Les leviers de la gestion naturelle du confort

lundi 27 mai 2019

Extrait du Livre Blanc Adexsi "La gestion énergétique naturelle" - parution 2018

Adexsi et Bluetek présentent le livre blanc de la gestion énergétique naturelle
Le corps, en contact direct avec l'air ambiant

 

2. LES LEVIERS DE LA GESTION NATURELLE DU CONFORT

L’oeil, témoin fidèle du confort visuel

Nos yeux perçoivent les teintes allant du violet au rouge, c’est-à-dire celles ayant de valeurs de longueur d’onde de 400 à 700 nm. Le « pic » de vision se situe, lui, dans le vert-jaune, aux alentours de 550 nm.

La lumière naturelle suit une courbe de distribution des teintes émises très proche de celle de l’oeil, avec un pic de lumière qui croise celui de la  sensibilité maximale de l’oeil soit une adaptation totale (fig. 2.1).

En revanche, les lumières émises par les sources artificielles divergent totalement : les anciennes lampes à incandescence émettaient des longueurs d’onde fortement dans les orangés et les rouges, et les actuelles lampes LED dites froides (« cool white ») émettent, elles, dans les bleus (± 450 nm). La réduction de l’exposition à ces sources limite les effets sur le comportement : fatigue oculaire, états mélancoliques…

Schéma lumière naturelle et lumière artificielle extrait livre blanc

Le corps, en contact direct avec l’air ambiant

Plus de la moitié des pertes de chaleur du corps humain sont le fait de la convection avec l’air ambiant. Pour près de 35 %, ce transfert s’effectue par rayonnement de la surface de peau, évaporation et sudation (fig. 2.2)…

Lors d’un travail dit léger, la température maximale de confort est centrée sur 20-22°C à ± 3°C) ; assis et sans activité, la température maximale de confort est de 26°C à ± 1°C ; pour le sommeil, cette température de confort est de 18°C à ± 3°C…

Pour maîtriser le sujet du « métabolisme thermique » (Mth), les thermiciens se réfèrent à diverses situations. Ainsi, le niveau standard est fixé sur la position assise, au repos : la « puissance thermique » du corps est évalué à 58,2 W/m² de peau, soit 1 met, unité spécifique relative au métabolisme. 

À noter : un individu de 1,70 m et de 70 kg présente une surface de peau d’environ 1,8 m² (soit environ 100 W) pour 1 met.

Au repos et couché, le corps émet environ 45 W/m² ; assis et en activité légère, on atteint 70 W/m² ; debout et en activité légère, cette puissance  thermique croît à 95 W/m² ; debout et en activité plus intense, par exemple sur une machine, l’émission du corps est de 115 W/m² ; debout et en activité soutenue, cette puissance est estimée à 175 W/m², soit 3 met. Autre exemple ? En night-club, la puissance thermique d’une personne  s’exprimant par une danse dite « modérée » serait de 250 à 265 W/m²…

Le vêtement, naturellement pris en compte dans les calculs

Dans des locaux résidentiels ou de travail, les occupants s’accommodent des ambiances en adaptant leurs vêtements aux activités. Faut-il le  rappeler : se vêtir crée une résistance thermique entre la peau et l’environnement.

Les thermiciens ont étalonné les niveaux d’habillement selon l’unité « clo » (1 clo est égal à une résistance thermique surfacique de 0,155 m². °C/W) (tableau 2.1).

  • 1 clo correspond à la tenue intérieure d’hiver, avec pantalon, chemise et pull ;
  • 1,5 clo est attribué à une tenue de ville traditionnelle complète ;
  • inversement, 0,7 clo caractérise la tenue de travail légère ; 0,5 clo, la tenue d’été ; 0,3 clo, une tenue estivale de détente – short et chemisette… – ; 0,1 clo, le port d’un short ; et 0 clo, pour un corps nu.

La régulation, outil indispensable des systèmes

Le confort se situe au carrefour de trois problématiques : le corps et sa physiologie, les comportements (activités, habillement…) et les techniques mises en oeuvre (chauffage, ventilation, éclairage…).

