ISO 14505-2:2006
(Main)Ergonomics of the thermal environment — Evaluation of thermal environments in vehicles — Part 2: Determination of equivalent temperature
Ergonomics of the thermal environment — Evaluation of thermal environments in vehicles — Part 2: Determination of equivalent temperature
ISO 14505-2:2006 provides guidelines for the assessment of the thermal conditions inside a vehicle compartment. It can also be applied to other confined spaces with asymmetric climatic conditions. It is primarily intended for assessment of thermal conditions, when deviations from thermal neutrality are relatively small. Appropriate methodology as given in ISO 14505-2:2006 can be chosen for inclusion in specific performance standards for testing of HVAC-systems for vehicles and similar confined spaces.
Ergonomie des ambiances thermiques — Évaluation des ambiances thermiques dans les véhicules — Partie 2: Détermination de la température équivalente
L'ISO 14505-2:2006 donne des lignes directrices relatives à l'évaluation des conditions thermiques à l'intérieur d'un habitacle de véhicule. Elle peut également s'appliquer à d'autres espaces confinés où règnent des conditions climatiques asymétriques. Elle est essentiellement destinée à l'évaluation des conditions thermiques, lorsque les écarts par rapport à la neutralité thermique sont relativement faibles. L'une des méthodes appropriées décrite dans l'ISO 14505-2:2006 peut être choisie pour être incluse dans des normes de performance spécifiques en vue d'essayer les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (système CVCA) des véhicules et les espaces confinés analogues.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14505-2
First edition
2006-12-15
Ergonomics of the thermal
environment — Evaluation of thermal
environments in vehicles —
Part 2:
Determination of equivalent temperature
Ergonomie des ambiances thermiques — Évaluation des ambiances
thermiques dans les véhicules —
Partie 2: Détermination de la température équivalente
Reference number
ISO 14505-2:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 14505-2:2006(E)
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Published in Switzerland
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ISO 14505-2:2006(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Assessment principles. 2
4.1 General description of equivalent temperature. 2
4.2 General determination principle of equivalent temperature . 3
5 Specific equivalent temperatures . 4
5.1 General. 4
5.2 Whole body equivalent temperature. 4
5.3 Segmental equivalent temperature. 5
5.4 Directional equivalent temperature. 5
5.5 Omnidirectional equivalent temperature. 6
6 Measuring instruments . 7
7 Assessment. 7
7.1 Determination of whole body equivalent temperature. 8
7.2 Determination of local equivalent temperature . 8
Annex A (informative) Examples of measuring instruments. 9
Annex B (informative) Characteristics and specifications of measuring instruments . 12
Annex C (informative) Calibration and other determinations. 18
Annex D (informative) Interpretation of equivalent temperature. 20
Annex E (informative) Examples. 23
Bibliography . 25
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ISO 14505-2:2006(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 14505-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 159, Ergonomics, Subcommittee SC 5,
Ergonomics of the physical environment.
ISO 14505 consists of the following parts, under the general title Ergonomics of the thermal environment —
Evaluation of thermal environments in vehicles:
⎯ Part 1: Principles and methods for assessment of thermal stress [Technical Specification]
⎯ Part 2: Determination of equivalent temperature
⎯ Part 3: Evaluation of thermal comfort using human subjects
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ISO 14505-2:2006(E)
Introduction
The interaction of convective, radiative and conductive heat exchange in a vehicle compartment is very
complex. External thermal loads in combination with the internal heating and ventilation system of the vehicle
create a local climate that can vary considerably in space and time. Asymmetric thermal conditions arise and
these are often the main cause of complaints of thermal discomfort. In vehicles without or having a poor
heating, ventilating and air-conditioning system (HVAC-system), thermal stress is determined largely by the
impact of the ambient climatic conditions on the vehicle compartment. Subjective evaluation is integrative, as
the individual combines into one reaction the combined effect of several thermal stimuli. However, it is not
sufficiently detailed or accurate for repeated use. Technical measurements provide detailed and accurate
information, but require integration in order to predict the thermal effects on humans. Since several climatic
factors play a role for the final heat exchange of a person, an integrated measure of these factors,
representing their relative importance, is required.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14505-2:2006(E)
Ergonomics of the thermal environment — Evaluation of
thermal environments in vehicles —
Part 2:
Determination of equivalent temperature
1 Scope
This part of ISO 14505 provides guidelines for the assessment of the thermal conditions inside a vehicle
compartment. It can also be applied to other confined spaces with asymmetric climatic conditions. It is
primarily intended for assessment of thermal conditions, when deviations from thermal neutrality are relatively
small. Appropriate methodology as given in this part of ISO 14505 can be chosen for inclusion in specific
performance standards for testing of HVAC-systems for vehicles and similar confined spaces.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies
ISO 13731, Ergonomics of the thermal environment — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13731 and the following apply.
