1.3 Que signifie "confort thermique "?

1.3.1 Il y a chaleur et chaleur

C'est l'hiver dans les montagnes. Le paysage est enneigé. Nous sommes assis dans la salle de séjour d'un chalet.

Les murs intérieurs sont lambrissés, le sol est recouvert de tapis moelleux et épais, un grand poêle en faïence emplit la pièce de chaleur. Le thermomètre indique 21°C

Un sous-sol: des murs gris, nus. Sols sans tapis, rien que du béton monotone, mais la pièce est chauffée.

Le thermomètre indique également 21°C.

Personne ne doutera que la salle de séjour dans le chalet donne plus une impression de confort que le sous-sol, bien que la température soit la même. Pourquoi?

Une raison importante est l'atmosphère générale d'une pièce, son aspect. Des lambris, des tapis, des rideaux et un poêle en faïence donnent un sentiment de bien être; des murs et des sols nus en béton certainement pas. On peut parler dans ce contexte de confort atmosphérique. Mais un autre facteur est plus important pour la technique de régulation. C'est le confort thermique.  

Quand on parle de température, une différenciation précise doit être effectuée. La température de 21°C cité au début correspond à la température de l'air ambiant; celle-ci est mesurée à l'aide d'un thermomètre posé sur un mur. Avec une sonde de parois, on mesure par contre la température de parois ou de rayonnement: celle-ci, est par exemple de 19°C dans la salle de séjour mais seulement de 13°C dans le sous-sol. Les parois relativement froides font que nous ressentons l'environnement comme inconfortable sur le plan thermique alors que dans la salle de séjour, les carreaux du poêle de faïence accentuent la sensation de chaleur.

La propagation de la chaleur s'effectue d'une part par la circulation de l'air et le mélange de différentes parties chaudes, c'est-à-dire par la convection et d'autre part, par le fait que la surface d'un corps sans mouvement émette de la chaleur, que l'on désigne comme rayonnement thermique.

Si nous sommes devant une cheminée, nous avons chaud au visage et aux mains alors que nous avons froid dans le dos. La chaleur de rayonnement domine ici, partant des flammes et des braises, alors que la pièce reçois peu de chaleur par convection. Devant la cheminée beaucoup d'énergie se perd, si la chaleur n'est pas récupérée par des installations complémentaires (p ex: utilisation de cheminée avec ventilateur) et transmise à l'air ambiant.

Pour un poêle en faïence avec une grande surface et les tuyaux de circulation, on obtient un certain équilibre entre les deux modes de propagation de la chaleur. Il y a chaleur et chaleur

propagation de la chaleur pour un poêle en faïence -  Coupe d'un poêle en faïence

1.3.2 Le flux thermique chez l'homme

 Un enfant qui s' est roule dans la neige avec ses camarades de jeux entre, les joues rouges et haletant, dans le séjour chauffé de notre chalet. Il porte une combinaison molletonnée qu'il va bientôt enlever. Motif : l'activité intense à l'extérieur nécessite une augmentation de la production calorifique du corps et cette chaleur doit pouvoir s'écouler relativement vite sinon l'on ressent une impression désagréable de trop forte chaleur. La combinaison de ski, retenant la chaleur, fait obstacle à ce flux thermique. En plein air, pour des températures inférieures à zéro, le maintien de la chaleur à l'intérieur de la combinaison est tout à fait voulu. Mais dans le séjour, à 21°C, la chute de température est beaucoup plus faible, et le transfert de la chaleur se fait lentement au travers de la matière molletonnée.

Si dans la situation décrire le corps n' est pas libéré immédiatement de son habillement trop isolant, il réagit en transpirant. L'écoulement de la chaleur s'effectue de cette manière, l'évaporation ayant lieu à la surface de la peau. Ce processus nécessite une chaleur supplémentaire (chaleur d évaporation) laquelle est extraite de l'environnement, ici du corps.

On ressent également ce phénomène pendant l'été: si le corps n'est pas séché après un bain ou une douche, on ressent nettement le refroidissement parce que les gouttes d'eau commencent à s'évaporer. Cet effet est encore accentué avec de l'alcool ou de l'éther sur la main.

