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Dictionnaire du chauffage électrique

 






Le confort thermique

Le bien être thermique est un élément de première importance pour apprécier le confort d'un logement. C'est une sensation agréable qui se manifeste quand les échanges thermiques du corps sont à l'équilibre et qu'il n'y a pas de sensations d'inconforts créées par des excès, des variations ou des dissymétries des températures environnantes.

L'équilibre thermique du corps ne dépend pas d'une température idéale, mais de la résultante des quatre mécanismes connus d'échange thermique du corps avec son environnement :
  • la conduction,
  • la radiation,
  • la convection,
  • et l'évaporation.

 La sensation de confort thermique
L'Université de Technologie du Massachusset a réalisé une expérience intéressante. On a fait entrer un groupe de personnes dans une pièce chauffée avec de l'air à 40° C, et des parois refroidies à 10° C. La première impression de chaleur a rapidement laissé place à un sentiment d'inconfort et de refroidissement. Les mêmes personnes sont entrées dans une pièce maintenue à 10 °C par un air froid mais avec des parois chauffées à 40° C. Les occupants ont très rapidement eu chaud. Une paroi froide absorbe la chaleur du corps (loi du rayonnement de Kirchhoff - absorption et émission de chaleur) et produit rapidement un refroidissement même avec une température de l'air élevée.

Au contraire des idées reçues, le bien être des occupants d'un local n'est pas exclusivement lié à la température de l'air mais à la température opérative qui résulte des effets conjugués de la température de l'air, des parois, de l'hygrométrie et de la vitesse de l'air. Les sensations de froid ou de surchauffe proviennent souvent, non pas de la température de l'air, mais d'échanges excessifs par rayonnement électromagnétique entre le corps et des parois chaudes ou froides.


Quel lien entre confort thermique et consommation ?

Un chauffage de qualité a prévu une répartition judicieuse des sources de chaleur et l'équilibrage des échanges radiants. Le thermostat réglé à 19°C, les occupants éprouvent une sensation de bien être. Dans le même logement, de mauvais choix lors de l'installation des émetteurs de chaleur produisent une ambiance dégradée. A 19°c, la consommation d'énergie pour le chauffage est la même que dans le logement bien équipé, mais les occupants éprouvent des sensations de chaud et de froid qui dégradent leur confort. La température de consigne sera finalement augmentée de plusieurs degrés pour donner la sensation d'effacer les phénomènes qui produisent les sensations de froid.


Les échanges thermiques du corps humain

Le corps peut échanger des calories avec son environnement selon quatre modes fondamentaux de transferts de la chaleur : le rayonnement, la convection, la conduction et l'évaporation. Dans un logement, les échanges de calories s'opèrent principalement par rayonnement avec les surfaces (parois, objets, baies vitrées, radiateur, foyer de cheminée, soleil à travers une fenêtre...) et par convection avec les volumes (l'air) mais dans une moindre mesure.

  1. Rayonnement : Les surfaces et objets environnants échangent de l'énergie avec le coprs humain par radiation. Les plus froids absorbent le rayonnement du corps, et les plus chauds lui fournissent de l'énergie. Dans une habitation, les échanges radiatifs représentent 60% du total des pertes et gains de chaleur du corps.

  2. Conduction : Le contact direct d'une partie du corps avec une surface produit un transfert de calories. Par exemple, les pieds sur le sol.

  3. Convection : Les calories sont transférées par l'intermédiaire d'un fluide (air, eau). Au contact de la peau, l'air se réchauffe et éloigne la chaleur du corps par un mouvement ascendant. Si l'air se déplace sous l'effet du vent, on parle alors de refroidissement éolien. La perte de chaleur est accentuée par la vitesse de l’air. Les vêtements protègent du refroidissement convectif.

  4. Evaporation : Cette réaction de recomposition moléculaire crée un refroidissement car le passage d'une substance liquide à son état gazeux consomme des calories.

Les sources d'inconfort thermique

De nombreux facteurs sont source d'inconfort thermique : température trop élevée ou trop faible, dissymétrie entre températures de surface, non homogénéité de la température de l'air, écart trop importante entre la température de l'air et la température moyenne des surfaces... Une protection contre le rayonnement direct du soleil doit éviter les inconforts d’éblouissement et de surchauffe.