3.1
equivalent temperature
t
eq
temperature of a homogenous space, with mean radiant temperature equal to air temperature and zero air
velocity, in which a person exchanges the same heat loss by convection and radiation as in the actual
conditions under assessment
3.2
whole body equivalent temperature
t
eq,whole
temperature of an imaginary enclosure with the same temperature in air and on surrounding surfaces and with
air velocity equal to zero in which a full-scale, human shaped, heated sensor will exchange the same dry heat
by radiation and convection as in the actual non-uniform environment
3.3
segmental equivalent temperature
t
eq,segment
uniform temperature of an imaginary enclosure with the same temperature in air and on surrounding surfaces
and with air velocity equal to zero in which one or more selected zones of a thermal manikin will exchange the
same dry heat by radiation and convection as in the actual non-uniform environment
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ISO 14505-2:2006(E)
3.4
directional equivalent temperature
t
eq,direct
uniform temperature of an imaginary enclosure with the same temperature in air and on surrounding surfaces
and with air velocity equal to zero in which a small flat heated surface will exchange the same dry heat by
radiation and convection as in the actual non-uniform environment
3.5
omnidirectional equivalent temperature
t
eq,omni
uniform temperature of an imaginary enclosure with the same temperature in air and on surrounding surfaces
and with air velocity equal to zero in which a heated ellipsoid will exchange the same dry heat by radiation and
convection as in the actual non-uniform environment
3.6
segment
part of a human-shaped sensor, normally corresponding to a real body-part, consisting of one or several
whole zones, for which a segmental equivalent temperature, t , is presented
eq, segment
3.7
zone
physical partition of a manikin, which is independently regulated and within which the surface temperature and
heat exchange is measured
3.8
HVAC-system
heating, ventilating and air-conditioning system of the vehicle and/or cabin
4 Assessment principles
The assessment principle is based on the measurement of the equivalent temperature. The equivalent
temperature provides a unified, physical measure of the climatic effects on the human dry heat exchange. On
the basis of the actual value for, and the variation in, equivalent temperature, it is possible to predict the
conditions for heat balance under conditions in or close to the thermoneutral zone. People’s thermal sensation
is primarily influenced by general and local levels and variations in skin surface heat flux. Values for the
equivalent temperature of a defined environment have been found to be closely related to how people
perceive thermal conditions when exposed to the same environment. This can be used for the interpretation of
the t value and assessment of the quality of the environment.
eq
The climate is assessed in terms of a total equivalent temperature, which describes the level of thermal
neutrality.
The climate is also assessed for local effects on defined parts of the human body surface. The local
equivalent temperatures determine to what extent the actual body parts fall within the range of acceptable
levels of heat loss (local discomfort).
