Energy loads, CO2 emissions and building stocks: morphologies, typologies, energy systems and behaviour

Today's existing building stocks are major energy consumers and CO2 emitters, depending on various factors including urban morphology, architectural archetypes, construction technologies, energy systems, and inhabitant behaviour. A large case study based on 96 000 buildings in Paris, France, is the subject of detailed analysis of the existing residential building stock by comparing some environmental metrics of Paris's urban fabric with thermal energy consumption in buildings. The environmental metrics, such as building shape factor and passive volume (for natural ventilation and daylighting), are functions of urban morphology. This comparison of urban forms and heating energy consumption reveals some impacts of urban morphology and building typology on the energy efficiency in the different zones of Paris. The energy efficiency and CO2 emissions related to heating mode and inhabitant behaviour are separated from those linked to urban form and construction technology. Thus, a balanced view of the complex impacts of morphologies, typologies, energy systems, and inhabitant behaviour on energy loads and CO2 emissions is presented, which allows for the optimization of urban form in terms of density, building configuration, and morphology. Similar large-scale simulations can analyse urban form and the mix of building stock as well as the interaction of increased equipment efficiency, alternative energy mix, and inhabitant behaviour. Les parcs bâtis existant aujourd'hui sont d'importants consommateurs d'énergie et émetteurs de CO2, qui dépendent de divers facteurs tels que la morphologie urbaine, les archétypes architecturaux, les technologies de construction, les systèmes énergétiques et le comportement des habitants. Une grande étude de cas basée sur 96 000 immeubles de Paris, en France, fait l'objet d'une analyse détaillée du parc bâti résidentiel existant en comparant certaines métriques environnementales du tissu urbain de Paris à la consommation énergétique thermique des immeubles. Les métriques environnementales, telles que le facteur de forme des bâtiments et le volume passif (pour la ventilation naturelle et l'éclairage du jour), sont des fonctions de la morphologie urbaine. Cette comparaison des formes urbaines et de la consommation énergétique de chauffage révèle certaines incidences de la morphologie urbaine et de la typologie des bâtiments sur le rendement énergétique dans les différents secteurs de Paris. Le rendement énergétique et les émissions de CO2 en rapport avec le mode de chauffage et le comportement des habitants sont distincts du rendement et des émissions liés à la forme urbaine et aux technologies de construction. Est ainsi présentée une vision équilibrée des incidences complexes des morphologies, des typologies, des systèmes énergétiques et des comportements des habitants sur les taux d'utilisation d'énergie et les émissions de CO2, qui autorise l'optimisation de la forme urbaine en termes de densité, de configuration des bâtiments et de morphologie. Des simulations similaires à grande échelle peuvent analyser la forme urbaine et la diversité du parc bâti, mais également les interactions résultant du rendement accru des équipements, des diverses sources d'énergie alternatives utilisées et du comportement des habitants. Mots clés: géométrie des bâtiments, parcs bâtis, forme bâtie, émissions de CO2, coefficient de profondeur, consommation énergétique, performances environnementales, comportement des habitants, typologie, morphologie urbaine