Evaluation du confort thermique genere par des solutions passives

La préoccupation mondiale concernant l’économie d’énergie d’une part, et les soucis des industriels relatifs à la productivité des personnels qui sont liée à la sensation de confort d’autre part, incitent les chercheurs à trouver des solutions naturelles pour améliorer le comportement thermique d’un habitat. A Madagascar, le coût excessif des nouvelles installations reste une barrière à la création des microclimats artificiels nécessaires au maintient d’une ambiance confortable à l’intérieur du bâtiment. En effet, la consommation énergétique la plus importante dans le secteur du bâtiment est imputable au chauffage et au chauffe-eau.(RAKOTOMALALA, et al., 2007) .

Ainsi, la prise en compte des solutions naturelles afin d’établir une ambiance confortable dans des locaux constituent des enjeux économiques, environnementaux et sociaux importants. A cet effet, cette étude, intitulée « EVALUATION DU CONFORT THERMIQUE GENERE PAR DES SOLUTIONS PASSIVES : CAS D’UN BÂTIMENT UNIVERSITAIRE », contribuera à la valorisation des solutions naturelles adéquates au maintient du confort thermique dans un bâtiment. Lorsqu’il s’agit d’évaluer le confort thermique d’un bâtiment, il est indispensable de faire des essais. Généralement, Il existe deux façon de réaliser les essais : sur site ou en laboratoire. Mais comme les essais sur site, les essais en laboratoire posent de problèmes pratiques : reproductibilité, durée et coûts des essais,…

La simulation numérique largement utilisée dans d’autres domaines des sciences physiques en générale et de transfert thermique, aéraulique et hydrique en particulier offre une alternative intéressante aux essais, ou tout au moins un moyen complémentaire d’investigation, intéressant par sa souplesse et sa rapidité. La simulation numérique nécessite l’utilisation d’un code de calcul. DesignBuilder est un environnement de conception de bâtiment ; il utilise le moteur de simulation dynamique EnergyPlus pour simuler la température, l’ambiance, la lumière, la ventilation et différentes machines thermiques CVC (climatisation, ventilation, chauffage) dans le bâtiment.

Dispositif du milieu d’études

Données géographiques

Localisation du site
La latitude et la longitude définissent la localisation du site. Par convention, la latitude nord et la longitude Est sont représentées par des chiffres positifs, la latitude sud et la longitude ouest par des chiffres négatifs. Le système de projection utilisé est le WGS84. Les minutes JmnK doivent être converties en fraction décimale de 60.

Prospection des solutions : Analyse des phénomènes ayant impact sur le confort thermique

Le confort thermique dépend de plusieurs phénomènes. On peut citer entre autre les phénomènes psychologiques, physiologiques et physiques.

Les phénomènes psychologiques

La sensation thermique
La sensation thermique correspond à l’aspect qualitatif (chaud ou froid, localisation) et quantitatif (intensité) de la perception de l’état thermique personnel. Elle est liée aux messages sensoriels des différents thermorécepteurs informant l’hypothalamus qui les intègre en une information globale capable de donner information de l’état thermique de l’individu(NARCON, 2001). Néanmoins, il est possible de différencier l’état interne de l’état externe. De telle différence existe parce que la perception globale naît de l’aspect sensoriel intégré, alors que la perception sur l’ambiance se fait par des moyens moins globaux que sont, dans ce cas, les zones découvertes (mains, tête, pieds, etc.)(CANDAS, 1998).

Le confort thermique
Le confort thermique se définit comme la satisfaction exprimée à l’égard de l’ambiance thermique du milieu environnant. Pour qu’une personne se sente confortable, trois conditions doivent être réunies :
➤ Le corps doit maintenir une température interne stable.
➤ La production de sueur ne doit pas être trop abondante et la température moyenne de la peau doit être confortable.
➤ Aucune partie du corps ne doit être trop chaude ni trop froide (inconfort local).

Les phénomènes physiologiques
L’homme est un homéotherme, il doit donc stabiliser sa température interne à 37°C, en dépit des variations de la température extérieure.

Il s’agit d’un équilibre entre la thermogenèse (production de chaleur) et la thermolyse (perte de chaleur). Pour adapter la production et les pertes caloriques, l’organisme dispose des thermodétecteurs et des thermorégulateurs.

Thermo-détecteurs
Les thermo-détecteurs au chaud et au froid sont répartis dans les organes et au niveau cutané muqueux. Ils présentent une sensibilité statique (fonction du niveau de température) et une sensibilité dynamique (fonction de la vitesse de variation de la température).