4.1 General description of equivalent temperature
The equivalent temperature is a pure physical quantity, that in a physically sound way integrates the
independent effects of convection and radiation on human body heat exchange. This relationship is best
described for the overall (whole body) heat exchange. There is limited experience with relations between local
dry heat exchange and local equivalent temperature. The standardized definition of t applies only for the
eq
whole body. Therefore, the definition has to be modified for the purposes of this part of ISO 14505. t does
eq
not take into account human perception and sensation or other the subjective aspects. However, empirical
studies show that t values are well related to the subjective perception of the thermal effect.
eq
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ISO 14505-2:2006(E)
4.2 General determination principle of equivalent temperature
Determination of t is based on equations for convective and radiative heat transfer for clothed persons. Heat
eq
exchange by conduction is assumed to be small and accounted for by radiation and convection.
R=−ht()t (1)
rsk r
Ch=−()t t (2)
csk a
where
2
R is heat exchange by radiation, in watts per square metre (W/m );
2
C is heat exchange by convection, in watts per square metre (W/m );
2
h is the radiation heat transfer coefficient, in watts per square metre (W/m );
r
2
h is the convection heat transfer coefficient, in watts per square metre (W/m );
c
t is the skin temperature, in degrees Celsius (°C);
sk
t is the mean radiant temperature, in degrees Celsius (°C);
r
t is the ambient air temperature, in degrees Celsius (°C).
a
In practice the equivalent temperature is determined and defined by
Q
tt=− (3)
eq s
h
cal
where
t is the surface temperature;
s
t is the temperature of the standard environment;
eq
Q is the measured convective and radiative heat loss during the actual conditions,
QR=+C (4)
h is the combined heat transfer coefficient, determined during calibration in a standard environment.
cal
The standard environment comprises homogenous, uniform thermal conditions with t = t and air velocity, v ,
a r a
< 0,1 m/s. A suitable calibration procedure is described in Annex C.
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ISO 14505-2:2006(E)
5 Specific equivalent temperatures
5.1 General
As there is no method available for measurement of the true total or local t , four specific equivalent
eq
temperatures are calculated according to different principles, according to 5.2 to 5.5. Depending on different
measuring principles, they are defined as
a) whole body equivalent temperature,
b) segmental equivalent temperature,
c) directional equivalent temperature,
d) omnidirectional equivalent temperature.
5.2 Whole body equivalent temperature
5.2.1 Determination principle
The principle of determination is to measure the total heat flow from a human-sized test manikin consisting of
several zones, each with a specific measured surface temperature similar to that of a human being.
Theoretically whole body equivalent temperature can be measured with thermal manikins or a large number of
flat heated sensors attached to an unheated manikin. The accuracy of the result is depending on surface
temperature, size of body, number and division of zones, posture etc. An appropriate method to use is a
thermal manikin divided into separate, individually heated zones covering the whole body, with surface
temperatures close to that of a real human being. A human-sized manikin with only one zone will not
determine a realistic whole body t because the thermal conditions vary too much over the surface. The more
eq
zones the manikin has, the more correct value it will measure.
5.2.2 Calculation
Q
whole
tt=− (5)
eq,whole sk,whole
h
cal,whole
()tA×
∑ sk,nn
(6)
t =
sk,whole
A
∑ n
()QA×
∑ nn
Q = (7)
whole
A
n
∑
where
h is determined by calibration in a standard environment (see Annex C);
cal, whole
n is the number of zones of the body (0 < n u N).
In order to be able to compare results from other manikins, the measured t should be presented together
eq
with specifications of the manikin used, such as regulation principle, skin temperature, number of zones etc.
(see Annexes A and B).
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ISO 14505-2:2006(E)
5.3 Segmental equivalent temperature
5.3.1 Determination principle
The principle of determination is to measure the total heat flow from a segment consisting of one or more
zones, each with a specific measured surface temperature similar to that of a human being.
The segmental t is based on the heat flow from a certain part of the body, i.e. a segment, such as hand,
eq
head or chest. The segmental t can only be measured with a full-sized, human-shaped heated sensor, e.g.
eq
a thermal manikin. The number of zones and the partition between them must at least be such that it
corresponds to the actual segment that the segmental t should be measured for. Some segments, e.g. thigh,
eq
need to be divided into at least two zones within the segment, because the thermal conditions are different on
the front and the rear (seat contact) side in the case of the thigh.