L'air environnant en circulation favorise l'évaporation et la convection, alors que le rayonnement y est indifférent. Un courant d'air sera ressenti comme agréable ou désagréable en fonction de la situation extérieure et de l'état dans lequel on se trouve. Une autre dimension doit être aussi considérée dans ce contexte: la teneur en humidité de l'air. Un air sec absorbe la vapeur d'eau plus rapidement qu'un air humide. Une chaleur étouffante c' est-à-dire un air chaud humide est particulièrement désagréable, puisque l'émission par évaporation de chaleur est diminuée. En général, on supporte mieux une chaleur sèche et un froid sec que des températures extrêmes dans un air humide. Il y a là cependant une limite car les muqueuses des voies respiratoires peuvent se dessécher. C'est la raison pour laquelle  l' humidité dans les locaux doit être maintenue à un niveau moyen de 40 à 50% (humidité relative). Lors du processus de vaporisation la chaleur est nécessaire sans pour autant qu' une augmentation de la chaleur caractérise l'eau évaporée. Ce phénomène se produit également lors du processus d'ébullition: l'eau bouillante reste à 100°C bien que la plaque électrique ou le brûleur au gaz continue à chauffer. Cette chaleur de vaporisation est désignée comme chaleur latente.

Ce qui peut être par contre ressenti comme une augmentation directe de la température lors des processus de convection et de rayonnement, est appelé chaleur sensible. Ces termes sont très important pour les installations de climatisation dotées d'une régulation d'humidité

1.3.3 Quelques chiffres et diagrammes

 Bien que le "confort" semble être de prime abord un concept tout à fait subjectif, lié à la sensibilité de l'homme, il est possible de déterminer des mesures.

L'image suivante montre comment le flux thermique humain se répartit lors de différentes températures ambiantes.

L'activité prise comme base (en moyenne 120 watts) correspond à un travail de bureau réclamant peu d'effort physique Pour une température ambiante de 20 °C, le rayonnement en représente 72 W (distance a), la convection 25 W (distance b, 97-72 W) et l'évaporation 22 W (distance c 119-97 W). La proportion de l'évaporation augmente fortement pour des températures ambiantes plus élevées. Si la température ambiante atteint 37 °C, c'est-à-dire la température du corps humain, il n'y a plus de chute de température. Le corps doit par conséquent évacuer toute la chaleur par évaporation

L'image ci-dessus indique les zones de confort, qui ont été calculées à l'aide de nombreuses analyses statistiques. Elles correspondent aux plages des températures qui sont ressenties comme "confortables" ou "assez confortables" lors d'activités sédentaires exécutées avec un habillement adéquat. Les exemples cités précédemment sont reproduits sur le graphique : le confort dans la salle de séjour (21°C air ambiant, 19° C température de surface des parois), et l'inconfort dans le sous-sol (21° C air ambiant, 13° C température des parois).

Cette courbe renseigne sur la vitesse d'air qui est ressentie encore comme confortable. Les valeurs figurant au-dessus de cette courbe forment la plage du courant d'air gênant

Résumé

En ce qui concerne la température on distingue:

- la température ambiante (ou température de l'air)

- la température de parois (ou température de rayonnement)

La chaleur se propage par:

- convection

- rayonnement (chaleur sensible)

- évaporation    (chaleur latente)

Le flux thermique chez l'homme dépend des dimensions suivantes :

- production thermique (selon l'activité)

- isolation par les vêtements température ambiante 

- température moyenne de rayonnement

- vitesse de l'air

- humidité de l'air

Le confort dépend de l'équilibre existant entre ces grandeurs. L'homme se sent bien sur le plan thermique si le flux thermique s'effectue ni trop vite, ni trop lentement.

Ces explications ont montré que le confort joue un rôle central.

L' objectif est de créer dans les bâtiments les conditions climatiques optimales avec une utilisation minimale d'énergie. Le confort de l'homme est au centre de nos préoccupations.

1.3.4 Conditions d’ambiance conseillées