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RÉSUMÉ
La modélisation du confort dans les espaces semi-ouverts, aux conditions ambiantes variables et dont l'occupation peut être transitoire, requiert un niveau de détail supérieur à celui généralement utilisé dans le bâtiment. Les approches classiques en régime permanent de type Predictate Mean Vote s'avérèrent inadaptées à de tels environnements et on recourt alors à un modèle transitoire du métabolisme humain. Dans cet article on présente un indicateur de confort basé sur un tel modèle, ainsi que l'influence de la variabilité physiologique sur celui-ci.
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Edouard WALTHER : AREP - Docteur en Energétique, Agrégé de Génie Civil
INTRODUCTION
De nombreuses approches ont été développées afin de quantifier le niveau de confort des individus dans les espaces intérieurs, souvent à des fins de productivité : les premières études du domaine ont consisté à mettre en regard les températures intérieures d’usines et la qualité de la production ou l’absentéisme.
L’application des modèles de confort dans le domaine du bâtiment et de l’aménagement a généralement lieu avant la construction du projet, afin d’évaluer des variantes constructives par rapport à un critère objectif.
Dans certains cas particuliers, la température intérieure de confort peut être déterminée par une méthode empirique. Ainsi, l’approche adaptative de la norme EN 15251 utilisée pour les bâtiments en ventilation naturelle donne une relation linéaire entre température de confort et la moyenne glissante sur un mois de la température extérieure, calibrée à partir de milliers de mesures.
En ambiance intérieure, le plus utilisé des indicateurs est le Predicted Mean Vote de Fanger qui relie le flux (négatif ou positif) auquel est soumis l’individu à la sensation de confort ou d’inconfort. Le lien a été rendu possible par la combinaison d’une approche équationnelle, permettant d’établir le bilan thermique, avec une régression statistique sur le niveau de confort d’un échantillon de quelques milliers de personnes.
Cependant, des travaux récents ont montré les limites de l’approche du Predicted Mean Vote (PMV) qui est calée sur une morphologie masculine et occasionne des décalages importants de la plage de confort selon le genre.
L’approche équationnelle traitée ici est le « two-node model » développé à la fondation J. B. Pierce (aussi appelé « modèle de Pierce ») au courant du XXe siècle.
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1. Caractéristiques de l’individu dans les espaces semi-ouverts
1.1 Necessité du régime transitoire
Avec le modèle de Pierce, il s’agit alors de répondre à des besoin militaires, et notamment de déterminer la résistance au stress thermique des soldats ou des pilotes de chasse soumis à des pressions atmosphériques très variables .
La formulation du modèle est relativement simple et consiste à représenter le corps humain sous la forme de deux cylindres concentriques représentant le centre du corps ou « noyau » et la couche de peau, entourés de la vêture (voir figure 1).
Dans ce modèle, le métabolisme est un système régulé en température par des actions de correction (vasomotricité, sudation, perspiration) qui évoluent au cours du temps et en fonction des conditions environnantes.
En effet, dans les milieux extérieurs ou semi-extérieurs, les variations rapides des conditions ambiantes rendent les approches en régime permanent inaptes à la prédiction du confort. Ceci est d’autant plus vrai lorsque ces espaces sont occupés de manière transitoire (e.g. les lieux extérieurs de passage, les bâtiments très ouverts, les gares) : le temps de montée en température du métabolisme est de l’ordre d’une heure en été et de plusieurs heures en hiver .
À titre d’exemple, la figure 2 montre la simulation des températures corporelles et de la mouillure cutanée d’un individu avec le modèle à deux nœuds de Pierce.
À partir de l’état d’équilibre thermique, l’individu est mis dans un environnement chaud avec un fort rayonnement solaire pour...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ASHRAE, editor - ASHRAE Handbook Fundamentals – Chapter 6 : Mass Transfer. - American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inch-Pound edition (2009).
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(2) - ASHRAE, editor - ASHRAE Handbook Fundamentals – Chapter 9 : Thermal comfort. - American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inch-Pound edition (2009).
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(3) - ASHRAE - Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. - ANSI/ASHRAE addendum b to ANSI/ASHRAE Standard 55-2013 (2013).
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(4) - ASHRAE - Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. - ASHRAE Standard 55 (2014).
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(5) - BRAGER (G.), ZHANG (H.), ARENS (E.) - Evolving opportunities for providing thermal comfort. - Building Research & Information, 43(3):274-287 (2015).
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