Par Bertrand GAZANION
Ingénieur Projets GANTHA
b.gazanion@gantha.com
Le cadre du confort thermique dans les bureaux est donné par la norme ISO 7730. Cette norme implique de connaître un certain nombre de propriétés de l’ambiance, comme la température, l’humidité et la vitesse de l’air autour des occupants. Dans cet article, nous montrerons l’intérêt de la simulation numérique 3D pour calculer ces grandeurs et évaluer le confort thermique.
Norme de confort thermique en intérieur : ISO 7730
La norme ISO 7730 propose une approche du confort thermique basée sur l’analyse des échanges thermiques entre l’individu et son environnement. Par exemple, la vitesse de l’air, sa température et son humidité conditionnent notre sensation de confort dans un bureau. A partir de paramètres caractéristiques d’un environnement, la norme ISO 7730 permet d’estimer le ressenti moyen d’un groupe. Elle permet aussi d’estimer le pourcentage d’insatisfaits dans le groupe selon plusieurs critères.
La norme prend en compte de multiples paramètres de l’environnement …
- Température de l’air
- Température radiante
- Vitesse de l’air
- Humidité de l’air
- Température du sol
… et de l’individu
- Activité physique
- Métabolisme
- Facteurs d’isolation et de couverture des vêtements
Par exemple, le vote moyen traduisant le ressenti d’un groupe d’individus assis est calculé comme :
Dans cette équation :
- Les lettres c… désignent des coefficients constants.
- M désigne le métabolisme des individus. Il est par exemple de 56 W/m² pour un individu assis et de 140 W/m² pour un individu marchant à 3 km/h.
- ta et pa désignent respectivement la température et la pression de vapeur d’eau dans l’air. La pression de vapeur d’eau dans l’air traduit l’humidité.
- fcl désigne le facteur d’habillement des individus, qui traduit la résistance thermique apportée par les vêtements.
- hc désigne le coefficient d’échange convectif, qui détermine l’efficacité des échanges de chaleur entre l’individu et l’air. Il dépend de la température et de la vitesse de l’air.
- tcl désigne la température en surface des vêtements. Elle est déterminée par un bilan des échanges de chaleur entre l’individu et son environnement. tcl* est cette température exprimée en kelvin.
- tr* désigne la température radiante moyenne, en kelvin.
La valeur du vote moyen (PMV) indique le ressenti moyen du groupe par rapport à son environnement :
Interprétation du score de PMV en termes de ressenti
L’évaluation globale du confort prend aussi en compte le pourcentage d’individus insatisfaits (PD) pour quatre causes d’insatisfaction :
- Sensation de sécheresse de l’air
- Différence de température d’air entre la tête et les pieds
- Sol trop chaud ou trop froid
- Différence d’exposition au rayonnement thermique entre les côtés du corps (par exemple, être dos à un radiateur rayonnant dans une pièce dont les autres murs sont froids).
Cas d’application : confort thermique dans un bureau
Le cas d’application est un bureau avec quatre occupants. Il est représenté en vue ouverte dans la figure ci-dessous.
La simulation prend notamment en compte :
- Le système de climatisation situé au plafond.
- Le rayonnement solaire extérieur transmis par la vitre.
- L’habillement des occupants.
- Les sources de chaleur dans le bureau : occupants, ordinateurs, éclairage…
Configuration étudiée
Les images ci-dessous présentent les résultats de la simulation numérique 3D du bureau. La dernière figure montre que les deux occupants assis à côté de la fenêtre ont beaucoup trop chaud, alors que la situation est confortable pour les deux autres occupants.
Conclusion
La norme ISO 7730 définit des critères pour évaluer le confort thermique des individus à partir des conditions de l’environnement (température, humidité et vitesse de l’air, rayonnement, …). La simulation numérique 3D (CFD) permet de calculer les conditions autour des individus en prenant en compte tous les paramètres de l’environnement (exposition au soleil, sources de chauffage, ventilation, …). Comme montré dans cet article, il s’agit d’une approche intéressante pour prévoir le confort thermique. Elle permet aussi de comprendre et de corriger les causes d’inconfort.