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Le confort thermique page 1/11 LE CONFORT THERMIQUE DANS LES BATIMENTS 1 – CONF

Le confort thermique page 1/11 LE CONFORT THERMIQUE DANS LES BATIMENTS 1 – CONFORT ET TEMPERATURE Le confort thermique est défini comme « un état de satisfaction du corps vis- à-vis de l’environnement thermique ». Dans les conditions habituelles, l'homme est un homéotherme, il assure le maintien de sa température corporelle autour de 36,7°C. Cette température est en permanence supérieure à la température d'ambiance, aussi un équilibre doit-il être trouvé afin d'assurer le bien-être de l'individu. 1.1 – Bilan thermique chez l’homme La stabilité de la température corporelle chez l’homme impose un équilibre entre la production de chaleur endogène (à l’intérieur du corps), résultat du métabolisme (M) de base, du travail physique (W) et des pertes de chaleur par échange, vers le milieu extérieur. L’équation du bilan thermique à l’équilibre met en jeu beaucoup de phénomènes interactifs. Elle peut s’écrire sous la forme : E R C K E C H res res       H : Production de chaleur interne du corps (en W/m2) ; res C : Echange de chaleur au niveau des voies respiratoires par convection (en W/m2) ; res E : Echange de chaleur au niveau des voies respiratoires par évaporation (en W/m2) ; K : Echange de chaleur au niveau de la peau par conduction (en W/m2) ; C : Echange de chaleur au niveau de la peau par convection (en W/m2) ; R : Echange de chaleur au niveau de la peau par rayonnement (en W/m2) ; E : Echange de chaleur au niveau de la peau par évaporation (en W/m2). Au repos, la totalité de l’énergie consacrée au métabolisme M est transformée en chaleur. Dans ce cas : M H  Dans le cas d’une activité physique, une fraction de cette énergie liée à l’activité peut être transformée en travail mécanique W. Dans ce cas W M H   Répartition approximative de la diffusion de chaleur entre l'individu et l'ambiance : Environ 60 % des pertes de chaleur du corps humain se font par convection avec l'air ambiant (convection et évaporation par la respiration ou à la surface de la peau). Les échanges par rayonnement à la surface de la peau représentent jusqu'à 35 % du bilan alors que les pertes par contact (conduction) sont négligeables (< 1 %). Le corps perd également 6 % de sa chaleur à réchauffer la nourriture ingérée. Cette importance de nos échanges par rayonnement explique que nous sommes très sensibles à la température des parois qui nous environnent, ... Le confort thermique page 2/11 2 – LE CONFORT THERMIQUE C’est une appréciation subjective (sensation). La prise en compte du confort thermique dans les bâtiments se fait avec des méthodes et des outils élaborés à partir d'approches statiques, simplifiant la complexité des phénomènes interactifs. Dans les bâtiments, les modèles du confort thermique les plus couramment utilisés sont celui de Fanger [ISO 7730: 1994], le PMV et PPD, et celui de Gagge [ASHRAE Handbook]. Le modèle de Fanger a servi de base pour la norme internationale ISO 7730 qui porte sur les conditions de confort dans les ambiances thermiques modérées, et celui de Gagge pour la norme américaine ASHRAE standard 55 qui lui aussi précise les conditions de confort thermique dans les bâtiments. 2.1 – Indice PMV (Predicted Mean Vote) et PPD (Predicted Percentage Dissatisfied) Le PMV est un « indice de vote moyen prévisible » et le PPD un « pourcentage prévu d’insatisfaits ». Fanger a défini trois conditions pour qu’une personne soit en situation de confort thermique : - Un bilan thermique équilibré ; - Une évaporation sudorale située dans les limites du confort ; - Une température moyenne de la peau située dans les limites de confort. Dans ces conditions, l’équation du bilan thermique obtenue n’est fonction que de 6 paramètres primaires : 1 - Le métabolisme M (en W/m2), qui est la production de chaleur interne au corps humain permettant de maintenir celui-ci autour de 36,7°C. Un métabolisme de travail correspondant à une activité particulière s’ajoute au métabolisme de base du corps au repos. 2 – Le clo, l’unité d’isolement vestimentaire (1 clo = 0,155 °C.m2/ W).L'habillement représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la surface de la peau et l'environnement. 3 - La température ambiante de l’air Ta. 4 - La température de rayonnement des parois Tp. 5 - L'humidité relative de l'air (HR), qui est le rapport exprimé en pourcentage entre la quantité d'eau contenue dans l'air à la température ta et la quantité maximale d'eau contenue à la même température. 