Critères d’évaluation du confort thermique

Confort thermique 

De nombreux facteurs entrent en jeu dans le confort thermique. Peu importe l’endroit dans le monde, la température pour qu’une personne se sente à l’aise du point de vue thermique diffère très peu si les conditions d’habillement, d’activité, d’humidité et du mouvement d’air sont adaptées au climat (ASHRAE Fundamentals, 2013). Sont présentés, dans la présente section, les différents critères d’évaluation du confort thermique et le modèle d’évaluation du confort thermique de l’ASHRAE 55-2013. Ensuite, sont expliqués le concept de confort thermique adaptatif et le modèle d’évaluation de Fanger (1972).

Critères d’évaluation du confort thermique 

La norme AINSI/ASHRAE Standard 55-2013 (Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy) évalue le confort thermique selon six facteurs. Les deux premiers facteurs sont en lien avec l’occupant et les quatre autres avec les conditions thermiques intérieures. Ces facteurs doivent être en état d’équilibre, mais ils peuvent varier dans le temps avec certaines restrictions. Les six facteurs qui influent sur le confort thermique sont : le taux métabolique, l’isolation des vêtements, la température de l’air, la température radiante, la vitesse de l’air et l’humidité. L’évaluation du confort thermique avec cette norme présuppose que tous les critères doivent être appliqués ensemble à cause de la complexité de l’interaction de ces facteurs dans un environnement intérieur.

Outre ces facteurs, il y a les échanges thermiques du corps humain avec l’environnement . Ces échanges sont : l’évaporation et la sudation qui comptent pour 24 %, la convection pour 35 %, le rayonnement pour 35 %, l’ingestion de nourriture pour 6 % et la conduction pour 1 %. Plus de 50 % des pertes de chaleur du corps humain se font par convection avec l’air ambiant (convection et évaporation). De plus, les échanges par rayonnement avec les parois ne sont pas à négliger.

Autres critères d’évaluation du confort 

Le confort thermique peut aussi être affecté par des fluctuations brusques de la température opératoire. Ces fluctuations se caractérisent soit par une dérive soit par une rampe de la température. Une dérive est un changement de la température passif tandis qu’une rampe est un changement de la température contrôlé.

La stratification thermique de l’air peut aussi créer un inconfort supplémentaire pour l’occupant, puisque la température au niveau de la tête est plus élevée qu’aux chevilles. Donc, la différence verticale de la température de l’air, qui est la différence de la température de l’air entre le niveau de la tête et des chevilles, ne doit pas dépasser 3 °C (ASHRAE 55, 2013). Au maximum, 5 % des occupants sont incommodés par la différence verticale de la température de l’air.

Une surface de plancher trop chaude ou trop froide peut également nuire au confort de l’occupant. La température de surface de plancher pour des occupants assis dont les pieds chaussés sont en contact avec le plancher doit être entre 19 et 29 °C (ASHRAE 55, 2013). Cependant, la température optimale est de 25 °C pour des personnes sédentaires (ASHRAE Fundamentals, 2013). Au maximum, 10 % des occupants sont incommodés par la température de surface de plancher.

Un inconfort peut aussi survenir à cause des surfaces trop froides et trop chaudes, c’est-à-dire une asymétrie de la température radiante. Celle-ci peut être évaluée pour les cas suivants : (1) le plafond plus chaud que le plancher et (2) le mur plus froid que l’air de la pièce. Les différences doivent être de moins de 5 °C et de 10 °C pour les premier et deuxième cas respectivement (ASHRAE 55, 2013). Au maximum, 5 % des occupants sont incommodés par une asymétrie de la température radiante. Par contre, dans le guide technique et pratique de la construction (Ching, Adams et Saint-Pierre (adapt.), 2001 c2003), il est mentionné que la différence de température entre la surface intérieure d’un mur extérieur froid et l’air de la pièce ne doit pas dépasser 2,5 °C.

Confort thermique adaptatif 

Dans un bâtiment refroidi uniquement par la ventilation naturelle, la température intérieure dépend davantage des conditions météorologiques extérieures. Les critères de confort sont évalués selon un modèle de confort adaptatif. Ce modèle a été instauré dans l’ASHRAE 55 pour la première fois en 2004. Il est applicable lorsqu’il n’y a aucun système mécanique de refroidissement et que le système de chauffage n’est pas en fonction. Le taux métabolique de l’occupant doit être entre 1 et 1,3 met, et cet occupant doit s’adapter à son environnement en portant des vêtements ayant une isolation thermique entre 0,5 et 1 clo. La plage de la température moyenne extérieure applicable est entre 10 et 33,5 °C pour les espaces naturellement conditionnés contrôlés par les occupants.

Les adaptations des occupants peuvent être physiologiques, comportementales et psychologiques. En connaissant l’importance de chacune de ces adaptations, il est plus facile lors de la conception d’améliorer le confort thermique tout en diminuant la consommation énergétique .

Modèle de Fanger 

L’utilisation du modèle de Fanger (1972) permet d’évaluer le confort thermique de façon plus holistique. Ce modèle consiste à prévoir le vote moyen (PMV) des occupants avec le pourcentage prévisible d’occupants insatisfaits (PPD) . Ce modèle donne de meilleurs résultats en condition d’équilibre thermique. Les six facteurs sur le confort thermique mentionnés précédemment sont à considérer pour le calcul du PMV. Le PPD est calculé en fonction du PMV. Selon l’ASHRAE 55-2013, le taux métabolique doit se situer  entre 1 et 2 met et l’isolation des vêtements est de 1,5 clo ou moins. De plus, les occupants votent à l’aide d’une échelle de sensation thermique de sept points définie ainsi : -3 cold, – 2 cool, -1 slightly cool, 0 neutral, +1 slightly warm, +2 warm et +3 hot. La plage acceptable est d’un écart du PMV de ± 0,5 avec un PPD de 10 %, qui représente un inconfort thermique pour tout le corps. Cependant, avec l’ajout d’un pourcentage de 10 % d’inconfort local, qui peut être ressenti sur une partie du corps, ceci donne un PPD de 20 % pour un écart du PMV de ± 0,5.

Ce modèle de Fanger (1972) a été ajusté de façon à fournir de meilleurs résultats de PMV dans des bâtiments naturellement ventilés en climat chaud, c’est-à-dire dans un contexte de confort thermique adaptatif. Le PMV est souvent surestimé puisque les attentes des occupants sont moins élevées face aux conditions environnementales intérieures. Les occupants s’adaptent en effectuant des activités moins exigeantes physiquement, ce qui a pour effet que leur taux métabolique estimé est plus élevé qu’il ne l’est en réalité dans un climat chaud. Donc, un facteur d’espérance (ℯ) est utilisé pour adapter le calcul du PMV. Ce facteur ℯ varie entre 1 et 0,5 où 1 correspond à un bâtiment avec de l’air conditionné (Ole Fanger et Toftum, 2002). Cette approche a aussi été utilisée par Yang et al. (2011), où un modèle de type « boîte noire » a servi au calcul des votes moyens prévus dans le cas d’un confort thermique adaptatif (aPMV).