Détermination du PMV et du PPD et spécification des conditions de confort thermique

Une méthode pour prédire la sensation thermique et le degré d'inconfort (insatisfaction thermique) des personnes exposées à des environnements thermiques modérés selon la norme ISO 7730. Les PMV (Predicted Mean Vote) et PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) sont des indices clés dans le domaine du confort thermique, en particulier dans la conception des systèmes CVC (chauffage, ventilation et climatisation). Ils aident à quantifier le confort thermique humain dans les environnements intérieurs en fonction des variables environnementales et personnelles.

PMV (Predicted Mean Vote)

Le PMV est un indice qui prédit la sensation thermique moyenne d'un grand groupe de personnes en fonction des facteurs suivants :

1.  Température de l'air
2.  Humidité relative
3.  Vitesse de l'air
4.  Température radiante moyenne
5.  Niveau d'isolation des vêtements (Clo)
6.  Taux métabolique (Met)

L'échelle PMV varie de -3 à +3 :

• +3: Très chaud
• +2: Chaud
• +1: Tiède
•   0: Neutre (confort optimal)
• -1: Frais
• -2: Froid
• -3: Très froid

Le PMV est essentiellement la moyenne des votes de sensation thermique pour un groupe de personnes exposées à la même environnement. Il suppose que tous les individus n'ont pas la même perception du confort, donc la valeur représente la moyenne. L'objectif de la plupart des systèmes CVC est de maintenir un PMV proche de 0 (neutre), ce qui signifie que la plupart des gens se sentiront à l'aise.

PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied)

Le PPD est directement lié au PMV et estime le pourcentage de personnes qui seraient insatisfaites d'un environnement thermique particulier. Même dans un environnement idéal (PMV = 0), certaines personnes ressentiront trop de chaleur ou de froid. La relation entre PMV et PPD n'est pas linéaire.

Par exemple :

• Lorsque PMV = 0, environ 5 % des occupants ressentiront un inconfort (PPD = 5 %).
• Lorsque le PMV s'éloigne de 0 (positif ou négatif), le PPD augmente, ce qui signifie que plus de personnes ressentiront un inconfort.

Voici des plages typiques de PMV et les valeurs PPD correspondantes :

• PMV = 0:    PPD ≅ 5 %
• PMV = ±0.5: PPD ≅ 10 %
• PMV = ±1.0: PPD ≅ 25 %
• PMV = ±2.0: PPD ≅ 75 %

Le graphique ci-dessous montre la relation entre le PPD et le PMV.

Application dans la conception des environnements intérieurs

En pratique, les indices PMV et PPD sont utilisés pour concevoir et évaluer les systèmes CVC et les environnements thermiques, dans le but de créer un climat intérieur confortable. Les normes ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers), telles que la norme ASHRAE 55, incluent PMV et PPD comme des indicateurs centraux dans leurs modèles de confort thermique. L'objectif est généralement de maintenir le PMV entre -0.5 et +0.5, ce qui correspond à un PPD inférieur à 10 %, garantissant ainsi que la majorité des personnes se sentent à l'aise.

Influence des facteurs environnementaux et personnels

Le modèle PMV-PPD prend en compte une gamme de facteurs environnementaux et personnels qui influencent le confort thermique :

• Isolation des vêtements (Clo) : Mesure l'isolation fournie par les vêtements. Des vêtements plus lourds augmentent les valeurs Clo, tandis que des vêtements plus légers les réduisent.
• Taux métabolique (Met) : Représente la chaleur générée par le corps humain. Des niveaux d'activité plus élevés (comme faire de l'exercice) entraînent des valeurs Met plus élevées, tandis que des activités sédentaires (comme le travail de bureau) ont des valeurs Met plus faibles.

Exemple en pratique

Dans un environnement de bureau, où l'objectif est de maintenir le confort pour la majorité des occupants, les systèmes CVC sont généralement conçus pour maintenir la température de l'air, l'humidité et d'autres conditions environnementales de manière à ce que le PMV reste autour de 0, résultant en un PPD de 5-10 %. Cela minimise le nombre de personnes qui ressentiraient une chaleur ou un froid excessifs.

Atteindre des valeurs optimales de PMV et de PPD améliore non seulement la satisfaction des occupants, mais augmente également la productivité, réduit l'absentéisme et garantit un fonctionnement écoénergétique des systèmes CVC en évitant la sur-conditionnement.

