Le confort
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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
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Critères de confort
5
Confort thermique
Confort lié à une répartition de température et de flux de chaleur agréables.
6
Chaleur
Forme d'énergie correspondant à l'agitation aléatoire des molécules de la matière
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Température = agitation
Basse température Haute température
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Chaleur spécifique c
Quantité de chaleur nécessaire pour élever un kilogramme de matière de 1 degré.
12 TTcmQ
Pour beaucoup de matériaux, c 1000 J/(kg·K)Eau c= 4180 J/(kg·K)Neige c= 2000 J/(kg·K)Bois c= 2500 J/(kg·K)
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La chaleur coule naturellement
du chaud vers le froid.
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Modes de transfert de chaleur
Convection: transport de matière entre zones chaude et froide
Conduction: transfert de l'agitation par chocs intermoléculaires
Rayonnement:émission-absorption de rayonnement électromagnétique
Evapo-condensation: évaporation et condensation d'un fluide
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Densité de flux de chaleur
12
Thermique du corps humain
Métabolisme = Puissance totale produite par le corps
Oxydationdes aliments
Energie + Eau + CO2
Fonctionsvitales
Activitémusculaire
+
1 met = 58 W/m2corps
Dégagementde chaleur
L’être humain est homéotherme: il cherche à maintenir constante sa température interne quelles que soient les conditions environnementales
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Rayonnement
Convection
conduction
Evaporation
Condensation
14
Les échanges du corps humain
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36Température opérative [°C]
Flu
x de
cha
leur
[W
] .
Rayonnement ConductionConvection Evaporation
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L’homme dispose de deux capteurspour réguler sa température interne :
Eléments de physiologie :Mécanismes régulateurs
Hypothalamus déclenche les fonctionsde rafraîchissement du corps lorsquela température interne dépasse 37°C
Les capteurs sensoriels de la peaudéclenchent les fonctions de protectioncontre le froid lorsque la températuresuperficielle descend en dessous de34°C
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Sudation
Prélèvement de 2450J/geau
Passage du métabolismeà la valeur basale
Syncope
Vasodilatation+ fluidification du sang
Augmentation du flux sanguinvers la surface du corps
Augmentation de la températurede surface du corps
Augmentation des échangesconvectifs et radiatifs
Mécanismes régulateurs Quant il fait trop chaud:
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Vasoconstriction+ épaississement du sang
Diminution du flux sanguinvers la surface du corps
Abaissement de la températurede surface du corps
Diminution des échangesconvectifs et radiatifs
Frisson
Augmentation du métabolismepar le déclenchement réflexed’une activité musculairecomplémentaire
Surconsommation desréserves alimentaires
Modification dumétabolisme
Mécanismes régulateurs Quant il fait trop froid:
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Eléments de physiologieModes 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.
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Corps comporte deux zones : Zone interne à 37°C
Enveloppe à température variable
Eléments de physiologie
15
20
25
30
35
40
10 12 14 16 18 20 22 24Température ambiante [°C]
Tem
péra
tuer
de
peau
[°C
] .frontmainpied
20
Critères de confort
MétabolismeActivitéHabillementSanté
Propres au bâtimentPropres à l'individu
Environnement thermique
Vitesse de l'air et turbulence
Humidité de l'air
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Confort thermique: facteurs
Facteurs principaux Activité Habillement Température opérative
Facteurs secondaires Vitesse de l'air Humidité relative
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Le confort thermique
DéfinitionsAbsence d’inconforts (FANGER)
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)
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Le confort thermiquecadre réglementaire
D’après la norme EN ISO 7730, il y a situation deconfort si deux conditions sont satisfaites :
Le bilan thermique de l’individu est équilibré sans quene soit trop sollicités ses mécanismes autorégulateurs
1
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
24
Mesure du confort: Predicted Mean Vote
-3 très froid
-2 froid
-1 frais
0 confortable
1 tiède
2 chaud
3 très chaudinsatisfait parce que trop
chaud
insatisfait parce que trop froid
sati
sfai
t
25
PMV et PPD
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
-3 -2 -1 0 1 2 3PMV
PPD
Satisfaction
26
PMV et PPD
PPD = 1 - 0.95 · exp(- 0.03353 PMV4 - 0.2179 PMV2)
(attention: l'équation du cours, page 11,
comporte une erreur !)
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Recommandation de la norme EN ISO 7730 :
-0,5 < PMV < +0,5 PPD < 10 %
Le confort thermique1ère condition : Equilibre du bilan thermique
28
Paramètres influant le confort thermique.
