.

Les futures familles de ces villas cologiques vivront et travaillerons confortablement dans leur villa rinventant de nouveaux modes de vie coresponsables implmentant les standards urbains.

Les 45 villas nergie positive produisent plus dnergies propres (par les sources dnergies renouvelables tout au cours dune anne) quelles nen consomment par les sources extrieures traditionnelles. Cela est possible par lusage de grandes baies vitres orientes plein sud permettant aux rayons du soleil de pntrer la structure, par la rduction des besoins en clairage artificiel et en climatisation par lusage de fentres triple-vitrage, et par laddition dune isolation paisse accumulant la chaleur en soire et rduisant ainsi la facture de chauffage.

Ces constructions passives (BEPAS) qui capturent bio-climatiquement les rayons du soleil durant la journe et rduisent le besoin de gnrer de la chaleur durant la nuit, excdent leurs besoins en nergie classique travers la production dnergie renouvelable par lintgration de panneaux solaires photovoltaques et de panneaux solaires thermiques, par des changeurs gothermiques et par la combinaison de pompes chaleur et de VMC (ventilation mcanique contrle) double flux. Toutes les eaux grises sont recycles dans des lagunes de phyto-puration pour lirrigation agricole et les chasses deau dans les sanitaires. Toutes les eaux uses sont envoyes travers des faades double-peau de bioracteurs (panneaux de verre remplis dalgues) pour une digestion anarobique. Le mthane ainsi mis durant ce processus de photosynthse acclre sera utilis pour produire de llectricit et pour rafraichir les intrieurs.

La construction nergie positive constitue donc une forte rupture technologique et conceptuelle. Ces villas sont parfaitement isoles thermiquement, sans discontinuit et sans ponts thermiques. Elles sont tanches lair, prsentent une ventilation matrise et sont galement quipes dappareils mnagers conomes de classe A+++. Elles gnralisent galement lclairage LED asservi la dtection automatique de prsence et des besoins. Elles prsentent une consommation totale dnergie primaire (chauffage, eau chaude sanitaire, clairage, tous appareils lectriques confondus) estime moins de 50 kWh/m2/an pour une production moyenne pouvant atteindre 100 kWh/m2/an via le solaire et lolien. Selon le bon usage des habitants et une domotique pousse, la consommation dnergie primaire pourrait mme descendre sous le seuil des 35 kWh/m2/an.

Au-del de ces points communs, les 45 villas charpente mixte bois/acier se divisent en trois typologies architecturales distinctes, formant ainsi 3 co-quartiers ayant leur propre identit :

2.1. LA VILLA MOBIS (15 units)

La Villa Mobis est organise autour dun ruban dessinant le symbole de linfini autour de deux patios, lun aquatique, lautre vgtal. Ce ruban charpente mtallique primaire et ossature bois secondaire est construit partir de la rptition dun seul et mme module trapzodal rpt 24 fois dans lespace. Ce module ouvert 30 degrs forme donc un parcours piton en pente douce de 720 degrs tout au long de sa double rvolution. Il contient toutes les chambres, les salles deau, les bureaux, les bibliothques et les salles de jeux. Il est recouvert par une toiture vgtalise, vritable potager suspendu, forte inertie thermique et dune verrire znithale photovoltaque. Le tout forme un serpent en sustentation au-dessus dune faade en 8 aux chssis porteurs.et triple vitrage. Des peirciennes en verre translucide pivotent automatiquement tout le long de cette faade vitre pour rguler les apports solaires au cours de la journe.

Le rez-de-chausse panoramique a ainsi pour but dimmerger les espaces de vie diurnes au cur dune clairire love dans le verger. Le salon, la salle manger, les cuisines et les salles de rception sorganisent autour de laxe vertical central du projet. En effet, lintersection de la double-boucle, les circulations verticales distribuent les 4 niveaux habits et la toiture jardin.

2.2. LA VILLA MONTAGNE (15 units)

La Villa Montagne se dploie 180 degrs comme un immense ventail chinois se dployant dEst en Ouest pour suivre idalement la course du soleil. Cest une architecture double-coque prsentant une faade sud trs vitre et une faade nord en bois trs opaque prsentant 20% de perforation. La premire coque habite est construite partir dune trave en acier de 6 degrs rptes 22 fois et formant un semi-hmisphre. Les 22 arches sont liaisonnes entre-elles par des cbles. Elles sont refermes par des panneaux de verre solaire photovoltaque et par des panneaux de verre solarisation. Des panneaux remplit dalgues sont galement intgr la conception dans les 7 arches centrales en vue de produire du bio-hydrogne. La seconde coque extrieure dveloppe une ossature en lamell-coll et fonctionne comme un immense claustra sculpt en dentelle de bois. Ce claustra permet dassurer lintimit des habitants et de rguler les apports de chaleur en tamisant les rayons solaires dEst en Ouest.

Au centre de la villa, un atrium baign de lumire slve sur 4 tages. Un escalier spiral senroule autour dun ascenseur panoramique pour distribuer tous les espaces de nuit et de relaxation. Les espaces de sjour sont quant eux ouvert vers le paysage par une grande arche transperant les faades Nord et sud.

2.3. LA VILLA COQUILLAGE (15 units)

La Villa Coquillage se libre du sol depuis ses six piliers en acier inoxydable pour stirer vers le ciel et pour faire dpasser son olienne axiale au-dessus de la cime des arbres fruitiers. Un tablier circulaire reprend les charges dune charpente bois en lamell-coll qui est tresse en diamants comme un chapeau chinois conique traditionnel. Cest une villa cocon dessine toute en double-courbures et qui sorganise autour de trois patios en spirale qui pousent les membranes des poutres torsades.

Ces patios sont isols par des faades en verre tandis que trois ptales dacier inoxydable poss sur coussins isolants enrobent la charpente par lextrieur. Cette charpente rayonnante en bois est divise en 36 traves standardises qui sont cartes entre-elles de 10 degrs depuis son centre. Ainsi, depuis les espaces de vie, on obtient des vues panoramiques sur tout le verger tandis quun ascenseur transperce tous les niveaux jusqu la cime du mt de son olienne axiale.

Ces trois typologies de villas nergie positive (BEPOS) implantes dans les clairires du grand verger communautaire sont le symbole quil est possible dinventer de nouveaux modles contemporains dhabitat durable alliant lvolution conomique de la Chine, et le respect mondial de lenvironnement. Les habitants prcurseurs sont lis entre eux par leur engagement citoyen sinvestir dans un nouveau prototype cologique, nergtiquement efficient, collectif et prenne.

Par la voie de lArchitecture, cest avant tout la vie sociale entre ville et campagne qui est rinvente !


Vincent Callebaut Architecte