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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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Modeling comfort in semi-open spaces, in variable ambient conditions and where occupancy can be transient, requires a greater degree of detail than that generally used in buildings. The classic approaches in permanent regimes of the Predicted Mean type have proved unsuitable for such environments, and so we resort to a transient model of human metabolism. In this article we present an indicator of comfort based on such a model, and the influence of physiological variability on it.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
building | space and quality by design | temperature | comfort | working conditions
DOI (Digital Object Identifier)
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Effet de l’environnement sur le confort2. Mise en équation du métabolisme humain
Dans ce paragraphe, le bilan des flux sur les deux nœuds du modèle de Pierce est exposé.
On détaille ensuite le calcul des transferts de chaleur et de masse sur le corps humain, puis la régulation des températures métaboliques. Enfin, le calcul de la SET sera explicité.
2.1 Équations gouvernantes du modèle de Pierce
Le modèle à deux-noeuds de considère le corps humain comme deux cylindres concentriques (noyau et peau) régulés en température par plusieurs mécanismes :
-
perspiration (diffusion de vapeur à travers la couche de peau) ;
-
sudation ;
-
frissonnement ;
-
vasomotricité.
La chaleur métabolique, ainsi que l’énergie dissipée du fait de l’activité, sont représentées par un terme source. Deux équations-bilan permettent de calculer l’évolution des température du noyau et de la peau en fonction des transferts radiatifs, convectifs et évaporatifs avec le milieu extérieur (la conduction est négligée pour la posture debout, la surface de contact avec le sol étant de l’ordre de 2 % de celle du corps).
La figure 4 donne une représentation du modèle cylindrique et des flux appliqués.
On établit alors un bilan de puissance sur le noyau, tel que la somme algébrique de la puissance métabolique M, de la puissance échangée avec la couche de peau (conduction U sk et débit sanguin
) et des échanges respiratoires Q r soit égale à une accumulation de puissance dans le noyau S c (indice « c » pour core).
...
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Mise en équation du métabolisme humain
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ASHRAE, editor - ASHRAE Handbook Fundamentals – Chapter 6 : Mass Transfer. - American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inch-Pound edition (2009).
-
(2) - ASHRAE, editor - ASHRAE Handbook Fundamentals – Chapter 9 : Thermal comfort. - American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inch-Pound edition (2009).
-
(3) - ASHRAE - Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. - ANSI/ASHRAE addendum b to ANSI/ASHRAE Standard 55-2013 (2013).
-
(4) - ASHRAE - Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. - ASHRAE Standard 55 (2014).
-
(5) - BRAGER (G.), ZHANG (H.), ARENS (E.) - Evolving opportunities for providing thermal comfort. - Building Research & Information, 43(3):274-287 (2015).
-
(6)...
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