Les phénomènes physiques

La tenue de la température interne du corps humains autour de 37°C requiert un équilibre thermique avec son entourage. Pour cela, la chaleur produite à l’intérieur du corps humain, portée à sa surface cutanée, doit être compensée par des déperditions de chaleur dans son environnement. Les fluctuations dans les conditions externes et internes impliquent un état d’équilibre dynamique. Si la chaleur produite dans le corps dépasse celle perdue à l’environnement, le corps se réchauffe et sa température interne s’élève ; dans le cas inverse, il se refroidit avec un abaissement de sa température interne.

Les phénomènes qui participent à l’interaction thermique entre le corps humain et son environnement sont : les effets de la tenue vestimentaire, les phénomènes physiques influant sur le bilan thermique, et l’inertie thermique.

L’effet de la tenue vestimentaire

Les vêtements permettent de créer un microclimat, à travers leurs résistances thermiques, en modifiant les échanges de chaleur et de masse entre la peau et l’environnement. Leur rôle essentiel est de maintenir le corps dans des conditions acceptables surtout en hiver. Le comportement thermique des vêtements d’une personne en activité est complexe et dynamique. Les transferts de chaleur à travers les tissus se font par conduction, les transferts de masse par diffusion pour la phase vapeur et par migration pour la phase liquide. A la surface extérieure, les échanges s’effectuent avec l’environnement par convection, rayonnement et évaporation. De nombreux facteurs peuvent influencer les échanges de chaleur et de masse à travers les vêtements. A part leurs résistances thermiques et leurs résistances à l’évaporation, il peut y avoir un effet tampon par adsorption de l’eau, un effet de pompage de l’air dû au mou mouvement du corps ou la pénétration de l’air à travers les tissus ou les orifices. La nature du tissu, la coupe des vêtements, l’activité et la posture du sujet influencent aussi les différentes modes de transfert(THELLIER, 1999).

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Table des matières

INTRODUCTION
I. PROBLEMATIQUE, HYPOTHESES ET OBJECTIFS
A. Problématique
B. Hypothèses
C. Objectifs
II. MATERIELS ET METHODES
A. Dispositif du milieu d’études
1. Données géographiques
a) Localisation du site
b) Détails du site
(1) Altitude au dessus du niveau de la mer
(2) Orientation du site
2. Classification du climat
B. Données métrologiques de base
1. Paramètres météorologiques influents sur le confort thermique
a) Température de l’air
b) Humidité relative de l’air
c) Ensoleillement
d) Précipitation
e) Le vent
2. Climat type
a) Température sèche et température du point de rosé
b) Rayonnements solaires direct et diffus
c) Vitesse du vent
d) Direction du vent, altitude solaire et azimut solaire
C. Outils
1. Design builder
2. Energy plus
D. Méthodes
1. Modélisation qualitative
a) Diagrammes bioclimatiques
b) Méthode de S. SZOKOLAY
(1) Zone de confort
(2) Zone de contrôle potentiel pour les périodes froides
(3) Zones de contrôle potentiel pour les périodes chaudes
2. Modélisation du bâtiment
a) Plan du bâtiment
b) Activités
(1) Type de zone
(2) Occupation
(3) Métabolisme
(4) Contrôle d’ambiance
c) Construction
(1) Murs
(2) Toits / planchers/ dalles/plafonds
(3) Portes
d) Ouverture
(1) Cadre fenêtres
(2) Vitrage
3. Prospection des solutions : Analyse des phénomènes ayant impact sur le confort thermique
a) Les phénomènes psychologiques
(1) La sensation thermique
(2) Le confort thermique
b) Les phénomènes physiologiques
(1) Thermo-détecteurs
(2) Thermorégulateurs
c) Les phénomènes physiques
(1) L’effet de la tenue vestimentaire
(2) Les phénomènes ayant impact sur le bilan thermique
(3) L’inertie thermique
4. Synthèse de la démarche méthodologique
5. Cadre opératoire
III. RESULTATS ET DISCUSSIONS
A. Diagramme bioclimatique de la région d’Antananarivo
B. Comportement thermique du bâtiment de base
C. Solutions passives
1. Isolation thermique des enveloppes
2. La couleur
3. Vitrages
4. Récapitulatif des solutions proposées
D. Influence des solutions passives
1. Solutions passives adoptées : Isolations
a) Murs
b) Toits / planchers/ dalles/plafonds
2. Influence de l’isolation
3. Différence entre les nombres heures de confort
E. Apport thermique et étude économique
1. Apport thermique de chaque composant
2. Coût des investissements
3. Le temps de retour de l’investissement
F. Perspectives
1. Application d’une démarche systémique
2. Validation expérimentale du modèle numérique
CONCLUSION