Confort thermique

S’informer, consulter des documents (notamment celui-ci), identifier les éléments qui influencent le confort dans un local.

1.    Le confort thermique… un équilibre

La température interne du corps humain est quasi constante quelles que soient les conditions d’ambiance ou l’activité physique : elle oscille autour de 36,8°C. Pour maintenir sa température interne constante, le corps humain produit de la chaleur, il en perd également vers l’ambiance et il dispose d’un système de thermorégulation.

Lorsqu’il y a équilibre entre la production de chaleur interne et les pertes de chaleur du corps, la sensation de confort thermique est optimale.

Le système de thermorégulation permet au corps de s’adapter, dans une certaine mesure, si les conditions thermiques de l’ambiance changent. Dans ce cas, l’équilibre est maintenu, la sensation de confort est conservée.

Pour des variations trop importantes des conditions thermiques de l’ambiance, l’équilibre est rompu, un inconfort apparait.

Nous avons « froid » si nous perdons trop de chaleur vers une ambiance froide.
Nous avons « chaud » si trop de chaleur est fournie par une ambiance chaude.
Si l’ambiance est anormale, nous sommes en danger : hyper ou hypothermie.

2.    Les échanges de chaleur entre le corps et l’ambiance

Les échanges de chaleur entre le corps et l’ambiance se réalisent selon divers mécanismes.

Echange par convection

Les échanges les plus importants se font par convection, par transpiration et par rayonnement.

• Convection : échange de chaleur via la circulation de l’air ambiant autour du corps ; par exemple, nous nous refroidissons lorsque nous sommes dans un courant d’air.
• Transpiration, appelée aussi sudation : chaleur évacuée par évaporation de la sueur (composée principalement d’eau) sortant des pores de la peau ; c’est un puissant mécanisme de refroidissement du corps lorsque nous faisons un exercice physique, courir par exemple.
• Rayonnement : échange de chaleur via l’émission ou l’absorption d’infrarouge ; ainsi, notre corps perd de la chaleur vers une surface froide, une fenêtre en hiver par exemple ; à l’inverse, il reçoit de la chaleur d’une surface chaude, un radiateur par exemple.

  

Impossible de chauffer l’air extérieur…  mais bien d’apporter un rayonnement chaud sur les clients !

Les échanges par rayonnement expliquent que nous sommes très sensibles à la température des parois qui nous entourent : nous avons par exemple une sensation d’inconfort lorsque nous sommes proches d’un simple vitrage en hiver.

D’autres échanges plus faibles se font pas conduction et par respiration.

• Conduction : échange de chaleur par contact direct avec une surface ; par exemple, pieds sur le sol.
• Respiration : échange de chaleur par le fait d’inspirer et d’expirer de l’air dans les poumons.

3.    Les conditions de confort thermique

En guise de résumé de ce qui précède, la sensation de confort thermique dépend de 6 conditions.

L’activité physique : en effectuant des mouvements, notre température interne s’élève, nous devons donc accroître notre dégagement de chaleur afin d’éviter le risque hyperthermie.

L’habillement : les vêtements créent une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la surface du corps et l’ambiance ; un anorak par exemple permet d’obtenir un bon niveau de confort dans un environnement très froid, il évite le risque d’hypothermie.

La température de l’air : plus l’ambiance est froide, plus nous perdons de la chaleur ; nous ressentons dès lors un inconfort.

La température des parois : plus les parois qui entourent sont froides, plus nous rayonnons de la chaleur vers elles ; nous ressentons également un inconfort.

L’humidité relative : dans une ambiance très humide, notre mécanisme de refroidissement via la transpiration n’est plus efficace ; nous devenons moites (la sueur reste à la surface de notre corps), c’est très inconfortable.

Un match de tennis par 35°C extérieur est suffocant à Bruxelles … et très agréable à Tunis ! Parce qu’à Bruxelles, nous aurons 70% d’humidité relative (ambiance orageuse) et qu’à Tunis, il y aura 35% d’humidité relative !

La vitesse de l’air : les échanges de chaleur par convection augmentent avec la vitesse de l’air ; ainsi, des courants d’air génèrent de l’inconfort.

Parfois, une augmentation de la vitesse de l’air est recherchée pour augmenter le confort d’été…

4.    D’où une adaptation permanente…

… pour assurer notre confort thermique à l’extérieur

… et à l’intérieur

5.    Mesurer la température

Il est facile de déceler les sources d’inconfort thermique dans un local, il suffit de mesurer :

–    la température de l’air au sein de celui-ci ;
–    la température à la surface de ses parois (sol, murs, fenêtres, plafond).

La température de l’air se mesure avec un thermomètre. L’unité de mesure et le degré centigrade (°C). Actuellement, il est fréquent d’utiliser un thermomètre électronique bien que les thermomètres « classiques » à mercure ou à alcool conviennent parfaitement.

La température de surface d’une paroi se mesure à l’aide d’un thermomètre infrarouge. L’unité de mesure est aussi le degré centigrade (°C). Ce type de thermomètre capte le rayonnement infrarouge émis par une surface, il en déduit la température de celle-ci car la relation entre rayonnement et température est connue.