Dans les pièces à vivre, il est conseillé de chauffer à 19-20° Celsius. Si la température est inférieure, le fonctionnement normal du métabolisme humain ne sera pas suffisant pour maintenir le corps à 37°. Frissons, engourdissement, fatigue, sensibilité accrue à l'humidité et maladies menacent. Une température excessive sera tout autant néfaste pour les habitants.

Le respect de règles relatives à la non-uniformité des températures permet d'éviter les conditions d'inconfort thermique :

  1. Ecart de température entre l'air et les surfaces : Il ne faut pas que l’écart de température entre les parois et l’air ambiant soit supérieur à 3° degrés Celsius. A partir d’une différence de 4°C, l’écart de température devient perceptible. Les surfaces froides créent alors des sensations d'inconfort.

  2. Gradient vertical de température de l'air : La différence maximum de température entre la tête et les pieds ne doit pas dépasser 3 degrés.

  3. Température des surfaces rayonnantes : Les zones froides dérangent d'avantage que les zones chaudes. Le froid ou la chaleur provenant d'une fenêtre, un panneau radiant trop chaud, la lumière directe du soleil sont source d'inconfort. Il est admis que, dans le plan vertical la différence de température entre plusieurs surfaces devrait rester inférieure à 5°C, et dans le plan horizontal l'écart de température ne devrait pas dépasser 10°C.

  4. Température du sol : La norme pour le plancher chauffant indique une température d'au moins 19° C et inférieure à 29° C.

  5. Déplacement d'air : Le refroidissement de l'organisme causé par les mouvements de l'air dans la région des jambes et de la tête surtout lorsque la peau n'est pas couverte par des vêtements doit être évité. Un déplacement de l'air à une vitesse de 1 kilomètre par heure provoque une sensation de froid d'environ 3°C sur la température interne de confort.

  6. Taux d'humidité dans l'air : Il doit être uniforme car la conduction de la chaleur dépend en partie de l'hygrométrie. Si des appareils de chauffage modifient la qualité de l'air, il se forme des masses d'air avec différents taux d'humidité ce qui provoque de l'inconfort thermique.

Une mauvaise isolation et un système de chauffage pauvre en rayonnement sont les principale causes de la non-homogénéité des températures à l'intérieur d'une maison.

Vision infrarouge des températures à l'intérieur d'une maisonAbsence d'homogénéité thermique des parois


Comme le montre la photo prise en caméra infrarouge, l'intérieur d'un logement mal isolé ou chauffé avec des émetteurs de chaleur de mauvaise qualité montre une ambiance thermique peu adaptée au bien être des occupants.


Pour résumer

Le confort thermique ne peut être obtenu si les volumes d'air et les surfaces d'une pièce sont à des témpérature trop différentes. Il faut donc limiter au maximum la stratification de l'air, éliminer les surfaces trop froides et les émetteurs de chaleur trop chauds, harmoniser la températures des parois, du sol et du plafond.

Ces recommandations sont valables pour l'isolation, la climatisation et le chauffage. Elles mettent en évidence la nécessité de choisir soigneusement les émetteurs de chaleur et leurs emplacements dans un local. Il faut privilégier les radiateurs qui réchauffent les surfaces et éviter ceux qui surchauffent l'air. Préférer la position en équilibrage et éviter la concentration.

Cela est d'autant plus vrai que le logement est mal isolé, et montre des parois froides. Il faut compter 30 à 40% d'émission de chaleur par radiation pour équilibrer des murs et des vitrages froids. Les meilleurs résultats sont obtenus avec les radiateurs radiants dont la température des éléments chauffant en contact avec l'air est peu élevée et se maintient en continu. Ces caractéristiques indispensables au confort thermique, sont aussi les meilleurs conditions pour une consommation maîtrisée.

Les recommandations de base sont d'isoler les surfaces froides (sol, mur..), installer des émetteurs de chaleur douce, et équilibrer les échanges radiants en plaçant par exemple les radiateurs en allège des fenêtres...

Références :

Etudes sur la sensation de confort thermique par l'Université de Médecine de Jussieu : Consulter le document.

Les indices de confort thermique PMV et PPD : Consulter le document.


 
 
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