La satisfaction des occupants d’un bâtiment suppose « de leur donner la main » sur les différents systèmes : chauffage, ventilation, éclairage,  aération par les fenêtres…

Les expérimentations soulignent une appréciation très différente d’un occupant à l’autre, une notion très clairement exprimée dans la norme  internationale EN ISO 7730 sur l’évaluation du ressenti thermique.

Cette norme propose deux indices de satisfaction :

  • le PMV, pour « Predicted Mean Vote » ou avis moyen d’un groupe sur une situation de confort ;
  • le PPD, pour « Predicted Percentage Dissatisfied » ou pourcentage prévisible d’occupants insatisfaits.

La pratique indique qu’avec un PMV égal à zéro, il reste 4 % d’insatisfaits (PPD)…

Les outils de régulation – robinets de radiateurs, gestion décentralisée reliée aux sondes de mesures… – doivent être réactifs, voire capables d’anticiper les évènements météorologiques : évolution à 24 ou 48 heures (pour préchauffer les bâtiments en hiver, « surventiler » en été…),  ensoleillement des façades pour animer les protections solaires, variation rapide de température, d’hygrométrie, de luminosité et du vent en cas d’orage…

Pour être efficaces, ces équipements doivent être compris des occupants pour qu’ils se les approprient.

Métabolisme énergétique pour différents types d'activité (extrait livre blanc Adexsi)

Témoignage

Faire participer les usagers à la construction

« La lumière et la ventilation naturelles participent au confort de vie en tertiaire comme en résidentiel. La lumière naturelle est recherchée et réputée agréable, énergisante… Le vocabulaire qui lui est associé est positif. Les difficultés apparaissent avec les apports solaires en été, aux  effets de surchauffe, surtout dans les locaux bien isolés. Les protections solaires, la manipulation des ouvrants sont indispensables, mais pas  toujours possibles.

Dans les régions du sud de la France, ces comportements de protection diurne et d’aération nocturne sont culturellement acquis ; dans celles du nord, c’est différent. Indépendamment, il peut exister des contraintes de bruit ou de sécurité qui ne permettent pas d’ouvrir les fenêtres,  notamment pour la ventilation nocturne.

Très clairement, la ventilation, au sens de l’aération, a toujours été pratiquée dans les bâtiments. Les difficultés tiennent à la prise de conscience technique des circuits de ventilation. Concrètement, ces dernières années, on est certainement allé trop loin en matière de technicité de la ventilation, cette fonction ayant été très fortement mise en lien avec l’optimisation énergétique des bâtiments. Ce " rêve d’ingénieur " a provoqué des soucis en termes d’usage : fermeture de bouches d’aération, défauts de maintenance des filtres…

Il est sans doute préférable de retenir des solutions plus simples de ventilation naturelle qui tiennent compte de l’action de l’usager pour  renouveler l’air ou rafraîchir son environnement intérieur.

À ce titre, une autre question importante se pose vis-à-vis de ces fonctions d’éclairage et de ventilation dans les bâtiments : ce sont les  automatismes. Tout automatiser – selon la présence ou la pollution intérieure – peut sembler faciliter la vie. En réalité, cela n’a parfois pas de sens ! Il faut laisser la main aux occupants… ne serait-ce que pour éviter qu’ils se battent avec ces outils très techniques. Inversement, on ne peut pas laisser les usagers être " à plein temps " sur le pilotage des bâtiments : ils ont autre chose à faire !

Ces hiatus tiennent essentiellement à la promotion des technologies ou à la réglementation. On devrait plutôt être à l’écoute des résidents ou des occupants. Une telle démarche a été initiée avec les " livrets d’accueil ", mais ils ne suffisent pas pour accompagner. Désormais, bailleurs  sociaux, promoteurs de locaux tertiaires ou résidentiels, syndicats de copropriétés et architectes vont plus loin et optent pour une " construction participative " : on écoute les besoins des usagers, puis les concepteurs cheminent avec eux. En clair, au lieu d’expliquer le fonctionnement des équipements en aval des projets, les professionnels retiennent les choix techniques en amont en se basant sur les besoins, l’objectif étant que les occupants s’approprient les moyens mis à leur disposition. C’est une démarche intelligente, mais qui de toute manière prendra une génération à se déployer. »

Gaëtan Brisepierre, sociologue spécialiste de la transition énergétique, l’habitat et l’environnement

Des labels environnementaux très exigeants

La plupart des labels environnementaux pour les bâtiments très performants mettent en avant le recours à la lumière naturelle par l’utilisation d’indicateurs spécifiques.

