redefinir la notion de confort thermique

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redefinir la notion de confort thermique
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GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS
- RECOMMANDATION PRATIQUE CSS13 -
REDEFINIR LA NOTION DE CONFORT
THERMIQUE
Interroger son comportement vis-à-vis des installations de chauffage et de
refroidissement.
PRINCIPES
Le confort thermique est probablement l'un des éléments venant le plus vite à l'esprit lorsque
l'on pense au confort dans un bâtiment. Assurer une sensation de chaleur en hiver et préserver
des surchauffes en été est depuis longtemps un souci majeur pour les architectes et bureaux
d'études. Mais le confort thermique est quelque chose qu'il n'est pas facile de définir, et donc
d'assurer, et qui n’est pas limité à la température.
Trop souvent, les architectes ont relégué aux chauffagistes et climaticiens le soin d’assurer « le
confort thermique ». Et ces derniers se sont souvent retranchés derrière un trop simple « 22
degrés toute l'année ». Ce genre de régulation n'est pas forcément la plus confortable, mais elle
est assurément la plus gaspilleuse en énergie. Cette fiche montre que le confort thermique est
une notion complexe et donne quelques pistes de réflexion sur le sujet.
INDICATEURS
Pour objectiver la sensation de confort, différents indicateurs existent :
o La température de l’air est la valeur la plus souvent utilisée, mais, seule, elle ne reflète
pas parfaitement la sensation de confort, bien qu’elle soit le paramètre le plus
important.
o Des indices tels que le PMV (Predicted Mean Vote) et PPD (Percentage of people
dissatisfied) le représentent mieux, mais leur calcul est complexe. Ils prennent en
compte les éléments suivants : la température de l’air, celle des parois, l’humidité, les
déplacements d’air, le métabolisme des occupants et leur habillement.
o Une nouvelle approche cherche à définir des plages de température de confort, basées
sur des études statistiques à grande échelle (théorie du confort adaptatif, voir cidessous). Cette approche offre aux concepteurs des guides de conception qui sont à la
fois maniables et établis sur une base scientifique. Elle permet de nuancer les résultats
des calculs sur base des indices PMV et PPD, car elle définit des plages de
températures de confort pour différents types de locaux (bureaux climatisés et bureaux
ventilés naturellement pour l’instant, peut-être un jour pour les logements). Ainsi, elle
prend indirectement en compte les paramètres tels que la température de paroi et le
déplacement d’air.
OBJECTIFS
Dans le cadre de la construction de petits bâtiments, et du logement en particulier, il ne serait
pas raisonnable de définir des critères de confort chiffrés, comme cela a souvent été fait par le
passé. En effet, nous considérons que la personne la plus apte à définir son sentiment de
confort est l’occupant lui-même. Les objectifs minimaux du concepteur ne peuvent être que
« assurer le confort toute l’année », un objectif secondaire étant de le faire « au moindre coût
énergétique ». Pour cela, nous définissions une série de moyens à mettre en oeuvre :
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RECOMMANDATION PRATIQUE CSS13
Minimum :
o Définir une « stratégie du chaud », comme le développe une fiche spécifique.
o Prendre en compte le confort d’été, en développant une stratégie du froid (voir fiche
spécifique).
Conseillé :
o Lors de l’esquisse architecturale, s’interroger sur la façon dont le projet peut agir sur les
différents éléments intervenant dans la sensation de confort thermique : la température
de l’air, celle des parois, l’humidité, les déplacements d’air.
o Orienter cette réflexion en prenant en compte le type d’occupant et d’activité.
Optimum :
o Réaliser une étude par simulation dynamique, afin d’évaluer numériquement ces
paramètres pour différentes conditions météorologiques. La lourdeur de ce genre
d’évaluation ne les rend cependant réalisable que pour des projets d’assez grande
ampleur (ensembles de logements, immeubles tertiaires, homes, etc.). Ces outils
débordent donc du cadre de ce guide.