6 - La vitesse de l'air Va, qui influence les échanges de chaleur par convection. Dans le bâtiment, les vitesses de l'air ne dépassent généralement pas 0,2 m/s. 2.1.1 – PMV (indice de vote prévisible) En écrivant le bilan thermique, l’indice PMV (indice de vote moyen prévisible) décrit la sensation thermique en fonction de l’écart du flux de chaleur cédé par le corps à l’environnement par rapport à celui qui correspondent aux conditions de confort. L'indice PMV donne l'avis moyen d'un groupe important de personnes (plus de 1000) qui exprimeraient un vote de sensation de confort thermique en se référant à l'échelle subjective comportant 7 points de « très chaud » à « très froid » : Une valeur de PMV de zéro exprime une sensation de confort thermique optimale. Une valeur de PMV négative signifie que la température est plus basse que la température idéale. Réciproquement, une valeur positive signale qu'elle est plus élevée. On considère que la zone de confort thermique s'étale de la sensation de légère fraîcheur (- 1) à la sensation de légère chaleur (+ 1), soit de -1 à + 1. +3 chaud +2 tiède +1 légèrement tiède 0 neutre -1 légèrement frais -2 frais -3 froid Le confort thermique page 3/11 La norme ISO 7730 comporte des tables donnant la valeur du PMV en fonction : - Du métabolisme M (en W/m2) ; - De l’isolement vestimentaire : le clo (1 clo = 0,155 °C.m2/ W) ; - De la vitesse de l’air Va (en m/s) ; - De la température opérative opétative T (en °C). 2.1.2 – PPD (pourcentage prévu des insatisfaits) La sensation thermique n’étant pas suffisante pour exprimer le confort, Fanger a proposé un autre indice qui complète le PMV, le « PPD » (pourcentage prévu des insatisfaits). ) PMV . 2179 , 0 PMV . 00353 , 0 exp( 95 , 0 1 PPD 2 4     Cet indice permet de prévoir le pourcentage des insatisfaits à une sensation donnée en fonction du PMV. Les indices PPD et PMV sont liés par une relation dont il ressort qu’aucune condition thermique ne peut satisfaire 100% des individus et que dans le cas le plus favorable il subsiste 5% d’insatisfaits. La figure ci-contre représente le PPD en fonction de la température de l’air pour des groupes de personnes occupés soit à des travaux sédentaires (assis), soit des travaux légers, les autres paramètres étant constants. Ces courbes montrent qu’une augmentation du métabolisme de travail se traduit par le glissement du minimum de la courbe PPD vers des températures plus basses (plus de chaleur à perdre) et l’étalement de cette courbe. On constate que pour un travail sédentaire, la température optimum se situe aux alentours de 26°C, et pour un travail léger vers 22°C. Les sujets ayant un métabolisme de travail plus léger sont plus sensibles sur le plan du confort à de faibles variations de températures ambiantes. 2.1.3 – La température opérative opérative T De façon simplifiée, on définit une température de confort ressentie (appelée aussi "température opérative" ou "température résultante sèche") : 2 ) T T ( T paroi air opérative      Cette relation simple s'applique pour autant que la vitesse de l'air ne dépasse pas 0,2 m/s. Ainsi, le lundi matin, la température des parois est encore basse et le confort thermique risque de ne pas être atteint malgré la température de l'air de 20 ou 21°C... Exemple : pour une activité debout avec un métabolisme de 95 W/m2, une humidité relative de 50%, une vitesse relative de 0,2 m/s, la opérative T pour une personne vêtue d’un clo est d’environ 19 °C. PPD (%) PMV - 2 - 1 0 1 2 80 50 20 10 5 4 - 0,5 + 0,5 Le confort thermique page 4/11 2.1.4 – Mise en évidence des zones de confort thermique A cause de différences physiologiques, il s'avère impossible de satisfaire l'ensemble d'une population en réunissant des conditions idéales pour tous. Il est par contre possible de créer un environnement dans lequel le nombre d'insatisfait est minimum. La figure ci-dessous montre qu'avec un PMV nul on arrive à satisfaire le 95% de la population, soit un état de confort thermique optimal, il y a encore 5 % d'insatisfaits. Généralement, on se contente de satisfaire le 90% des gens (ce qui est généralement l'objectif à atteindre dans un bâtiment), ce qui veut dire que l'on accepte des valeurs du PMV comprises entre – uploads/Finance/ le-confort-thermique-2.pdf