Impact des actions sur la sensation thermique de l’occupant

La méthode du plan d’expériences proposée dans ce chapitre ne prend pas en compte les interactions entre le confort thermique ou visuel et la performance énergétique. Les ac- tions telles que l’utilisation du ventilateur ou le changement de vêture ont un RMME nul concernant la performance énergétique (Figures 2.10 and 2.11).

2.4 Résultats et discussion

Cependant, les actions des occupants sont souvent la manifestation d’un certain incon- fort. Par exemple, un occupant avec une sensation thermique négative va tendre à monter la température de consigne, et donc augmenter les besoins de chauffage. Il est donc important d’analyser l’impact des actions en terme de sensation thermique étant donné son influence, même indirecte. Les Figures 2.12 et 2.13 montrent l’impact des 6 actions sur STN et STP (équations 2.4 et 2.5).

FIG. 2.12 – Effet principal moyen relatif (RMME) sur STN de chaque action

FIG. 2.13– Effet principal moyen relatif (RMME) sur STP de chaque action

Sans surprise, l’action sur la température de consigne est l’action la plus influente sur la sensation thermique. En prenant comme hypothèse que le confort thermique est atteint pour une sensation neutre, une augmentation de 4◦C durant la période d’occupation produit une réduction annuelle de 35 à 50% de l’inconfort dû au froid.

Les résultats montrent également que la vêture joue un rôle majeur dans l’impact sur la sensation thermique. Elle est responsable d’une grande variation sur STN et STP. Comme le confort peut être une source de dérive de la performance énergétique d’un bâtiment, la question de la tenue vestimentaire des occupants ne doit pas être occultée. La fameuse campagne “Cool Biz" [192] menée par le Ministère de l’Environnement Japonais, dans la- quelle il était demandé aux employés de ne pas porter de cravates et de vestes durant l’été, a permis de réduire les émissions de CO2 de plusieurs centaines de tonnes.

Du fait de leur impact sur les apports solaires, il est logique qu’ils jouent un rôle sur le confort thermique, à la fois en hiver mais aussi en été. Il faut noter que l’occupant ne se trouve ja- mais dans la tâche solaire dans la simulation. Sinon, l’impact aurait été considérablement différent.

La Figure 2.12 montre que la fermeture des protections solaires extérieures cause une aug- mentation importante de l’inconfort dû au froid. Ce phénomène peut être expliqué par l’ab- sence de chauffage durant les périodes de mi-saison. D’un autre côté, la Figure 2.13 montre que les stores extérieurs sont capables de diminuer considérablement l’inconfort d’été entre 15 et 28%. On observe aussi que l’ouverture des fenêtres réalisant la surventilation noc- turne en été permet de réduire l’inconfort estival. Cependant, l’impact est plus mesuré que celui des stores (environ 2 fois moindre).

2.5 Conclusion

A l’heure actuelle, les simulations thermiques dynamiques du bâtiment ne prennent pas en compte le comportement de l’occupant. D’un autre côté, de nombreuses études montrent que ces simplifications dans les hypothèses de calcul mènent à de grandes différences entre les résultats de simulation en phase de conception et les mesures effectuées in situ. Dans ce chapitre, nous avons utilisé la méthode du plan d’expériences pour quantifier l’im- pact et les incertitudes causées par les actions des occupants. Le plan d’expériences se base sur la modélisation de nombreuses combinaisons d’actions extrêmes dans une simu- lation énergétique du bâtiment. Six actions sont étudiées à travers 8 configurations de local ainsi que leur impact sur les besoins d’énergie et le confort thermique. De plus, les résultats issus du plan d’expériences sont comparés à ceux issus d’une méthodologie classique utili- sée dans une démarche actuelle de conception. L’ensemble des résultats permet d’apporter les conclusions suivantes :

— les méthodes classiques sous-évaluent les besoins énergétiques (facteur 2) car elles ne considèrent pas correctement le rôle des occupants et leur impact,

— de plus, elles sur-évaluent le confort thermique des occupants,

— pour un même bâtiment, les besoins d’énergie peuvent grandement varier selon les actions des occupants (utilisation du thermostat, des stores etc.). Une incertitude de 130% des besoins énergétiques totaux est imputable au seul rôle des occupants, — les actions les plus influentes sur la performance énergétique sont les opérations sur

la température de consigne, les stores et l’éclairage,

— les actions les plus influentes sur la sensation thermique sont les opérations sur la température de consigne, l’isolement vestimentaire et l’utilisation de stores.

Ces actions doivent être prises en considération convenablement pendant les simula- tions en phase de conception afin de réduire l’écart entre résultats de simulation et réa- lité, en terme de consommation d’énergie. Il devient donc nécessaire d’établir des modèles comportementaux permettant de prédire avec précision les actions des occupants dans les bâtiment. Sans cela, les concepteurs s’exposent à un grand risque d’incertitude dans leurs calculs et donc à des dérives futures dans l’utilisation de l’énergie dans les bâtiments.

Chapitre 3

Méthode expérimentale pour l’étude

du comportement des occupants

Sommaire

3.1 Introduction . . . . 64 3.2 Description des locaux instrumentés . . . . 64 3.3 Matériel et méthode . . . . 65 3.3.1 Mesures des grandeurs physiques . . . 65 3.3.2 Mesures des grandeurs comportementales . . . 71 3.3.3 Implantation des capteurs . . . 72 3.3.4 Composition des trépieds de mesures . . . 75 3.3.5 Chaîne d’acquisition . . . 75 3.3.6 Questionnaires . . . 76 3.4 Traitement des données . . . . 77 3.4.1 Données météorologiques . . . 77 3.4.2 Données d’ambiance intérieures . . . 78 3.4.3 Traitement des données du questionnaire de qualité des ambiances 81 3.4.4 Construction de la base de données . . . 86 3.5 Résultats et discussions . . . . 87 3.5.1 Analyse des données météorologiques . . . 87 3.5.2 Analyse des mesures d’ambiance intérieure . . . 89 3.5.3 Analyse des résultats du questionnaire de qualité des ambiances . 97 3.5.4 Étude des réactions comportementales . . . 104 3.6 Conclusion . . . 112

3.1 Introduction

Les études expérimentales in situ apportent des informations cruciales sur le lien entre l’occupant et son environnement. Elles permettent de comprendre les mécanismes pous- sant l’occupant à agir sur son environnement ou sur ses caractéristiques personnelles. On trouve dans la littérature principalement des campagnes de mesures faites sur un grand nombre de locaux [53; 193; 194], mais avec peu de mesures des conditions environnemen- tales.

Notre but est de déterminer les phénomènes physiques qui déclenchent les actions com- portementales. Nous avons donc décidé d’équiper peu de locaux, mais avec un nombre important de capteurs et sur un temps long (plus d’un an). Au total, 4 bureaux ont été instru- mentés avec, pour chacun, 4 mesures hygrothermiques et une mesure d’éclairement. Nous avons soumis aux occupants des questionnaires complets afin de connaître notamment le jugement et le comportement des occupants. Enfin, nous relevons automatiquement la po- sition des fenêtres et des stores pour en savoir plus sur l’utilisation de ces contrôles. Une partie du matériel a été financé par un appel d’offre de l’Université Paul Sabatier1.

Dans ce qui suit, chaque grandeur et méthode de métrologie est décrite. Nous consa- crons ensuite une partie de ce chapitre au traitement de données qui fut une tâche consé- quente dans la quête de résultats. Enfin, les résultats issus de cette enquête de terrain sont présentés et discutés dans la dernière partie.