ELEMENTS DE CHOIX
ASPECTS TECHNIQUES
> Les paramètres influençant le confort thermique
Les critères de confort les plus couramment utilisés dans le design architectural sont basés sur
les travaux de Fanger. Ce dernier a développé une théorie selon laquelle le confort thermique
dépend de 6 paramètres :
o
o
o
o
o
o
Le métabolisme : il s'agit de la production de chaleur interne au corps humain
permettant de maintenir celui-ci autour de 36,7 °C. Lorsqu'une personne est en
mouvement, un métabolisme de travail correspondant à son activité particulière s'ajoute
au métabolisme de base du corps au repos. Une unité appelée "met" a été créée pour
caractériser le métabolisme;
L'habillement : il représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la
surface de la peau et l'environnement, tout comme l'isolation d'une maison crée une
résistance thermique conservant la chaleur à l'intérieur;
La température ambiante de l'air (souvent appelée Ta);
La température des parois (Tp): De façon simplifiée, on définit une température de
confort ressentie (appelée aussi température résultante sèche ou température
opérative) qui tient compte de la température des parois : Trs = (Ta+Tp)/2;
L'humidité relative de l'air (HR): c'est le rapport exprimé en pourcentage entre la
quantité d'eau contenue dans l'air à la température Ta et la quantité maximale d'eau
pouvant être contenue à la même température lorsque l'air est saturé;
La vitesse de l'air : Ce paramètre influence les échanges de chaleur par convection. En
pratique, dans un bâtiment, les vitesses de l'air ne devraient pas dépasser les 0,2 m/s.
En effet, l'individu commence à ressentir le mouvement de l'air à cette vitesse, et les
concepteurs de systèmes de ventilation mécanique essayent donc de ne pas la
dépasser. En ventilation hygiénique naturelle des logements, il est plus difficile e
s’assurer des vitesses d’air, vu l’influence du vent et des températures sur les
déplacements d’air. Dans le cas de ventilation naturelle, un dimensionnement correct
des aérateurs et des cheminées est censé éviter les courants d’air trop important.
Certains aérateurs de châssis sont de plus auto-régulants en fonction de la force du
vent, ce qui est une sécurité complémentaire.
Sur base de cette théorie et d’expériences menées en chambres climatiques, des critères de
confort ont été établis, nommés PPD et PMV.
L'indice de vote moyen prévisible, (PMV - Predicted Mean Vote) est une évaluation sur base de
calculs statistiques de l'avis moyen qu'exprimerait un groupe important de personnes s'il se
prononçait sur sa sensation de confort thermique en se référant à l'échelle suivante
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Une valeur de PMV de zéro exprime une sensation de confort thermique optimale. Une valeur
de PMV négative signifie que la température est jugée plus basse que la température idéale,
celle qui créerait la sensation de confort optimal vu les courants d’air, le rayonnement des
parois du local, etc. Réciproquement, une valeur positive signale que la température de l’air est
plus élevée que celle qui correspondrait au confort. On considère que la zone de confort
thermique s'étale de la sensation de légère fraîcheur à la sensation de légère chaleur, soit de -1
à +1.
Le pourcentage prévisible d'insatisfaits (PPD - Predicted Percentage Dissatisfied) donne, en
fonction de l'indice PMV d'une situation thermique précise, le pourcentage de personnes
insatisfaites. Il s'agit donc d'une autre façon d'exprimer le même résultat. Connaissant le PMV,
la figure ci-après permet d'évaluer directement le PPD. Si par exemple le PMV est de -1 ou +1,
l'indice PPD montre que près de 25% de la population ne serait sans doutes pas satisfaite. Pour
ramener le PPD à une valeur maximale par exemple de 10%, le PMV doit se situer entre -0,5 et
+0,5. Enfin, on voit que pour une valeur 0 de l'indice PMV, soit un état de confort thermique
optimal, il y a encore 4% d'insatisfaits.
Le calcul d’un indice PPD ou PMV en fonction de paramètres climatiques tels que la
température, l’humidité, les mouvements d’air, et humains comme l’habillement et le
métabolisme, dépasse le cadre de cette fiche. Le lecteur intéressé se reportera à la
bibliographie.
