Modèles de confort thermique en architecture : découvrez les principales théories pour évaluer et optimiser le bien-être thermique des occupants dans les bâtiments.
5 Modèles de Confort Thermique en Architecture
Le confort thermique est un aspect crucial dans la conception architecturale, car il impacte directement le bien-être des occupants d’un bâtiment. Divers modèles théoriques permettent de quantifier et d’optimiser ce confort. Voici un aperçu des cinq principaux modèles utilisés en architecture pour assurer un confort thermique optimal.
1. Modèle de Fanger ou PMV/PPD
Le Predicted Mean Vote (PMV) et le Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD) sont des indices développés par le professeur danois P.O. Fanger. Le modèle de Fanger évalue le confort thermique en tenant compte de six variables principales :
- Température de l’air
- Température radiante
- Humidité relative
- Vitesse de l’air
- Activité métabolique (niveau d’effort)
- Isolation vestimentaire
Le PMV est une échelle de confort thermique qui va de -3 (froid) à +3 (chaud), où 0 représente le confort neutre. Le PPD calcule le pourcentage de personnes susceptibles d’être insatisfaites du climat thermique.
2. Modèle d’adaptation
Ce modèle part de l’hypothèse que les gens s’adaptent aux conditions thermiques changeantes dans leur environnement. Il repose principalement sur des enquêtes de terrain et s’applique surtout aux bâtiments naturellement ventilés. Les occupants peuvent ajuster les fenêtres, les stores, ou leur habillement pour atteindre un confort thermique.
Dans ce modèle, la température de confort préférée est une fonction de la température extérieure moyenne récente, souvent exprimée comme :
Top = a × Tout + b
où Top est la température de confort optimale, Tout est la température extérieure, et a et b sont des constantes dérivées empiriquement.
3. Modèle de confort thermique ASHRAE
L’American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) propose une norme (ASHRAE 55) qui définit des conditions acceptables pour le confort thermique. Ce modèle prend en compte le PMV/PPD mais ajoute des critères spécifiques pour différents types d’espaces et d’usages, comme les bureaux, les habitations, et les établissements de santé.
La norme ASHRAE 55 fixe des plages de température et d’humidité pour différentes saisons et activités, ce qui aide les ingénieurs et architectes à concevoir des bâtiments confortables et efficaces.
4. Modèle de confort thermique Gagge
Le modèle de Gagge est basé sur le concept de “température opérative”, une combinaison pondérée de la température de l’air et de la température moyenne radiante. Il inclut également des aspects thermorégulateurs du corps humain, comme le transfert de chaleur par convection et radiation.
Ce modèle introduit l’indice de chaleur de Gagge (New Effective Temperature, ETnew), qui permet d’évaluer l’impact des environnements chauds et humides sur le confort thermique.
5. Modèle de l’énergie humaine
Ce modèle considère le bilan énergétique du corps humain, qui inclut la production de chaleur métabolique, les pertes de chaleur par conduction, convection, radiation, et évaporation. Le confort thermique est atteint lorsque la chaleur produite par le corps est équilibrée par les pertes de chaleur vers l’environnement.
La structure de ce modèle peut être résumée par l’équation suivante :
M – W = C + R + E + S
où M est le métabolisme, W le travail externe, C la convection, R la radiation, E l’évaporation et S le stockage de chaleur dans le corps.
En résumé, ces modèles offrent divers outils pour évaluer et optimiser le confort thermique dans les bâtiments. Leur utilisation dépend des objectifs et des spécificités de chaque projet architectural.
