Les bâtiments industriels et commerciaux souffrent souvent d’un problème commun en été : une chaleur modérée à excessive qui peut avoir un impact sur la sécurité et la productivité des salariés. En augmentant la vitesse de l’air, les brasseurs d’air améliorent le confort et préservent la productivité.
Prêt pour les meilleurs brasseurs d’air ?
Demandez un devis
La thermorégulation du corps humain
Le confort thermique est le niveau de satisfaction d’un occupant par rapport à la température perçue de son environnement. La satisfaction d’un occupant dépend de la quantité de chaleur perdue par le corps d’un individu. Il existe quatre façons dont le corps échange de la chaleur avec son environnement : la convection, l’évaporation, le rayonnement et la conduction.
La convection
La convection se produit lorsque la chaleur est transférée entre une source solide et un fluide en mouvement. Par exemple, le transfert de chaleur par convection se produit lorsque la chaleur de la peau est transférée à l’air ambiant. Dans un air immobile, cette méthode de transfert de chaleur est responsable d’environ 15% de la perte de chaleur du corps. Lorsque la vitesse de l’air augmente, la quantité de chaleur perdue par convection augmente également.
L’évaporation
Le transfert de chaleur depuis le corps se produit également par l’évaporation de l’eau. Lorsque les individus transpirent, l’humidité sur la peau se transforme en vapeur. Ce changement de phase nécessite de l’énergie, qui est fournie par la peau. Lorsque l’énergie est transférée de la peau à l’eau, on ressent un effet rafraîchissant. Le taux d’évaporation est largement déterminé par l’humidité relative dans l’espace.
Un air moins humide a une plus grande capacité de retenir l’humidité, ce qui permet une évaporation plus importante. Au repos, le corps humain perd environ 20% de sa chaleur par évaporation. Pendant l’exercice, ce chiffre augmente considérablement. Les vitesses d’air élevées augmentent l’évaporation en fournissant un mouvement d’air sur la peau, déplaçant ainsi l’air humide loin du corps, qui est ensuite remplacé par un air plus sec pouvant absorber plus d’eau.
Le rayonnement
Le rayonnement est le transfert de chaleur par des ondes électromagnétiques. L’énergie rayonnante est transférée d’un objet à une température plus élevée vers un objet à une température plus basse, sans que les deux objets se touchent. Par exemple, l’énergie rayonnante du soleil chauffe la peau, ce qui vous fait sentir chaud. La chaleur du corps peut également être perdue vers les surfaces de l’environnement proche, ce qui entraîne un effet de refroidissement. Dans un espace climatisé, environ 60% de la perte de chaleur du corps est due au rayonnement.
La conduction
Le dernier mécanisme de transfert de chaleur du corps est la conduction. La conduction est définie comme le transfert de chaleur entre deux objets en contact. Lorsque quelqu’un tient une boisson froide et que la boisson se réchauffe tandis que sa main reste froide, cela est causé par des pertes de chaleur par conduction. La conduction est généralement responsable de moins de 5% de la perte de chaleur du corps.
Comment les ventilateurs de plafond contribuent au confort thermique ?
Les ventilateurs augmentent la vitesse de l’air, ce qui accroît la perte de chaleur par deux des quatre mécanismes de thermorégulation : la convection et l’évaporation. Cela aide le corps à se refroidir et améliore le confort thermique des occupants.
Une vitesse de l’air élevée entraîne également une plus grande sensation de mouvement d’air pour les occupants. Le Centre pour l’Environnement Bâti (CBE) de l’Université de Californie à Berkeley a mené des études où le mouvement de l’air a été modifié par l’utilisation de ventilateurs de plafond, et les occupants ont été interrogés sur leur niveau de satisfaction vis-à-vis de leur environnement. Les études ont révélé que le mouvement d’air perceptible améliore considérablement le confort thermique des occupants, leur perception de la qualité de l’air et leur satisfaction par rapport à des facteurs environnementaux tels que l’humidité.
Ainsi, on sait que la vitesse de l’air augmente le confort thermique et la satisfaction des occupants, mais comment définir le confort thermique ? Et quelle est la quantité d’air en mouvement adéquate ? Pour répondre à ces questions et plus encore, diverses normes ont été établies, notamment la norme ASHRAE 55.
Qu’est ce que le stress thermique ?
