Évaluer le confort thermique

En hiver

La température de l’air est un des 6 paramètres qui influencent la sensation de confort thermique.

Le Règlement Général pour la Protection du Travail (RGPT), dans son article 64 du titre II, impose des températures de l’air minimum – maximum en fonction du travail effectué, c’est-à-dire du métabolisme, pour une humidité relative comprise entre 40 et 70 %.

Les valeurs de référence minimum admises pour les températures de l’air sont données dans le tableau ci-dessous. Celles-ci sont calculées pour une température moyenne de surface des parois inférieure de 2°C à la température de l’air. Ces valeurs peuvent être minorées si la différence est plus petite et doivent être majorées si la différence est plus grande.

Si la température des parois est citée par le RGPT, c’est parce que celle-ci influence la sensation de confort thermique à parts égales avec la température de l’air (voir notion de “température opérative” ou “température de confort”). Il est normal de devoir rehausser la température de l’air si des parois froides sont présentes dans le bâtiment (simples vitrages, par exemple).

Il faut remarquer que les valeurs de référence données par le RGPT, bien qu’elles se trouvent dans la zone de confort, ne sont pas les températures d’ambiance optimales de confort. Elles sont plus basses que celles-ci et sont acceptées dans le cadre d’une politique d’Utilisation Rationnelle de l’Énergie.

C’est dans le cadre de celle-ci que fut prise la décision de limiter la température résultante sèche dans les bureaux des bâtiments public :

(décision du C.M.C.E.S. du 03-07-80 – circulaire 06-01 -81 du Ministre DEHOUSSE, Région Wallonne, MB du 21-01-81)

On remarque que ce n’est pas la température de l’air qui est limitée à 19°C. Celle-ci dépend des conditions d’isolation des parois et doit être définie au cas par cas.

La norme européenne NBN EN 13779 (2007) préconise une température de fonctionnement (ou température opérative) dans une plage de 19 à 24°C avec une valeur par défaut de 21°C.

En été

La réglementation concerne essentiellement les travailleurs soumis à des contraintes thermiques élevées en milieu industriel (norme ISO 7243 pour le calcul de l’indice WBGT et norme ISO 7933 pour le calcul de l’indice de Sudation Requise).

Pour plus d’information, on consultera la brochure Ambiances thermiques de travail – Stratégie d’évaluation et de prévention des risques disponible au Ministère fédéral de l’Emploi et du Travail.

Un bureau en été, même avec une température de 30°C, est encore largement en dessous des seuils de ces normes.

La motivation à limiter la température des locaux est liée au souhait de favoriser la qualité du travail. À ce sujet, certains constructeurs diffusent des courbes montrant l’évolution de la performance d’un homme au travail en fonction de la température ambiante. Généralement, celle-ci est optimale entre 20 et 24°, passe à 95 % à 26°, 90 % à 28°C, etc… Nous ne connaissons pas de courbe qui serait “officielle” en la matière.

La norme européenne NBN EN 13779 (2007) préconise une température de fonctionnement (ou température opérative) dans une plage de 23 à 26°C avec une valeur par défaut de 26°C.

Dans les salles propres et environnements maîtrisés apparentés (hôpitaux), la norme AFNOR NF S90-351 : 2003 propose des valeurs de température dans les zones à risque comprises entre 19 et 26 °C (zone en activité).

L’ADEME (Association De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie) dans son guide Bâtiments à haute performance énergétique (secteur de la SANTE) préconise aussi des valeurs de température et d’humidité en fonction de la typologie des locaux :

L’humidité a relativement peu d’impact sur la sensation de confort d’un individu dans un bâtiment.

AR 2012-10-10/05 fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre

en matière d’humidité, il  précise que :

• l’aération est conçue de façon à ce que l’humidité relative moyenne de l’air pour une journée de travail soit comprise entre 40 et 60 %, à moins que cela ne soit impossible pour des raisons techniques;

• l’humidité relative de l’air peut se situer entre 35 et 70 % si l’employeur démontre que l’air ne contient aucun agent chimique ou biologique qui puisse constituer un risque pour la santé et la sécurité des personnes présentes sur le lieu de travail.

Norme européenne NBN EN 13779 (2007)

Dans la plage de température de 20-26°C, la norme préconise une plage d’humidité relative de 30-70 %.

Norme européenne NBN EN 15251 (2007)

Cette norme recommande de limiter l’humidité absolue à 12g/kg.

ASHRAE

La norme américaine ASHRAE 55 – 1992 définit les plages de confort hiver-été comme indiqué sur le schéma ci-dessous :

Ainsi, par exemple :

pour une humidité relative de 30 %, les températures opératives recommandées pour l’hiver sont de 20°C à 24°C, et pour l’été de 23°C à 26°C (lorsque la vitesse de l’air est inférieure à 0,2 m/s, la température opérative est égale à la moyenne arithmétique de la température de l’air et de la température des parois).