> Relation température – humidité relative
L’humidité relative de l’air, exprimée en %, est la quantité d’eau présente dans l’air sous forme
de vapeur, 0% correspondant à un air parfaitement sec et 100% à un air saturé, à la limite de la
condensation. Une autre façon de signifier la quantité d’eau présente dans l’air est de parler en
humidité absolue, en grammes d’eau par kilogrammes d’air.
Plus un air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’air avant d’atteindre sa limite de
saturation. Une même valeur d’humidité absolue correspondra donc à des humidités relatives
différentes selon la température de l’air. Les zones de confort, en termes d’humidité relative,
sont de 40 à 60% pour un confort optimal, et de 30 à 70% pour un bon confort. La relation entre
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température, humidité absolue et humidité relative est représentée dans le diagramme de
Mollier.
Un exemple ? Supposons une masse d’air à 25°C et 50 % d’humidité relative (10 gr/kg). Si cet
air est refroidi jusqu’à 22°C, son humidité relativ e montera à 70%. Et si on le refroidi sous 14°C,
l’humidité relative montera à 100%, la saturation, et l’excédent d’eau condensera.
> Les théories du confort « adaptatif »
La théorie du confort adaptatif se différencie de celle de Fanger en intégrant dans sa réflexion
les 2 aspects suivants : l’adaptation climatique et la capacité d’interaction.
L’adaptation climatique ? La situation que l'occupant d'un bâtiment jugera confortable changera
selon son expérience physiologique (acclimatation) et selon ses attentes (habitude).
L'acclimatation peut se décliner en trois domaines:
1. Comportemental: cela inclut toutes les modifications conscientes ou inconscientes du
comportement en réaction à une situation ressentie: modification de l'habillement, de la
position, absorption de boissons chaudes ou froides, déplacement vers un autre
endroit. On peut également citer des adaptations technologiques comme l'ouverture ou
la fermeture de fenêtres, l'enclenchement d'un chauffage, ou culturelles comme la
modification d'horaires (la fameuse sieste méditerranéenne), les codes vestimentaires
ou autres. D’autre part, l’anticipation d’un certain climat rend plus tolérant. Par exemple,
l’annonce d’une vague de chaleur dans la journée permet d’adapter son habillement
dès le matin.
2. Physiologique: à l'échelle de quelques jours ou semaines, on peut mesurer une
modification de la réaction du corps à un même environnement extérieur. Il modifiera
par exemple la température de la peau, ou le niveau métabolique pour se protéger du
froid. En été, la capacité de sudation augmente, de même que la surface transpirante
du corps. La vitesse du coeur peut aussi se réduire.
3. Psychologique:il a été démontré par les psychologues que les sources de gêne comme
une surchauffe sont perçues comme moins inconfortables lorsque la personne a, ou
pense avoir, un contrôle dessus. L'argument peut être retourné: si l'occupant n'a aucun
contrôle propre sur son environnement, comme dans certains systèmes climatisés, il se
montrera particulièrement intolérant aux moindres écarts par rapport à sa zone de
confort. D’autre part, l’anticipation d’un certain climat par les personnes les rend
également plus tolérantes vis-à-vis de conditions extrêmes. Il semble qu’un effet de
surprise vis-à-vis d’une modification des conditions climatique soit plus mal vécue
qu’une modification annoncée.
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La capacité d’interaction ? On peut également parler de capacité d’action, ou de contrôle de la
situation. On aborde ici, par exemple, la possibilité pour l'occupant d’agir sur des ombrages
pour ne plus être frappés par le soleil, sur des ouvertures de portes ou de fenêtres pour
contrôler un courant d'air extérieur,... Ces ajustements lui permettent de maintenir une situation
de confort dans un environnement qui, sur papier, semblerait inconfortable.