5.3.2 Calculation
Q
segment
tt=− (8)
eq, segment sk, segment
h
cal, segment
()tA×
∑ sk,nn
t = (9)
sk, segment
A
∑ n
()QA×
∑ nn
Q = (10)
segment
A
∑ n
where
h is determined by calibration in a standard environment (see Annex C);
cal, segment
n is the number of zones of the body (0 < n u N).
The segment can be freely chosen, but it must consist of one or more whole zones. Normally body parts like
head, hands, arms, feet, legs, chest, back and seat are chosen. To be able to compare results from other
measurements, the measured t should be presented with specifications about the segment used, such as
eq
regulation principle, surface temperature, which body part, number, size and partition of zones of the segment
(see Annexes A and B).
5.4 Directional equivalent temperature
5.4.1 Determination principle
The principle of determination is to measure the total heat flow from a small flat surface with a measured
surface temperature. The directional t can be described as a normal vector to the measuring plane in every
eq
point, defined by magnitude and direction. It refers to the heat exchange within the half-sphere in front of the
infinitesimal plane. The directional t can only be measured with a flat sensor, which might or might not be
eq
attached to an unheated manikin or other positioning device. Several sensors can be used simultaneously to
determine directional t at other locations or in other directions, provided that they are positioned so that they
eq
do not influence each other.
5.4.2 Calculation
Q
direct
tt=− (11)
eq, direct sk, direct
h
cal, direct
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ISO 14505-2:2006(E)
where
t is the surface temperature of the sensor;
sk,direct
Q is the heat flow from the sensor;
direct
h is determined by calibration of the sensor in a standard environment (see Annex C).
cal,direct
A local equivalent temperature, t , can be calculated as an average value from several measurements at
eq, local
the same location but in different directions. It can be calculated as an arithmetic mean value without weighing
factors or with weighing to simulate a certain body posture.
t
eq, direct,n
∑
t = (12)
eq, local
n
where n is the number of directions.
tt=×()A
eq, local eq, direct,nn
∑
(13)
where n is the number of locations, with Σ(A ) = 1.
n
A total equivalent temperature can be calculated as a weighted mean value of local equivalent temperatures.
tt=×()A
eq, local ∑ eq, local,nn
(14)
where n is the number of measurements, with Σ(A ) = 1, and A represents body postures.
n
In order to be able to compare results from other measurements, the measured t should be presented with
eq
specifications about the sensor used, such as regulation principle, surface temperature, size and also location
and direction of the sensor (see Annexes A and B). Whole body t and total t is not the same. In an
eq eq
asymmetric climate and with seat contact the difference between them will be considerable.
5.5 Omnidirectional equivalent temperature
5.5.1 Determination principle
The principle of determination is to measure the total heat flow from the surface of an ellipsoid with a
measured surface temperature. The omnidirectional t can be described as the weighted mean value of the
eq
directional t in all directions. The weighing factors for the different directions are dependent of the form
eq
of the ellipsoid. It refers to the heat exchange in all directions. The omnidirectional t can only be measured
eq
with an ellipsoid sensor with uniform heat flow over the surface. One or more sensors can be used
simultaneously. If more than one sensor is used, it must be pointed out that the sensors will influence each
other as hot surfaces in the sphere that is measured.