Cas particulier des salles informatiques

Si les ordinateurs actuels libèrent moins d’énergie calorifique que les précédents, il semble qu’ils restent sensibles aux effets de l’électricité statique. Or celle-ci augmente fortement avec la sécheresse de l’air. Vu les conséquences financières que peut entraîner une perturbation de fonctionnement, certains auteurs recommandent de ne pas descendre en dessous de 50 % d’humidité relative.

Attention à la qualité de l’humidification

Dans le cas des humidificateurs à pulvérisation d’aérosols, une fois la goutte d’eau froide évaporée, les sels contenus dans l’eau se retrouvent pulvérisés dans l’atmosphère et forment des dépôts (calcium, sodium) sur les appareils (fine poussière). Dès lors, il est préférable d’utiliser soit un humidificateur à vapeur, soit un humidificateur à eau totalement déminéralisée.

Spécifiquement pour les salles propres et environnements maîtrisés apparentés  (secteurs des soins de santé) :

Les critères de confort tournent essentiellement autour du patient et au personnel hospitalier. Les grandeurs qui déterminent leur confort sont la température opératoire et l’importance de leur habillement.

AFNOR

NF S90-351 : 2003 Cette norme propose des valeurs de taux d’humidité dans les zones à risque comprises entre 45 et 65 % (pour les zones en activité).

ISO 7730

Cette norme recommande de réaliser une classification par zones climatiques :

• Zones 1 : secteurs externes à l’hospitalisation (halls, couloirs, salle d’attente, bureaux, …) où les températures opératives recommandées en hiver sont comprises entre 20 et 24 °C, en été entre 23 et 26 °C. Dans cette zone, la norme insiste sur le respect des vitesses de l’air et des températures de rayonnement. Enfin, elle considère que l’humidification est inutile.

• Zones 2 : secteurs d’hospitalisation courante (médecine interne, pédiatrie, …) où les températures opératives recommandées été sont comprises entre 23 et 26 °C avec une humidification tolérée si le risque de biocontamination est faible.

• Zones 3 : secteurs des soins intensifs où les patients sont nu avec un métabolisme faible et où la température de neutralité thermique corporelle est de 28 °C. Il ne faut pas en déduire directement que la température d’ambiance doit être de 28 °C; ce serait impossible pour le personnel soignant de travailler de manière optimale dans ces conditions. En ce qui concerne le taux d’humidité, il risque d’être fortement variable suivant la thérapie. On peut interpréter qu’il serait nécessaire de contrôler l’humidité et par conséquent d’équiper le système de traitement d’air d’humidificateur.

• Zones 4 : secteurs particuliers tels les grands brûlés et trouble grave de la thermorégulation où le patient nécessite une assistance contrôlée de la température et du taux d’humidité.

RGPT

Le Règlement Général pour la Protection du Travail (RGPT) impose une vitesse inférieure à 0,5 m/s.

DIN 1946

La norme DIN 1946 propose une variation des vitesses maximales en fonction de la température intérieure :

En matière de sensation de confort thermique liée à la vitesse de l’air, un mouvement d’air n’est en moyenne ressenti par une personne que si sa vitesse est supérieure à 0,2 m/s en hiver et 0,25 m/s en été : à ce moment, il est considéré comme un courant d’air.
Exemple.

La norme européenne NBN EN 13779 (2007)

Cette norme propose une plage de variation de vitesse avec une valeur par défaut en fonction de la température intérieure.

Méthode simplifiée

Une bonne image du confort thermique est donnée par la température de confort (ou T°opérative), moyenne arithmétique entre la température de l’air et la température des parois.

• La mesure de la température de l’air se fait à l’aide d’un thermomètre protégé du rayonnement solaire et du rayonnement des parois du local.

• La température de surface d’une paroi se fait à l’aide d’une sonde de contact ou sonde à rayonnement infrarouge.

Malheureusement, la température de rayonnement des parois est celle ressentie par l’occupant à l’endroit où il se trouve. Elle doit en principe être “individualisée” sur base de la position de l’occupant et de sa relation avec l’ensemble des parois. Ainsi, dans un même local, la personne qui est assise juste à côté de la surface vitrée n’aura pas la même température de rayonnement que celle qui est au fond du local. La température moyenne des parois est donc à adapter en fonction de l’angle solide sous lequel chaque paroi est “vue” par l’occupant…

De plus, en conditionnement d’air, le confort thermique est également influencé par l’humidité relative et la vitesse de l’air.

• la mesure de l’humidité relative se fait à l’aide d’un hygromètre,
• la mesure de la vitesse de l’air est évaluée à l’aide d’un anémomètre à fil chaud.

Mesure directe du confort

Aussi, existe-t-il sur le marché des instruments qui mesurent l’ensemble des facteurs simultanément : ce sont des analyseurs d’ambiances climatiques intérieures.

La surface du capteur est chauffée à une température similaire à celle d’un homme dont on a présélectionné l’habillement. Le niveau de chaleur nécessaire pour maintenir cette température est utilisé comme mesure des conditions environnementales.

