Confort thermique

Contexte et objectifs

Maintenir le confort thermique des occupants d’un véhicule est une problématique croissante qui prend de l’ampleur au fil des jours : un mode de vie plus rapide et l’augmentation du temps passé dans les véhicules ont mis le confort lors de la mobilité au centre des réflexions. Cependant, fournir aux occupants ce confort thermique entraîne une hausse de la consommation d’énergie, alors que cette énergie serait plus adéquate dans d’autres parties du véhicule, et plus particulièrement pour le fonctionnement du moteur.

Pour les voitures pilotées par un moteur thermique, conserver un niveau de confort dans la cabine entraîne une hausse de la consommation de carburant. Rien que pour les Etats-Unis, environ 26 milliards de litres de carburant sont consommés annuellement pour refroidir les habitacles du véhicule. Dans le cas des véhicules électriques, l’autonomie est réduite jusqu’à 30% en hiver lorsque la température extérieure atteint -20°C en zone urbaine.

Effet de la fourniture du confort thermique sur l’autonomie de la voiture

La demande actuelle d’une meilleure utilisation de l’énergie d’un véhicule et d’une performance plus efficace a entraîné un intérêt accru de la recherche et de l’analyse du système et des besoins de conception pour un environnement de véhicule adéquat. La réponse apportée à ce problème consiste à continuer à fournir du confort aux occupants assis mais de manière dirigée à l’aide d’un confort individualisé.

Modélisation

Le CES a développé un modèle thermo-physiologique de simulation du confort. Les différents types de modèles existants ont été étudiés. Le modèle "BodyHumiTemp" (BHT) a été développé sur la base des données issues d'expérimentation sur des testeurs humains. Le modèle est implémenté dans Thermette qui permet de prendre en compte l'environnement de l'habitacle.
Le travail réalisé par le CES s’intéresse au comportement thermique du corps. Nous visons une meilleure compréhension des interactions personne-environnement. Cette analyse passe donc par une modélisation de la thermo-physiologie humaine. Il s'agit du modèle thermo-physiologique "BHT". Pour une personne soumise à des conditions thermiques complexes, l’outil BHT permet d’obtenir toutes les variables physiques, physiologiques et perceptives, locales et globales, ainsi que des variables non mesurables comme les flux de masse ou de chaleur permettant de mieux comprendre les phénomènes de couplages. On peut alors envisager le dimensionnement d’équipements techniques en tenant compte des exigences de confort de l’être humain. Afin d’évaluer le niveau de confort de la personne et l’effet des systèmes thermiquement actifs sur le confort de la personne, ce modèle prédit :

  • les températures internes du corps
  • les températures cutanées
  • les humidités relatives de la peau
  • la température et l’humidité des vêtements
  • la température et l’humidité de la surface de contact.

Le corps est divisé en 19 segments. La géométrie cylindrique étant la plus représentative des segments du corps humain, le corps est représenté par : 18 segments cylindriques (visage, cou, 2 épaules, thorax, abdomen, 2 avant bras, 2 bras, 2 mains, 2 tibias, 2 cuisses, 2 pieds) et un segment sphérique (la tête). Dans ce modèle, sept types de tissus sont modélisés : le cerveau, les poumons, les viscères, les os, les muscles, la graisse et la peau. Chacun de ces tissus est divisé en plusieurs noeuds ou volume finis variables. Un noeud supplémentaire représentant le réservoir sanguin est ajouté au système.

Les différents segments du corps sont représentés sur la figure III-1. Pour représenter les asymétries convectives, radiatives ou conductives, chaque segment est subdivisé en 2, 3 ou n secteurs angulaires (avant, arrière, latéral…).

La figure ci-dessous montre le modèle développé par le CES pour l'étude du confort.

Structure générale du modèle de confort BHT.
Confort thermique - MINES ParisTech
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