De nombreux facteurs entrent en jeu lorsqu’il s’agit de déterminer si nous nous sentons bien dans une pièce.
Qu’est-ce que le confort ? Chaque individu donnera une réponse purement subjective à cette question. Le niveau sonore, la température, l’humidité de l’air, la luminosité, mais aussi l’environnement social, le mobilier des espaces de séjour et l’état personnel dans lequel on se trouve ont une influence sur comment nous nous sentons. Le confort thermique est alors un aspect important. Mais comment définir quelque chose de si peu tangible ? Et comment créer un confort thermique ?
De manière simplifiée, le confort thermique signifie que la chaleur produite dans le corps est aussi dégagée et qu’il n’y a donc pas de surchauffe ou de refroidissement. Le corps humain est alors capable de générer de la chaleur entre 80 W (charge de base au repos) et environ 800 W lors d’efforts physiques intenses. Cela vaut donc la peine de se pencher sur les mécanismes qui régissent le dégagement de chaleur et sur les autres facteurs qui l’influencent de façon positive ou négative.
Dans le corps humain, la chaleur est transportée par le sang, uniquement par convection. Elle est dégagée dans l’environnement de manière primaire par la peau, mais aussi par les poumons via la respiration. Alors que la chaleur n’est dégagée que de façon latente et sensible par la respiration, la peau présente en plus un fort taux de rayonnement et un faible transport direct de la chaleur, par la plante des pieds par exemple. Différents facteurs ont un impact sur ces trois principaux processus de dégagement (convection, évaporation et rayonnement). Pour le premier, la production de chaleur est la conséquence directe d’une action correspondante. Les vêtements isolants constituent un autre élément (humain) qui influence directement les trois voies de dégagement de chaleur. En ce qui concerne l’environnement, la température et le mouvement de l’air impactent directement le dégagement convectif de la chaleur, tandis que l’humidité de l’air impacte le dégagement latent par évaporation. À l’inverse, le dégagement sous forme de rayonnement consiste en la différence entre le rayonnement émis et reçu, qui dépend donc de la température des surfaces environnantes. Dès 1970, dans le cadre de sa thèse de doctorat à l’Université technique du Danemark (DTU), P. Ole Fanger a présenté de vastes études sur ce sujet complexe et identifié les six facteurs d’influence précédemment évoqués comme étant les principaux.
P. OLE FANGER était un ingénieur danois dont la dissertation sur le confort thermique fait partie des plus grands travaux dans ce domaine.
LES ÉTUDES DE P. OLE FANGER
P. OLE FANGER
était un ingénieur danois dont la dissertation sur le confort thermique fait partie des plus grands travaux dans ce domaine.
P. Ole Fanger avait installé des postes de travail classiques dans ses laboratoires, postes auxquels ses sujets d’expérience menaient leurs tâches habituelles dans des vêtements variés. Le chercheur pouvait régler tous les paramètres de climatisation. Les sujets d’expérience devaient seulement évaluer leur confort thermique à intervalles réguliers, à l’aide d’une échelle de –3 (froid) à +3 (chaud). De cette façon, il a obtenu un « vote moyen » pour chaque combinaison des facteurs indiqués plus tôt (activité, vêtements, température de l’air, humidité de l’air, vitesse de l’air, température des surfaces environnantes). Il a réussi à en déduire une formule mathématique : l’équation de Fanger. Celle-ci associe les six paramètres pertinents au « vote moyen ». Il suffit d’inverser cette procédure pour déterminer la conception climatique de pièces : on connaît l’utilisation prévue des pièces et peut évaluer les vêtements portés par ses utilisateurs. En combinant ces informations aux paramètres environnementaux, il est possible de déterminer un « vote moyen prévisible » (en anglais : Predicted Mean Vote – PMV). P. Ole Fanger a alors classifié le vote des sujets et défini que les individus étaient satisfaits si leur vote était de –1 ou +1. Tous les autres étaient donc insatisfaits. Cette analyse lui a permis de dégager un lien direct entre le « pourcentage de personnes insatisfaites » et le « vote moyen ». En inversant encore une fois le processus, on obtient le « vote moyen prévisible » (PMV) à partir des six facteurs d’influence, et ce dernier permet ensuite de déterminer le « pourcentage de personnes insatisfaites » (en anglais : Predicted Percentage of Dissatisfied – PPD) de la norme DIN EN ISO 7730. En observant cette norme de plus près, on constate que même avec des conditions ambiantes optimales, 5 % des personnes sont toujours insatisfaites. En d’autres termes : il fait trop froid ou trop chaud pour elles. La norme DIN EN ISO 7730 permet notamment de classer les pièces dans trois catégories en utilisant l’indice PPD. Les exigences les plus élevées de la catégorie A s’appliquent pour les pièces utilisées par des personnes fragiles (enfants en bas âge, malades, etc.). Dans les bureaux standard, c’est la catégorie B qui prévaut ; tandis que la catégorie C est en première ligne pour les bâtiments existants.
