Le confort. Confort et Architecture. Critères de confort Confort thermique. Thermique du corps humain

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1 Le confort Confort et Architecture Le confort d'un bâtiment est un des aspects de son architecture. L'architecte doit en garder la maîtrise Une sculpture peut être inconfortable, pas un bâtiment 2 Critères de confort Confort thermique Critères thermiques: Qualité de l'air: Acoustique Visuel: Autres influences: Température de l'air Température des surfaces environnantes Perméabilité thermique Vitesse relative de l'air Humidité relative de l'air Pureté de l'air, odeurs Niveau de bruit, nuisance acoustique Temps de réverbération (durée d'écho) Éclairage naturel et artificiel Couleurs Volumes intérieur et distribution des volumes Degré d'occupation des locaux "Ambiance" 3 Confort lié à une répartition de température et de flux de chaleur agréables. Thermique du corps humain Oxydation des aliments Dégagement de chaleur Fonctions vitales Energie + Eau + CO 2 Activité + musculaire Métabolisme = Puissance totale produite par le corps met = 58 W/m 2 corps L être humain est homéotherme: il cherche à maintenir constante sa température interne quelles que soient les conditions environnementales 2

2 Les échanges du corps humain Flux de chaleur [W] Rayonnement Convection Conduction Evaporation Température opérative [ C] 3 Eléments de physiologie : Mécanismes régulateurs L homme dispose de deux capteurs pour réguler sa température interne : Hypothalamus déclenche les fonctions de rafraîchissement du corps lorsque la température interne dépasse 37 C Les capteurs sensoriels de la peau déclenchent les fonctions de protection contre le froid lorsque la température superficielle descend en dessous de 3 C Mécanismes régulateurs Quant il fait trop chaud: Vasodilatation + fluidification du sang Augmentation du flux sanguin vers la surface du corps Augmentation de la température de surface du corps Augmentation des échanges convectifs et radiatifs Sudation Prélèvement de 250J/g eau Syncope Passage du métabolisme à la valeur basale 5 Mécanismes régulateurs Vasoconstriction + épaississement du sang Diminution du flux sanguin vers la surface du corps Abaissement de la température de surface du corps Diminution des échanges convectifs et radiatifs Quant il fait trop froid: Modification du métabolisme Frisson Augmentation du métabolisme par le déclenchement réflexe d une activité musculaire complémentaire Surconsommation des réserves alimentaires 6 Eléments de physiologie Modes de transfert de chaleur du corps Conduction: au contact de la peau, à travers les habits, avec des matériaux. Convection: de la peau à l'air ambiant (ou l'eau), en mouvement ou non Rayonnement: entre notre peau (ou habits) et les surfaces environnantes Evapo-transpiration: poumons et glandes sudoripares de la peau. 7 Eléments de physiologie Corps comporte deux zones : Températuer de peau [ C]. Zone interne à 37 C Enveloppe à température variable front main pied Température ambiante [ C] 8 2

3 Critères de confort Confort thermique: facteurs Propres à l'individu Métabolisme Activité Habillement Santé Propres au bâtiment Environnement thermique Vitesse de l'air et turbulence Humidité de l'air Facteurs principaux Activité Habillement Température opérative Facteurs secondaires Vitesse de l'air Humidité relative 9 20 Le confort thermique Définitions Absence d inconforts (FANGER) Le confort thermique cadre réglementaire D après la norme EN ISO 7730, il y a situation de confort si deux conditions sont satisfaites : Sensation de bien être physique et mental (European passive solar handbook) Conditions pour lesquelles les mécanismes d autorégulation du corps sont à un niveau minimum d activité (GIVONI) 2 Le bilan thermique de l individu est équilibré sans que ne soit trop sollicités ses mécanismes autorégulateurs Il n existe pas d inconforts locaux dus : - à la sensation de courant d air - à l asymétrie du rayonnement - au gradient vertical de température - à la température du sol 2 22 Mesure du confort: Predicted Mean Vote -3 très froid insatisfait parce que trop froid -2 froid - frais 0 confortable tiède satisfait 2 chaud insatisfait parce que trop chaud 3 très chaud 23 PPD 00% 90% 80% 70% 60% 50% 0% 30% 20% 0% 0% PMV et PPD Satisfaction PMV PPD = exp( PMV PMV 2 ) 2 3

4 Le confort thermique ère condition : Equilibre du bilan thermique Recommandation de la norme EN ISO 7730 : -0,5 < PMV < +0,5 PPD < 0 % Paramètres influant le confort thermique. Température de l'air... a [ C] ou T a [K] Température radiante moyenne... mrt [ C] ou T mrt [K] Vitesse relative de l'air...v [m/s] Pression partielle de vapeur d'eau...p [Pa] Activité métabolique du suet...m [Watt] Son travail mécanique fourni...w [Watt] Surface de peau du suet...a [m 2 ] Activité spécifique du suet...m = M/A [W/m 2 ] Son travail spécifique...w = W/A [W/m 2 ] La résistance thermique des habits...r [m 2 K/W] ou l'habillement...h [Clo] = R/0.55 La fraction de la surface habillée...f Bilan thermique du corps Respiration ( resp ) = Echanges sensibles et latents Rayonnement avec les parois ( ray ) Evaluation à partir de la méthode PMV-PPD de FANGER Charge thermique de l individu : Le confort thermique ère condition : Equilibre du bilan thermique L M ( ray conv ) évap resp Transpiration ( évap ) Convection avec l air ( conv ) Chaleur produite par le corps Chaleur dissipée par le corps Conduction ( cond ) Eléments de physiologie : Bilan thermique du corps Eléments de physiologie : Bilan thermique du corps Flux de chaleur convectif et radiatif à l équilibre [W/m 2 ] Flux de chaleur évaporatif à l équilibre thermique [W/m 2 ] ray A r s fcl ADu T cl 273 Tr 273 fclhc Tcl Ta 3 évap 3, W P va 0,2M 58,5 ray conv s dépend : évap dépend : conv des caractéristiques du vêtement (A r,, f cl, T cl ) de la température radiante moyenne T r de la température ambiante T a de la vitesse d air V a (h c ) évap De l activité (métabolisme) De la pression partielle de vapeur d eau dans l air ambiant P va (humidité ambiante) 29 30