Ainsi :

  • Le label BREEAM fixe à l’indicateur « Hea 01 Visual comfort » un objectif de facteur de lumière du jour. Deux critères sont demandés : un  éclairement moyen en lumière du jour et un éclairement minimal en un point en lumière du jour. On retient généralement le FLJ de 1,8 % sur 80 % de la surface, l’autonomie d’éclairage naturel annuel de 2 650 heures à 200 lux, une uniformité d’éclairage au regard de la profondeur de la pièce… Par ailleurs, ce label propose trois types d’autonomie lumineuse : « Éclairage naturel », « Éclairage naturel exemplaire » et « Éclairage naturel international ».
  • Le label LEED pose l’indicateur « IEQ credit 8.1 » relatif à la simulation du calcul de l’éclairage. Il demande de respecter des niveaux d’éclairage de 270 lux à 5 400 lux, à 9h et 15h, par un jour de ciel clair à l’équinoxe. L’atteinte de cette condition pour 75 % de la surface occupée confère 1 point, 2 points pour 90 %.
  • Le référentiel du label HQE publié en 2016 fixe deux objectifs : le premier est le facteur de lumière du jour (un FLJ entre 0,7 et 2 % sur 80 à 90 % des surfaces, et selon le niveau de performance environnementale recherché) ; le second est l’autonomie en lumière du jour : la part quotidienne d’éclairement en lumière du jour sur 80 % d’une surface de référence doit être au moins égale au niveau préconisé pour l’activité pratiquée selon la norme EN 12464-1.
  • Le WELL Building Standard définit sept facteurs du bien-être des salariés, dont la lumière. Son référentiel vise à réduire les perturbations du rythme circadien de l’organisme. Les exigences portent sur la très large connaissance acquise au cours des dernières années sur les impacts de la lumière sur l’organisme : conception de l’éclairage, performance des vitrages, prise en compte des teintes intérieures, distribution et contrôle de l’éclairage artificiel et naturel pour améliorer l’humeur et la productivité des occupants…
  • Les labels de l’association Effinergie (BBC, Bepos, et Bepos +) reposent sur la réglementation RT 2012 et sont renforcés par des règles du  référentiel E+C- qui préfigure la future réglementation environnementale, RE 2020. Cette dernière constituera la transposition en droit national de la directive européenne sur la performante énergétique des bâtiments (directive 2018/844 du 30 mai 2018). Si ces textes font la part belle à la ventilation mécanique, ils ont pour intérêt de mentionner les exigences renforcées ayant un impact direct sur la ventilation et les consommations d’éclairage :
    - en maison individuelle, un Bbio max réduit de 20 % (coef. 0,8) et un Cep max - 20 % ;
    - en logement collectif, une modulation du Bbio max d’un coefficient 0,6 à 0,8 selon la compacité de l’ouvrage, et un Cep max - 20 % ;
    - en tertiaire, un Bbio max - 20 % et un Cep max - 40 %.

En résidentiel, le contrôle de la ventilation s’effectue selon les règles Promovent et s’accompagne de vérifications fonctionnelles.

En tertiaire, on retient un contrôle visuel, des vérifications fonctionnelles et une mesure de l’étanchéité à l’air des réseaux.

 (Extrait du Livre Blanc "La gestion énergétique naturelle" réalisé par Adexsi /

Edition regroupant les sociétés Souchier-Boullet et Bluetek /

Achevé d'imprimer en 2018 / pages 6 à 7)

> En savoir plus sur la lumière naturelle