La température opérative d’un local est un indicateur du niveau de confort thermique de celui-ci. Elle est la moyenne de la température de l’air et de la température des parois. La température opérative optimale est de 21°C.

6.    L’inconfort thermique dans une salle de cours

Trop froid !

• Grands vitrages.
• Simples vitrages.
• Ponts thermiques (zones froides dans certaines parois).
• Mur pignon non isolé.
• Radiateurs insuffisants, encombrés, mal alimentés…

• Vannes mal réglées, bloquées…
• Chauffage coupé la nuit et redémarré trop tardivement.
• Grille de ventilation ouverte.

• Entrée d’air froid via des interstices.
• …

Trop chaud !

• Ensoleillement excessif, pas de rideau ni de store.
• Radiateur trop chaud.
• Vannes bloquées ou inexistantes.
• Tuyaux traversant non isolés.
• …

7.    Améliorer le confort

Certaines solutions sont à la portée des élèves. Voici quelques exemples.

• Placer des tentures : pour se protéger du soleil en été et ainsi éviter la surchauffe du local ou, en hiver, pour créer une couche d’air immobile entre celle-ci et la fenêtre (cette couche réduit les échanges de chaleur entre le local et l’extérieur durant la nuit, cela évite le refroidissement trop rapide du local).

  

  

• Poser des réflecteurs derrière les radiateurs : pour que le rayonnement infrarouge émis vers l’arrière du radiateur soit réfléchi vers l’intérieur du local.
• Isoler les tuyaux de chauffage traversant le local : pour éviter l’apport de chaleur lorsque les vannes des radiateurs sont fermées et ainsi prévenir le risque de surchauffe du local.

  

  

  

• Isoler un mur en contact avec l’extérieur : pour réduire les pertes de chaleur en hiver et l’inconfort dû à la présence d’une paroi froide.

Technique utilisée : isolant thermique fixé au mur, recouvert d’une plaque de plâtre, fermeture des joints avec un enduit, finition via peinture ou papier-peint.

Et aussi…

• Poser un survitrage (film thermo-rétractable placé devant un simple vitrage).
• Régler les vannes thermostatiques.
• Gérer l’ouverture des fenêtres.
• Dégager les radiateurs encombrés.
• Purger l’air dans les radiateurs.

Observer, mesurer, analyser la situation, repérer les anomalies et les hiérarchiser, cerner le problème à résoudre.

• Quelle est la température de l’air ?
• Quelles sont les températures de surface des parois ?
• Y-a-t-il des écarts importants entre ces températures ?
• Si oui, quelles sont les causes de ces écarts ?
• Quelles sont les parois les plus froides ?
• Y-a-t-il des zones précises qui sont vraiment très froides ?
• Existe-t-il des entrées d’air froid ?
• Les radiateurs fonctionnement-ils, sont-ils dégagés ?
• Les vannes thermostatiques sont-elles en ordre de marche, sont-elles bien réglées ?
• Le soleil contribue-t-il à chauffer le local ?
• Quelles sont les autres sources de chaleur dans le local (tuyau de chauffage traversant, chaufferette, ordinateurs…) ?

Indiquer les observations et mesures sur un schéma du local.

Lister des mesures à réaliser, effectuer les mesures, indiquer les résultats sur un schéma du local, choisir un code pour les distinguer (résultat satisfaisant-insatisfaisant, normal-anormal…), analyser ces résultats, tirer une conclusion.

La température se mesure avec un thermomètre.
L’unité est le degré centigrade ou degré celsius (symbole : °C).

Pour rappel :

• 0°C est la température de l’eau en présence de glace ;
• 100°C est la température de l’eau lorsqu’elle est en ébullition.

Thermomètre : température de l’air et de surface

Réaliser un dessin (à main levée) pour formaliser la solution, identifier les étapes de réalisation, lister et obtenir les outils, les matériaux et accessoires nécessaires, effectuer les opérations nécessaires, veiller à la sécurité et à l’hygiène durant la réalisation.

Exemple : isolation thermique d’un mur en contact avec l’extérieur.

Questions techniques :

• Choix du matériau isolant
• Epaisseur de celui-ci
• Choix du pare-vapeur
• Choix de la couche de finition
• Fixation de ces matériaux

Remarque : il existe deux systèmes d’isolation par l’intérieur.

Système « ossature » : des montants en bois ou profilés métalliques sont fixés au mur ; l’isolant est intercalé entre ceux-ci ; le pare vapeur et la couche de finition sont fixés sur ces montants ou profilés.

Système « collé » : des panneaux composites avec un isolant, un pare-vapeur et une plaque de plâtre, collés les uns aux autres, sont disponibles dans le commerce ; ces panneaux sont appliqués sur le mur à l’aide d’une colle (ou fixés à l’aide de vis).

Présenter le problème, formuler des hypothèses de résolution, comparer différentes solutions (efficacité, facilité de réalisation…), choisir la solution la plus adéquate.