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Conduction (cond)
Respiration (resp)=
Echanges sensibleset latents
Convectionavec l’air (conv)
Transpiration
(évap)
Rayonnement avec
les parois (ray)
Bilan thermique du corps
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Evaluation à partir de la méthode PMV-PPD de FANGER
Charge thermiquede l’individu : respévapconvrayML )(
Chaleurproduite
par lecorps
Chaleurdissipée
par lecorps
Le confort thermique1ère condition : Equilibre du bilan thermique
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aclcclrclclDu
rs TThfTTf
AA 44 273273
Eléments de physiologie :Bilan thermique du corps
ray
conv
Flux de chaleur convectif et radiatif à l’équilibre [W/m2]
de la température ambiante Ta
des caractéristiques du vêtement (Ar, , fcl, Tcl)
s dépend :
ray conv
de la température radiante moyenne rT
de la vitesse d’air Va (hc)
32
15,5842,099.6573310.05,3 3 MPW vaévap
Flux de chaleur évaporatif à l’équilibre thermique [W/m2]
évap
De la pression partielle de vapeur d’eaudans l’air ambiant Pva (humidité ambiante)
évap dépend :
De l’activité (métabolisme)
Eléments de physiologie :Bilan thermique du corps
33
vaaresp PMTM 586710.72,1340014,0 5
Sensible Latentresp
de la pression partielle de vapeur d’eaudans l’air ambiant Pva (humidité ambiante)
de la température ambiante Ta
de l’activité (métabolisme M)
Flux de chaleur respiratoire à l’équilibre thermique [W/m2]
resp dépend :
Eléments de physiologie :Bilan thermique du corps
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Equation de Fanger
FTm
pmwm
pwmwm
mPMV
a3070014.0
5867000017.015.5842.0
99.6573300305.0
028.0036.0exp303.0
FRwmT
vTTh
TThfTTfF
cl
acl
aclmrtcl
028.09.308
06.12;38.2max
1096.34/1
448
35
Température opérative
Moyenne entre la température de l’air a et la température radiante r :
va
TaaTT raop
25,05,0
)1(
36
jj
jSjj
r S
TS
T
Température radiante moyenne:
Température radiante moyenne Tr
Ts1Ts2
Ts3
Ts4
Ts5 Tr
jj
jj
jSjj
jSjjr
f
TTfT
)41(
4
1
37
±1°C ±1,5°C ±2,5°C±2°C
±3°C
±4°C
±5°C
0.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 Clo
Act
ivité
[M
et]
.
35
60
85
110
135
160
Act
ivité
[W
/m²]
.10°C12°C
14°C16°C
20°C18°C
22°C
24°C
26°C
28°C
Température opérative optimale
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Métabolisme et activité
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Le métabolisme dépend de l’activité physique
Les valeurs proposées sont relativesà un homme de 70 kg de surfacede corps égale à 1,8 m2
Corrections pour d’autres individus :
- poids : +1 W/kg- femme : -20%- enfants : de -20 à -40%
Métabolisme et activité
40
Habillement
41
Domaine de validité du modèle de Fanger
métabolisme de 46 à 230 W/m² (0.8 à 4 met); habillement de 0 à 2 clo ; température de l'air de 10 à 30 °C; température radiante moyenne de 10 à 40 °C; vitesse relative de l'air inférieure à 1 m/s; pression partielle de vapeur d'eau de 0 à 2700
Pa.environnement conditionné
42
Confort: données pratiques
Administration et logement (1.1 met)
Eté (0.5 clo): 22 à 26 °C
Hiver (1 clo): 20 à 24 °C
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GRADIENT VERT. DE TEMP.
SENSATION DE COURANT D’AIRASYMETRIE DE RAYONNEMENT
LA TEMPERATURE DU SOL
Le confort thermique2ième condition : Absence d’inconforts locaux
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Les inconforts locauxAsymétrie du rayonnement
45
Parois froides
Parois chaudes
Vitrage
Mur extérieur mal isolé
Plafond et/ou plancher rafraîchissant
Vitrage ensoleillé
Plafond et/ou plancher chauffant
Emetteur de chaleur rayonnant(luminaires, chauffage, etc…)
Les inconforts locauxAsymétrie du rayonnement
46
Effet de l’assymétrie de rayonnement
1
10
100
0 10 20 30Assymétrie de température radiante [K]
Pou
rcen
tage
d'in
satis
faits Plafond chaud
Paroi froide
Plafond froid
Paroi chaude
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Stratification thermique
Plancher chauffant ou rafraîchissant
Proximité bouche de soufflage d’air chaud ou froid
Les inconforts locauxGradient vertical de température
48
Gradient de température vertical
1
10
100
0 2 4 6 8 10Ecart de température tête-pieds [K]
Pou
rcen
tage
d'in
satis
faits
.
49
Température du sol
0
10
20
30
40
50
60
10 20 30 40Température du sol [K]
Pou
rcen
tage
d'in
satis
faits
.
50
Influence du rayonnement solaire
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600Rayonnement solaire [W/m²]
Aug
men
tatio
n de
tem
péra
ture
op
érat
ive
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Habits noirs
Habits blancs
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Conséquences pour le bâti
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
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Prédire le confort thermique
Température radiante dans une pièce avec fenêtre froide et radiateur
36°
17°
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Exercice supplémentaire 2.1
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 ?
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Exercice supplémentaire 2.2
Température opérative moyenne au centre ?(pour Tair = 20 °C)
Température opérative moyenne approximative près de la paroi chaude ?(idem)
30°C
10°C
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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 18°C ?
Asymétrie de température radiante approximative dans la même pièce et les mêmes conditions ?
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Exercice supplémentaire 2.4
Température opérative obtenue dans un jardin d’hiver où l’air est à 22°C et toutes les parois à 18°C ?
1. Lorsque les protections solaires sont déployées2. En absence de protection solaire, par temps
ensoleillé (rayonnement solaire incident 600 W/m2 sur la personne)
Quel est l’habillement idéal dans ce dernier cas ?
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