Sur base de ces concepts, quatre classes de confort sont définies et reprises dans les figures
ci-dessous, exprimées en termes de température de l’air.
o
o
o
o
Classe A « Très confortable »: le climat intérieur du local reste toujours entre les
courbes exprimant au minimum 90% de satisfaction;
Classe B « Confortable » : le climat intérieur du local reste toujours entre les courbes
exprimant au minimum 80% de satisfaction;
Classe C « Inconfortable » : le climat intérieur du local reste toujours entre les courbes
exprimant au minimum 65% de satisfaction;
Classe D « Très inconfortable » : il arrive que le climat intérieur soit jugé inconfortable
par plus de 35% des occupants.
Ces limites sont exprimées en fonction d'une température de référence qui est une moyenne
des températures des derniers jours:
Source : Alter-clim, logiciel développé par Bruxelles Environnement
Plages de confort si l’occupant dispose d’une capacité d’intervention sur son environnement
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Source : Alter-clim, logiciel développé par Bruxelles Environnement
Plages de confort si l’occupant ne dispose pas d’une capacité d’intervention sur son environnement
ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX
Derrière la sensation de confort, se cache la façon dont les installations sont régulées. Le
système de régulation doit permettre à l’occupant de définir lui-même, en fonction de ses
sensations et de la situation particulière du local dans lequel il se trouve, les conditions
climatiques qu’il jugera confortable.
Or, une variation de 1°C de température ambiante pa r rapport à une consigne de 20°C en
période de chauffe, entraîne une différence de consommation d’au moins 7%. La réflexion
développée ici a donc potentiellement un impact environnemental important.
L’information des occupants et leur bonne compréhension du système de régulation sont dès
lors primordiales
ASPECTS SOCIAUX ET CULTURELS
> A chacun son confort
o Selon l’âge, les plages de confort ne sont pas les mêmes. Les personnes âgées,
affaiblies ou les jeunes enfants sont plus sensibles tant aux températures plus froides
qu’aux vagues de chaleur. Suite aux canicules de ces dernières années, une prise de
conscience de ce phénomène s’est opéré et des plans de prévention ont été définis
pour faire face aux vagues de chaleur. Dans le cadre d’une construction durable, il est
nécessaire de prendre en compte les besoins spécifiques de ces personnes. Par
exemple, on peut veiller dans chaque logement à prévoir une pièce, une chambre à
coucher par exemple, qui, grâce à une orientation nord, une surface vitrée réduite et
une masse thermique importante, restera plus fraîche que le reste de l’habitation
pendant les vagues de chaleur. Idéalement, cette pièce sera équipée d’un point d’eau.
o Selon l’activité également les critères de confort ne sont pas les mêmes. Les valeurs cidessous sont issues du Règlement Général pour la Protection du Travail :
Minimum
Maximum
Travaux très légers
20°C
30°C
Travaux légers
18°C
30°C
Travaux semi-lourds
15°C
26,7°C
Travaux lourds
12°C
25°C
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> Responsabiliser l’occupant
L’occupant étant le mieux à même de juger de son confort, il est normal qu’il participe à la
gestion du climat intérieur du bâtiment.
Cependant, cette responsabilisation doit s’accompagner d’une information sur la bonne gestion
des installations et d’une conscientisation par rapport à leur impact environnemental. On ne
privilégiera donc pas des « prises de contrôle » dans tous les locaux. Par exemple, dans des
lieux de passage où dont la « propriété » est peu claire (couloirs de bureaux, halls d’entrée
d’immeubles, salles d’attentes ou de réunion), les effets pervers d’un contrôle localisé peuvent
être important. On le privilégiera par contre dans les logements, les bureaux, les commerces,
etc.