Le stress thermique est l’accumulation de chaleur dans le corps à des niveaux malsains. Dans les cas graves, cela peut entraîner des maladies telles que l’épuisement dû à la chaleur et le coup de chaleur. Des facteurs à la fois internes et externes peuvent contribuer au stress thermique. Par exemple, une activité intense qui augmente le taux métabolique va accroître la quantité de chaleur générée par le corps. De plus, si une personne se trouve dans un environnement chaud, son corps est moins capable de rejeter de la chaleur vers l’extérieur, ce qui peut entraîner une surchauffe.
Alors que les individus peuvent contrôler les causes internes du stress thermique en limitant leur activité, il revient aux exploitants de bâtiments, aux entreprises et aux ingénieurs des bâtiments de concevoir un environnement intérieur sûr et confortable. Surtout dans des situations où l’on attend des occupants qu’ils aient des niveaux d’activité élevés, comme dans les salles de sport ou les entrepôts, le confort thermique est essentiel pour assurer la sécurité et la santé des travailleurs.
Comment le confort thermique influe sur la productivité ?
En plus des risques pour la santé liés à la surchauffe, des études ont également révélé que la productivité diminue lorsque les occupants ont trop chaud. Cette perte de productivité peut se produire à des températures bien inférieures à la plage qui provoque un stress thermique, ce qui incite à rechercher un confort thermique au-delà de la simple sécurité de base.
Selon une étude menée par Olli Seppanen et William Fisk à l’Université de technologie d’Helsinki en Finlande, la performance des travailleurs commence à diminuer à seulement 25°C. Et une diminution supplémentaire de 2% de la performance est observée pour chaque augmentation supplémentaire de 1°C jusqu’à 32°C. Au-dessus de 32°C, le risque de maladies liées à la chaleur augmente et la sécurité devient une préoccupation majeure.
Dans les bâtiments équipés de climatisation, maintenir une température intérieure inférieure à 25°C est généralement aussi simple que de régler un thermostat ; cependant, tous les bâtiments ne disposent pas d’un système de refroidissement par climatisation et quand on en a un, la facture d’électricité peut vite devenir insoutenable. Dans certains bâtiments, tels que les entrepôts, il est courant de renoncer à un système de climatisation.
La vitesse de l’air procure un confort réel
Christian Taber et Donald Colliver ont simulé l’impact du mouvement de l’air et de la vitesse de l’air élevée sur le confort thermique dans ces environnements dans un article publié dans le Journal de l’ASHRAE (Confort thermique dans les entrepôts chauffés et ventilés uniquement).
L’étude simule un entrepôt typique (4645 m2) et prévoit le confort thermique des occupants et les niveaux de productivité. Des simulations supplémentaires introduisent également une vitesse de l’air élevée et évaluent l’impact sur la productivité. L’étude a révélé qu’en l’absence de tout système de refroidissement, il y avait un nombre significatif d’heures en dehors de la plage de confort thermique définie par la norme ASHRAE 55, surtout dans les zones climatiques plus chaudes. Une équation développée par Srinavin et Mohamed a ensuite été utilisée pour calculer la perte de productivité en fonction de l’inconfort thermique. L’équation est basée sur le PMV, l’indice de confort prévu pour les occupants défini par la norme ASHRAE 55.
En calculant la perte de productivité, les impacts financiers de la productivité réduite peuvent être déterminés en fonction des niveaux d’occupation des travailleurs et des salaires. L’étude Taber/Colliver calcule le coût annuel de la perte de productivité due à un PMV élevé, avec ou sans vitesse de l’air élevée. Les simulations ont montré qu’en ajoutant 0,81 m/s, le nombre d’heures inconfortables diminuait considérablement, de même que l’impact financier de la productivité réduite. Les pertes de productivité varient selon la zone climatique. Les zones plus chaudes connaissant des pertes plus importantes, mais en moyenne, les pertes annuelles de productivité s’élevaient à $6 272 . Ce chiffre diminuait à $5 227 avec une vitesse d’ air de 0,81 m/s, soit une réduction de 17% des pertes.
En conclusion, la thermorégulation du corps humain est essentielle pour notre confort. Les ventilateurs de plafond peuvent améliorer le confort thermique en augmentant la vitesse de l’air et favoriser la convection et l’évaporation. Gérer le stress thermique en entreprise est crucial pour éviter les risques de maladies liées à la chaleur et maintenir la productivité au travail. Une meilleure compréhension de ces mécanismes peut permettre une conception plus efficace des environnements de travail, améliorant ainsi le bien-être et la performance des collaborateurs.