5 Flux de chaleur respiratoire à l équilibre thermique [W/m 2 ] resp Eléments de physiologie : Bilan thermique du corps resp resp dépend : 5 0,00M 3 T,72.0 M 5867 P Sensible a Latent de la pression partielle de vapeur d eau dans l air ambiant P va (humidité ambiante) de la température ambiante T a de l activité (métabolisme M) va Equation de Fanger PMV 0.303exp m w F T 0.036m m w p m w m5867 p m 307 Ta F h max 2.38 cl 8 f T cl Tmrt f ht cl Ta / T T ;2.06 v cl a m w R F 3 32 Température opérative Température radiante moyenne T r Moyenne entre la température de l air a et la température radiante r : T op at a ( a) T a 0,5 0,25v r Ts Température radiante moyenne: T ( r f T S f Ts3 Ts2 ) T Ts5 S T T r r S T S S Ts 33 3 Température opérative optimale Métabolisme et activité Activité [Met] C 20 C 8 C 22 C 2 C 26 C 28 C 0 C 2 C C ±5 C ± C ±3 C ± C ±,5 C ±2 C ±2,5 C Clo Activité [W/m²]

6 Métabolisme et activité Habillement Le métabolisme dépend de l activité physique Les valeurs proposées sont relatives à un homme de 70 kg de surface de corps égale à,8 m 2 Corrections pour d autres individus : - poids : + W/kg - femme : -20% - enfants : de -20 à -0% Domaine de validité du modèle de Fanger métabolisme de 6 à 230 W/m² (0.8 à met); habillement de 0 à 2 clo ; température de l'air de 0 à 30 C; température radiante moyenne de 0 à 0 C; vitesse relative de l'air inférieure à m/s; pression partielle de vapeur d'eau de 0 à 2700 Pa. environnement conditionné Confort: données pratiques Administration et logement (. met) Hiver ( clo): 20 à 2 C Eté (0.5 clo): 22 à 26 C 39 0 Le confort thermique 2 ième condition : Absence d inconforts locaux Les inconforts locaux Asymétrie du rayonnement GRADIENT VERT. DE TEMP. LA TEMPERATURE DU SOL ASYMETRIE DE RAYONNEMENT SENSATION DE COURANT D AIR 2 6

7 Les inconforts locaux Parois froides Parois chaudes Asymétrie du rayonnement Vitrage Mur extérieur mal isolé Plafond et/ou plancher rafraîchissant Vitrage ensoleillé Plafond et/ou plancher chauffant Emetteur de chaleur rayonnant (luminaires, chauffage, etc ) Pourcentage d'insatisfait Effet de l assymétrie de rayonnement 00 0 Plafond chaud Paroi froide Plafond froid Paroi chaude Assymétrie de température radiante [K] 3 Les inconforts locaux Gradient vertical de température Stratification thermique Plancher chauffant ou rafraîchissant Proximité bouche de soufflage d air chaud ou froid 5 Gradient de température vertical Pourcentage d'insatisfaits Ecart de température tête-pieds [K] 6 Pourcentage d'insatisfaits Température du sol Température du sol [K] 7 Influence du rayonnement solaire Augmentation de températur opérative Habits noirs Habits blancs Rayonnement solaire [W/m²] 8 7

8 Conséquences pour le bâti Prédire le confort thermique Prédire le confort qui règnera dans un bâtiment de type nouveau Concevoir des bâtiments offrant d'eux même un bon confort Dimensionner et positionner les corps de chauffe et les systèmes de refroidissement en fonction du confort à obtenir Tolérance accrue dans les bâtiments à ventilation naturelle Température radiante dans une pièce avec fenêtre froide et radiateur 50 Exercice supplémentaire 2. Exercice supplémentaire 2.2 Température opérative idéale pour une personne en tenue de travail légère faisant la cuisine? Température opérative idéale pour la marche en tenue de ville? Température opérative minimale pour le travail de bureau en tenue de ville? Température opérative minimale pour le travail de bureau en tenue d été? Température opérative moyenne au centre? (pour Tair = 20 C) Température opérative moyenne approximative près de la paroi chaude? (idem) 0 C 30 C 5 52 Exercice supplémentaire 2.3 Température opérative obtenue au centre d une pièce très grande mais pas très haute, avec de l air à 26 C, plancher et parois à 26 C aussi, et plafond froid à 8 C? Asymétrie de température radiante approximative dans la même pièce et les mêmes conditions? Exercice supplémentaire 2. Température opérative obtenue dans un ardin d hiver où l air est à 22 C et toutes les parois à 8 C?. Lorsque les protections solaires sont déployées 2. En absence de protection solaire, par temps ensoleillé (rayonnement solaire incident 600 W/m 2 sur la personne) Quel est l habillement idéal dans ce dernier cas?