5.5.2 Calculation
Q
omni
tt=−
(15)
eq, omni sk, omni
h
cal, omni
where
t is the surface temperature of the sensor;
sk,omni
Q is the heat flow from the sensor;
omni
h is determined by calibration of the sensor in a standard environment (see Annex C).
cal,omni
6 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 14505-2:2006(E)
Omnidirectional t determined with one ellipsoid sensor in an asymmetric climate is a local t . A total t can
eq eq eq
be calculated as an arithmetic mean value from sensors at different locations with weighing factors for
different body parts according to SAE J 2234.
tt=×()A (16)
eq, total ∑ eq, local,nn
where n is the number of locations, with Σ(A ) = 1.
n
In order to be able to compare results from other measurements, the measured t should be presented with
eq
specifications about the sensor used, such as regulation principle, surface temperature, size and also location
and direction of the sensor (see Annexes A and B).
6 Measuring instruments
Several measurement methods and instruments, representing different measuring principles, are given in
Annexes A and B. Depending on needs, a method as given in Annex A should be selected.
Measurement values obtained with principally different methods are not comparable with each other. They
represent different levels in terms of
⎯ reliability,
⎯ relevance,
⎯ validity,
⎯ repeatability,
⎯ accuracy,
⎯ integration,
⎯ complexity
⎯ cost, and
⎯ availability
Performance and requirements of the specific methods are given in Annex B. Requirements for calibration
procedures are given in Annex C.
7 Assessment
The equivalent temperature represents a quantitative assessment of the conditions for physical heat
exchange. The numeric value of t is a temperature level that can come close to “normal” expected room
eq
temperatures. Higher t values indicate lower heat losses (“warmer”), while lower t values indicate higher
eq eq
heat losses (“colder”).
The interpretation of equivalent temperature in terms of anticipated perceived thermal sensation is based on
series of experiments with subjects in which the different types of equivalent temperature have been
measured. Examples of interpretation are given in Annex C. For some types of equivalent temperature, data
are not available for comparison with human responses. Nevertheless, these kinds of measurement can be
used for differential measurements of thermal conditions.
© ISO 2006 – All rights reserved 7
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ISO 14505-2:2006(E)
7.1 Determination of whole body equivalent temperature
Determination of whole body equivalent temperature should preferably be done with measurements using a
thermal manikin or by integration of discrete measurements using omnidirectional sensors placed at defined
positions in the vehicle cabin.
7.1.1 Determination with omnidirectional sensors
Omnidirectional sensors are described in Annexes A and B. Sensors are placed on a stand simulating a
person and placed in a seat of the vehicle. At least six sensors are placed in relevant positions and
measurements are made when steady state is achieved. Whole body equivalent temperature is determined as
the area-weighted average of the individual sensors. Interpretation of values should be made according to
Annex D.
7.1.2 Determination with a thermal manikin
Requirements for the manikin and procedures are described in Annexes A and B. The manikin is placed in a
seat in the vehicle and whole body heat loss is measured when steady state conditions are achieved. Whole
body heat loss is the area-weighted average of the independent segments of the manikin. Interpretation of
values should be made according Annex D.
7.2 Determination of local equivalent temperature
Determination of whole body equivalent temperature should preferably be done with measurements using a
thermal manikin or by the integration of discrete measurements using omnidirectional sensors.
7.2.1 Determination with omnidirectional sensors or flat, heated sensors
Omnidirectional sensors are described in Annex A. Sensors are placed on a stand simulating a person and
placed in a seat of the vehicle or at defined spots on the surface of the clothing of a person or a manikin.
Measurements are made when steady state is achieved. Local equivalent temperature is determined as the
value of the individual sensor. The more sensors located in the space, the better resolution of the variation in
the thermal field around the human body.
7.2.2 Determination with a thermal manikin
Requirements for the manikin and procedures are described in Annexes A and B. The manikin is placed in a
seat in the vehicle and heat loss is measured from a local segment of the manikin when steady state
conditions are achieved. Local equivalent temperature is determined by the measured value of the individual
segment and represent that particular segment only. Interpretation of values should be made according to
Annex D.