DANS LA PRATIQUE
Des mesures doivent être prises aux différentes phases de développement et de réalisation du
projet. La plupart sont décrites plus en détail dans des fiches spécifiques :
ESQUISSE
Certainement en construction, et si possible en rénovation :
o Mettre en œuvre une stratégie du froid : prévoir des protections solaires, ventiler
intensivement la nuit, prévoir une masse thermique suffisante, etc.
o Mettre en œuvre une stratégie du chaud : capter la chaleur du soleil, conserver cette
chaleur par une bonne isolation et une masse thermique, etc.
o Prévoir au moins un local protégé des surchauffes
o Prendre en compte le type d’occupant et d’activité
AVANT-PROJET
o
o
o
En construction neuve, éviter les parois froides par une bonne isolation et le choix de
bons vitrages
En rénovation, privilégier une isolation par l’extérieur ou par emplissage d’une coulisse,
pour éviter les parois froides tout en conservant une inertie thermique. Si seule une
isolation par l’intérieur est possible, que les autres parois du bâtiment sont légères et
que les gains solaires risquent d’être importants, il est parfois préférable de ne pas
isoler les murs, pour ne pas hypothéquer les chances de maintenir le confort en été.
C’est cependant une réflexion qui doit être menée au cas par cas.
Prévoir dans chaque local la possibilité d’ouverture de fenêtres
PROJET D’EXECUTION, DOSSIER POUR LE PERMIS D’URBANISME
o
o
o
o
Dimensionner au mieux les installations thermiques
Concevoir la ventilation de façon à éviter les courants d’air inconfortables : placer les
aérateurs suffisamment hauts, correctement dimensionnés, au-dessus de radiateurs.
Eventuellement un système avec récupération de chaleur, pour que l’air neuf entrant ne
soit pas trop froid, peut être prévu.
Concevoir une installation de régulation du chauffage et de la climatisation éventuelle
qui laisse une marge de manœuvre importante à l’occupant, afin qu’il puisse adapter le
climat intérieur à ses préférences.
Prévoir dans chaque local un élément de contrôle du climat, type vanne thermostatique
sur les corps de chauffe
SUIVI ET SURVEILLANCE DES TRAVAUX
o
o
Eviter les ponts thermiques.
Veiller à une bonne mise en œuvre de l’étanchéité à l’air.
RECEPTION ET MISE EN EXPLOITATION
o
o
o
Réaliser un test de pressurisation pour vérifier la qualité de l’étanchéité à l’air. (cfr.
Fiche « Assurer une bonne étanchéité à l’air du bâtiment »)
Expliquer à l’occupant le fonctionnement des équipements de régulation (thermostat,
etc.) et de la stratégie de froid
S’assurer de la présence d’un mode d’emploi compréhensible par l’occupant.
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o
Expliquer à l’occupant les différents paramètres intervenant sur la notion de confort,
pour guider ses choix de régulation et d’interventions ultérieures dans le bâtiment.
INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES
AUTRES ELEMENTS A GARDER A L’ESPRIT
Voici une liste de fiches dont les thématiques croisent celles du confort thermique :
o ENE02 - Développer une stratégie du chaud
o ENE03 - Développer une stratégie du froid
o ENE10 – Assurer une bonne étanchéité à l’air du bâtiment
o ENE15 - Réguler efficacement l’efficacité de chauffage
Voici une liste de fiches traitant d’autres aspects de la sensation globale de confort :
o CSS00 – Confort et santé dans les bâtiments
o CSS05 - Assurer le confort acoustique
o CSS06 - Optimiser l’éclairage naturel des locaux
o CSS07 - Assurer la qualité de l’air des locaux
BIBLIOGRAPHIE
Sources d’information sur le confort thermique :
o
Alter-clim : outil d’aide à la conception de locaux
www.bruxellesenvironnement.be/Soussites/alter_clim
refroidis
naturellement :
o
Energie+: http://energie.wallonie.be/energieplus/entree.htm
o
Elisabeth Gratia, AMCO2361 – Physique appliqué au bâtiment – notes de cours,
Université catholique de Louvain, consultable en ligne à l’adresse http://wwwenergie2.arch.ucl.ac.be/
Textes officiels et normatifs :
o Règlement Général pour la Protection du Travail, consultable sur le site du Service
Public Fédéral Emploi, Travail et Concertation Sociale: http://meta.fgov.be
o Projet de norme européenne prEN 15251 « Criteria for the Indoor Environment
including thermal, indoor air quality, light and noise »
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