Ces indices ont été mis en œuvre dans diverses normes internationales, telles que ISO 7730 et ASHRAE 55, en faisant des outils indispensables pour les architectes, ingénieurs et gestionnaires d'installations dans la création d'environnements intérieurs confortables.

Exigences recommandées pour le confort thermique

Exigences recommandées pour le confort thermique dans les espaces occupés par des humains. Il est recommandé comme acceptable que le PPD soit inférieur à 10 %. Cela correspond aux critères suivants pour le PMV :

-0,5 < PMV < +0,5

Activité légère, principalement sédentaire, pendant les conditions hivernales (période de chauffage)

Les conditions sont les suivantes :

1. La température opérative doit être comprise entre 20 °C et 24 °C.
2. La différence de température de l'air vertical entre 0.1 m et 1.1 m au-dessus du sol (c'est-à-dire au niveau de la cheville et de la tête) doit être inférieure à 3 °C.
3. La température de surface du sol doit normalement être comprise entre 19 °C et 26 °C, mais les systèmes de chauffage par le sol peuvent être conçus pour 29 °C.
4. La vitesse moyenne de l'air doit être inférieure à celle spécifiée dans le graphique ci-dessous.
5. L'asymétrie de la température radiante des fenêtres ou d'autres surfaces verticales froides doit être inférieure à 10 °C (par rapport à un petit plan vertical à 0.6 m au-dessus du sol).
6. L'asymétrie de la température radiante d'un plafond chaud doit être inférieure à 5 °C (par rapport à un petit plan horizontal à 0.6 m au-dessus du sol).
7. L'humidité relative doit être comprise entre 30 % et 70 %.

Activité légère, principalement sédentaire, pendant les conditions estivales (période de refroidissement)

Les conditions sont les suivantes :

1. La température opérative doit être comprise entre 23 °C et 26 °C.
2. La différence de température de l'air vertical entre 0.1 m et 1.1 m au-dessus du sol (c'est-à-dire au niveau de la cheville et de la tête) doit être inférieure à 3 °C.
3. La vitesse moyenne de l'air doit être inférieure à celle spécifiée dans le graphique ci-dessous.
4. L'humidité relative doit être comprise entre 30 % et 70 %.

Valeurs typiques pour Met et Clo

Vous trouverez ci-dessous deux tableaux résumant les valeurs typiques de Met (taux métabolique) et de Clo (isolation des vêtements) couramment utilisées dans les évaluations du confort thermique :

Activité	Taux métabolique (Met)
Repos (assis tranquillement)	0.8
Lecture ou écriture	1.0
Assis, travail de bureau léger	1.2
Debout, activité légère	1.4
Debout, activité moyenne	1.8
Marche (3 km/h)	2.0
Ménage	2.5
Marche (5 km/h)	2.8
Travail lourd (soulever, etc.)	3.5
Course à pied (8 km/h)	8.0

Type de vêtement	Isolation des vêtements (Clo)
Nu	0.0
Été, vêtements légers	0.5
Vêtements d'intérieur typiques	0.6
Chemise à manches longues, pantalon	0.7
Costume léger	0.9
Costume avec pull	1.0
Vêtements d'hiver	1.3
Vêtements d'hiver avec manteau	1.5
Manteau d'hiver lourd, vêtements thermiques	2.0

Remarques :

• Les valeurs Met augmentent avec le niveau d'activité. Par exemple, s'asseoir tranquillement a un Met d'environ 1,0, tandis que marcher ou pratiquer une activité physique modérée est d'environ 2.0.
• Les valeurs Clo représentent l'isolation fournie par les vêtements. Une valeur de 0 correspond à être nu, tandis que les vêtements d'intérieur typiques varient entre 0.5 et 1.0 Clo. Les vêtements d'hiver plus lourds peuvent aller jusqu'à 1.5-2.0 Clo.

Calculateur de PMV et PPD

Entrée

Vêtements :

[ clo ]

Taux métabolique M :

[ met ]

Travail externe W :

[ met ]

Température de l'air t_a :

[ °C ]

Température radiante moyenne t_r :

[ °C ]

Vitesse de l'air v_a :

[ m/s ]

Humidité relative HR :

[ % ]

Sortie

PMV :

PPD :

[ % ]

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