8 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 14505-2:2006(E)
Annex A
(informative)
Examples of measuring instruments
A.1 Thermal manikins
A thermal manikin comprises a human-sized and -shaped sensor with its surface covered with numerous,
individually controlled, heated zones. It is suitable for measurement of whole body as well as local t . The
eq
independent zones of the manikin are heated to a controlled and measured temperature. Low-voltage power
is pulsed to each zone at a rate that allows the maintenance of a chosen constant or variable surface
temperature. It is also possible to maintain a constant power supply to the surface.
The power consumption under steady-state conditions is a measure of the convective, radiative and
conductive heat losses (dry heat loss). Measurements and regulation are made with a computer system.
2
Typically, the quantity measured for each zone is the power consumption or heat loss, Q (W/m ), and the
surface temperature, t (°C). The direct measurement of Q and t eliminates the need for determining the other
s s
components. By normalization to a climate according the definition of equivalent temperature, the heat loss
can be converted to an equivalent temperature. The technical data of two manikens are presented in
Figure A.1 and Table A.1. More details of the measurement and regulation system can be found in the
Bibliography.
Manikin 1 Manikin 2
33 zones 16 zones
Figure A.1 — Schematic pictures of two heated manikins and their division into different zones
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ISO 14505-2:2006(E)
Table A.1 — Technical data for the two examples of thermal manikins
Manikin Male Female
Clothing size C50
Length Sitting (fixed position) 166 cm
Weight 16 kg 31 kg
Number of zones 33 + 3 t 16
a
Regulation principle (see Annex B) Constant t Constant t
sk sk
Constant Q Constant Q
Comfort equation Comfort equation
Clothing 0,6 clo Nude + 0,51 clo
A.2 Discrete, heat integrating sensors
A.2.1 Flat, heated sensors
Flat, heated sensor elements of various design and shape can be used for determination of directional t .
eq
One type of sensor is made of a heated, single element. It consists of a small flat platinum surface,
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14505-2
Première édition
2006-12-15
Ergonomie des ambiances thermiques —
Évaluation des ambiances thermiques
dans les véhicules —
Partie 2:
Détermination de la température
équivalente
Ergonomics of the thermal environment — Evaluation of thermal
environments in vehicles —
Part 2: Determination of equivalent temperature
Numéro de référence
ISO 14505-2:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 14505-2:2006(F)
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ISO 14505-2:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Principes d'évaluation. 2
4.1 Description générale de la température équivalente . 3
4.2 Principe général de détermination de la température équivalente. 3
5 Températures équivalentes spécifiques . 4
5.1 Généralités . 4
5.2 Température équivalente du corps dans son ensemble . 4
5.3 Température équivalente segmentaire. 5
5.4 Température équivalente directionnelle. 5
5.5 Température équivalente omnidirectionnelle . 6
6 Instruments de mesure . 7
7 Évaluation. 8
7.1 Détermination de la température équivalente du corps dans son ensemble. 8
7.2 Détermination de la température équivalente locale . 8
Annexe A (informative) Exemples d'instruments de mesure . 9
Annexe B (informative) Caractéristiques et spécifications des instruments de mesure . 12
Annexe C (informative) Étalonnage et autres déterminations. 18
Annexe D (informative) Interprétation de la température équivalente. 20
Annexe E (informative) Exemples. 23
Bibliographie . 26
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ISO 14505-2:2006(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 14505-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 159, Ergonomie, sous-comité SC 5, Ergonomie
de l'environnement physique.
L'ISO 14505 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Ergonomie des ambiances
thermiques — Évaluation des ambiances thermiques dans les véhicules:
⎯ Partie 1: Principes et méthodes d'évaluation du stress induit par la température [Spécification technique]
⎯ Partie 2: Détermination de la température équivalente
⎯ Partie 3: Évaluation du confort thermique en ayant recours à des sujets humains
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ISO 14505-2:2006(F)
Introduction
L'interaction entre les échanges thermiques par convection, par rayonnement et par conduction à l'intérieur
d'un habitacle de véhicule ou dans des espaces confinés analogues est très complexe. Les charges
thermiques extérieures associées au système de chauffage et de ventilation intérieure du véhicule créent un
climat local qui peut varier de façon significative dans l'espace et dans le temps. Des conditions thermiques
asymétriques se produisent et celles-ci sont souvent la principale cause de plaintes d'inconfort thermique.