Certains appareils peuvent, en tenant compte de l’habillement et de l’activité, calculer directement la température opérative, l’indice PMV, le pourcentage de personnes insatisfaites (PPD) ainsi que la température d’ambiance optimale.

Leur coût limite cependant l’usage de ces appareils aux laboratoires spécialisés.

Si nécessaire, une mesure peut être demandée au CSTC qui dispose de cet équipement.

Évaluation de sa situation par rapport à la température d’ambiance optimale

Si les mesures ci-dessus permettent de se situer par rapport aux exigences réglementaires, il est également possible de situer une ambiance par rapport à l’ambiance optimale telle que définie par la norme NBN X 10-005.

Cette méthode permet d’estimer le pourcentage de personnes insatisfaites par une ambiance donnée. En général, on se donne pour objectif de ne pas dépasser 10 % d’insatisfaits.

Remarque : les locaux ne sont-ils pas en dépression ?

Un facteur d’inconfort est parfois lié à la mise en dépression des locaux. Si le groupe d’extraction extrait davantage que celui de pulsion, il est possible que de l’air s’infiltre par les interstices, créant des courants d’air inconfortables pour les occupants.

Cas vécu : c’est le fait que le filtre était bouché au groupe de pulsion qui a entraîné la mise en dépression des locaux.

On s’assurera donc que le local est bien mis au contraire en légère surpression.

Dans cette zone, la vitesse de l’air ne peut dépasser 0,2 m/s (0,28 dans les locaux de passage) et le long des murs, à 1,8 m, elle ne peut dépasser 0,4 m/s :

L’inconfort éventuel est lié au choix des bouches de pulsion ou à la température de pulsion :

• diffuseurs trop proches l’un de l’autre entraînant une retombée rapide du jet d’air vers le sol, avant son brassage correct avec l’air ambiant,

• diffuseurs ne présentant pas assez d’induction par rapport à la hauteur du local (pas assez de brassage avec l’air ambiant),

• différence entre la température de consigne de l’air pulsé et la température ambiante trop grande.

Inconfort par effet Coanda rompu
Lorsque l’air est soufflé à proximité d’une surface (ex : soufflage horizontal à proximité du plafond), il se produit un effet d’adhérence du jet à la paroi : c’est l’effet “COANDA”.

L’effet Coanda est très utile quand on pulse de l’air froid car il facilite la bonne pénétration du jet dans le local (augmentation de 30 % de la portée).

> problème 1 : la présence d’un obstacle perpendiculaire au jet d’air (poutre, luminaire) peut faire dévier prématurément le jet vers la zone occupée et engendrer un courant d’air désagréable.

En conséquence :

• il faut souffler soit à partir de l’obstacle, soit parallèlement à celui-ci et diviser le local en zones correspondantes,

• l’éclairage au plafond doit être soit encastré, soit suspendu avec une longueur de suspension de 0,3 m minimum,

• on tiendra compte de la présence éventuelle de colonnes qui ne pourront se situer dans la trajectoire du jet.

> problème 2 : lorsqu’une bouche plafonnière pulsant de l’air froid est surdimensionnée, la vitesse de sortie de l’air risque d’être trop faible (< 2 m/s) pour créer un effet Coanda. Le jet d’air tombera alors directement vers le sol, risquant de provoquer un courant d’air froid sous la bouche. Paradoxalement, pour éviter le courant d’air, il faudra augmenter la vitesse de l’air en réduisant la taille du diffuseur.

> Problème 3 : les diffuseurs utilisés dans les systèmes de climatisation à débit d’air variable (VAV ou climatiseurs à plusieurs vitesses) doivent être spécifiquement dimensionnés pour conserver l’effet Coanda même aux faibles débits.

On distingue 4 sources d’inconfort local :

• une asymétrie dans la température de rayonnement,
• une vitesse d’air trop importante,
• une température du sol trop basse ou trop haute,
• une stratification verticale des températures.

Voici dans ces domaines les critères à respecter suivant la norme NBN X 10-005/ISO 7730 :

1. L’ asymétrie de température de rayonnement de fenêtres (ou d’autres surfaces verticales) doit être inférieure à 10°C (mesure à 0,6 m du sol).
   Cette mesure consiste donc à comparer comment la chaleur est échangée par rayonnement de chaque côté du corps vers l’environnement. Si le déséquilibre dépasse 10°C entre la T°moyenne des parois vers la fenêtre et la T°moyenne des parois vers le fond du local, la personne est en état d’inconfort.
2. L’asymétrie de température de rayonnement d’un plafond tiède (chauffé) doit être inférieure à 5°C (mesure à 0,6 m du sol).
   Au delà de cette valeur, davantage de personnes sont insatisfaites par l’excédent de chaleur autour de leur tête.
3. La température de surface du sol doit normalement être comprise entre 19 et 26°C, mais les systèmes de chauffage par le sol peuvent être conçus pour 29°C par période de grands froids.
4. La stratification verticale des températures doit être limitée à 3°C entre 0,1 et 1,1 m au-dessus du sol.