Qu’est-ce que le confort thermique d’un bâtiment ?

3 principes de transfert de chaleur

Comprendre l’impact des brasseurs d’air sur le confort thermique humain et sur la performance énergétique des bâtiments qui en sont équipés, nécessite de connaître les notions fondamentales sur les transferts thermiques dans l’architecture.

En effet, si les dispositifs de brassage d’air sont efficaces et performants, ils ne peuvent être pertinents que s’ils sont mis en œuvre dans des enveloppes architecturales ayant maîtrisé en amont (et en général) d’autres phénomènes physiques de transfert de chaleur.

Les trois principes de transfert de chaleur dans le bâtiment sont les suivants :

• la conduction : transfert de chaleur avec support matériel sans transfert de matière (transport au niveau moléculaire) qui a lieu dans un solide ;
• le rayonnement : transfert de chaleur par des phénomènes électromagnétiques, même en l’absence de matière (transport au niveau particulaire) c’est à dire dans le vide (ou dans un gaz qui se rapproche du vide comme par exemple l’air) ;
• enfin la convection : transfert de chaleur avec support matériel et avec transfert de matière (transport concernant un ensemble de molécules) qui a lieu dans un fluide (liquide ou gaz).

Manifestement les brasseurs d’air, qui agissent sur la vitesse d’un fluide (l’air) dans un espace, génèrent un phénomène de convection. En l’occurrence, cette convection, dans la mesure où elle est activée mécaniquement par un moteur, est qualifiée de « convection forcée ».

Ces divers principes de transfert de chaleur ont lieu :

• entre le bâtiment et son environnement extérieur ;
• à l’intérieur du bâtiment entre ses différentes parois et composants ;
• à l’intérieur du bâtiment entre les différentes parois et les occupants.

Ces principes sont, bien sûr, interdépendants et complémentaires. L’équilibre thermique d’un espace ou du corps humain dépend de l’effet simultané et dynamique de ces différents transferts et échanges thermiques.

Nous donnons ici les principes généraux de ces transferts qui affectent le confort thermique et la performance d’un bâtiment en lien avec la conception et la mise en œuvre de brasseurs d’air.

Synthèse d’une approche favorable à l’installation de brasseurs d’air

La présentation des phénomènes thermiques en jeu dans la conception d’une enveloppe architecturale développés ci-avant et rassemblés dans le schéma ci-dessous illustrent comment, en amont de la conception d’une installation de brasseurs d’air, on devra traiter bioclimatiquement cette enveloppe pour permettre à ces équipements de contribuer au mieux au confort thermique de ces espaces.

Pour résumer, il s’agira :

• de protéger les parois opaques de l’enveloppe, c’est à dire les toitures et les murs, du rayonnement solaire direct et / ou de les isoler thermiquement de manière à minimiser le phénomène absorption- conduction-rayonnement vers l’espace intérieur et l’occupant (pour tous les bâtiments, qu’ils fonctionnent en ventilation naturelle ou avec une climatisation). Cette protection solaire peut être végétale ou architecturale ;
• de protéger les parois vitrées de l’enveloppe du rayonnement solaire direct par de la végétalisation ou des dispositifs architecturaux fixes et/ou mobiles ;
• d’évacuer les apports résiduels de chaleur dans les ambiances par de la ventilation naturelle ou mécanique (pour les bâtiments totalement bioclimatiques, c’est-à-dire sans climatisation). Dans les bâtiments qui le permettent, c’est-à-dire les bâtiments traversants, cette ventilation d’extraction de la surchauffe pourra aussi, quand les conditions aérauliques le permettent, créer une vitesse d’air naturelle sur l’occupant. Les brasseurs d’air ne seront mis en route qu’en l’absence de vent ;
• de minimiser les apports de chaleur internes dans tous les bâtiments.

En climat tropical, on cherche à limiter les échanges :

• en captant le moins de rayonnement possible (protection solaire),
• pour qu’elle ne soit pas stockée par les parois (faible inertie),
• et qu’elle ne soit ni distribuée, ni conservée dans le bâtiment mais évacuée (ventilation).

En synthèse, en climat tropical, les approches bioclimatiques et d’efficacité énergétique se résument aux principes thermiques suivants :

Les trois finalités de la ventilation en climat tropical ou en saison estivale des climats tempérés

La mise en œuvre d’une ventilation est nécessaire à tous les bâtiments. On distingue 3 finalités distinctes à cette ventilation, dont les taux de renouvellement d’air horaire du volume de la pièce concernée varient de 0,5 à plus de 150 volume par heure (appelé souvent dans la littérature technique ACH comme « air change per hour ») : la ventilation hygiénique pour conserver une bonne qualité d’air, la ventilation d’évacuation des apports de chaleur internes et climatiques et la ventilation pour créer une vitesse d’air sur les occupants. Ces trois finalités peuvent être traitées de manière naturelle ou artificielle.

Dans le cas d’un espace traversant en zone tropicale conçu en ventilation naturelle, ces trois finalités se trouvent souvent confondues sur le plan fonctionnel ce qui n’est pas le cas en climat tempéré.