CRITÈRES DE CONFORT LOCAUX
En plus du critère de confort global, complet relatif au bilan thermique de l’être humain, P. Ole Fanger a également introduit quatre autres critères concernant différentes régions du corps humain. Il s’agit premièrement du taux de courant d’air (en anglais : Draught Rate – DR) pour les surfaces corporelles non habillées. Il dépend de la température et de la vitesse de l’air, ainsi que du degré de turbulence. Il faut alors tenir compte de l’annexe nationale (NA) de la norme DIN EN 15251 qui renforce le taux de courant d’air DR = 20 % pour les pièces relevant de la catégorie B, indiqué dans la norme DIN EN ISO 7730. La différence de la température au niveau de la tête et des pieds constitue un autre critère de confort local. Une différence de 2 °C, 3 °C ou 4 °C est autorisée en fonction de la catégorie de la pièce (A, B, C). La température du sol est le troisième critère, mais il ne peut être appliqué que si les pieds portent des chaussures. Pour les catégories A et B, la plage de température autorisée est d’environ 19 °C à 28 °C. Pour la catégorie C, elle est étendue d’environ 2 °C dans les deux sens. Le quatrième et dernier critère de confort local est la répartition asymétrique du rayonnement. Il faut alors distinguer le plafond et les murs d’une part, et le chaud et le froid d’autre part. Il y a donc de fait quatre sous-critères à respecter de façon différente en fonction de la catégorie de la pièce.
MESURE DU CONFORT
Thermal comfort - relevant criteria: global and local and the categories A, B and C.
In DIN EN ISO 7730, a draught rate of 20 % is prescribed for Room Category B. By way of the National Appendix (NA) of DIN EN 15251, this value is reduced to the 15% stated.
De nos jours, le confort d’une pièce peut être déterminé au moyen des techniques de mesure les plus modernes selon la norme DIN EN ISO 7730. Kampmann mène une recherche et un développement intensifs afin que les installations climatiques n’altèrent pas le confort. En général, les appareils Kampmann n’influent guère sur les asymétries de rayonnement ou la température du sol. Seuls l’indice PPD, la différence de température verticale (Δϑ) et le taux de courant d’air (DR) sont donc importants. L’indice PPD signifie qu’un appareil doit être en mesure de neutraliser les charges thermiques ou frigorifiques induites par la conception, et donc de maintenir la température ambiante sans provoquer de courants d’air ou une stratification thermique trop grande dans la zone de séjour. Alors qu’en temps normal le chauffage est peu concerné par cette question, le refroidissement avec des dispositifs en caniveau constitue souvent un défi particulier. Étant donné que l’air refroidi ne peut pas être directement soufflé dans la zone de séjour à cause des courants d’air qui surviennent, on les conduit aussi haut que possible le long de la façade, pour qu’il se mélange correctement au reste de l’air ambiant en retombant, puis il remonte doucement au-dessus du sol de la pièce. Malheureusement, une partie de l’air refroidi se retrouve à nouveau aspiré par l’appareil. On parle alors de « court-circuit ». En fonction du niveau de ventilation et de la température de l’eau, cela peut concerner 40 % et plus de l’air, ce qui affecte sensiblement les performances du dispositif. Dans le Centre de Recherche et de Développement (FEC) de Kampmann, le taux de courant d’air et la stratification thermique sont mesurés en parallèle des paramètres usuels des appareils. L’ensemble des appareils de Kampmann est non seulement optimisé en termes de performances, mais aussi de confort. Grâce à son laboratoire de flux d’air ambiant, le FEC permet d’adapter chaque appareil de manière optimale à son utilisation respective, notamment pour les exigences particulières de clients concernant le mobilier, les géométries des pièces ou les conditions de conception.