Dans les véhicules ne disposant pas d'un système de chauffage, de ventilation et de climatisation (système
CVCA) ou dans lesquels ce système fonctionne de façon médiocre, la contrainte thermique est déterminée en
général par l'impact des conditions climatiques ambiantes sur l'habitacle du véhicule. Une évaluation
subjective est par nature intégratrice, car l'individu regroupe en une réaction l'effet combiné de plusieurs
stimuli thermiques. Cependant, elle n'est pas suffisamment détaillée et précise pour une utilisation répétée.
Les mesurages physiques fournissent des informations détaillées et précises, mais nécessitent une
intégration pour prévoir les effets thermiques sur l'homme. Étant donné que plusieurs facteurs climatiques
influencent le bilan thermique définitif d'une personne, une mesure intégrée de ces facteurs, respectant leur
degré d'importance relative, s'avère nécessaire.
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NORME INTERNATIONALE ISO 14505-2:2006(F)
Ergonomie des ambiances thermiques — Évaluation des
ambiances thermiques dans les véhicules —
Partie 2:
Détermination de la température équivalente
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 14505 donne des lignes directrices relatives à l'évaluation des conditions
thermiques à l'intérieur d'un habitacle de véhicule. Elle peut également s'appliquer à d'autres espaces
confinés où règnent des conditions climatiques asymétriques. Elle est essentiellement destinée à l'évaluation
des conditions thermiques, lorsque les écarts par rapport à la neutralité thermique sont relativement faibles.
L'une des méthodes appropriées décrite dans la présente partie de l'ISO 14505 peut être choisie pour être
incluse dans des normes de performance spécifiques en vue d'essayer les systèmes de chauffage, de
ventilation et de climatisation (système CVCA) des véhicules et les espaces confinés analogues.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 13731, Ergonomie des ambiances thermiques — Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 13731 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
température équivalente
t
eq
température d'un espace homogène, dont la température moyenne de rayonnement est égale à la
température de l'air et où la vitesse de l'air est égale à zéro, dans lequel une personne échange la même
déperdition de chaleur par convection et par rayonnement que dans les conditions réelles soumises à
évaluation
3.2
température équivalente du corps dans son ensemble
t
eq, whole
température d'une enceinte imaginaire, dont la température des surfaces environnantes est égale à la
température de l'air et où la vitesse de l'air est égale à zéro, dans laquelle un capteur chauffé, de forme
humaine, grandeur nature, échangera la même chaleur sèche par rayonnement et par convection que dans le
véritable environnement non uniforme
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ISO 14505-2:2006(F)
3.3
température équivalente segmentaire
t
eq, segment
température uniforme d'une enceinte imaginaire, dont la température des surfaces environnantes est égale à
la température de l'air et où la vitesse de l'air est égale à zéro, dans laquelle une ou plusieurs zones
sélectionnées d'un mannequin thermique échangeront la même chaleur sèche par rayonnement et par
convection que dans le véritable environnement non uniforme
3.4
température équivalente directionnelle
t
eq, direct
température uniforme d'une enceinte imaginaire, dont la température des surfaces environnantes est égale à
la température de l'air et où la vitesse de l'air est égale à zéro, dans laquelle une petite surface plate et
chauffée échangera la même chaleur sèche par rayonnement et par convection que dans le véritable
environnement non uniforme
3.5
température équivalente omnidirectionnelle
t
eq, omni
température uniforme d'une enceinte imaginaire, dont la température des surfaces environnantes est égale à
la température de l'air et où la vitesse de l'air est égale à zéro, dans laquelle un ellipsoïde chauffé échangera
la même chaleur sèche par rayonnement et par convection que dans le véritable environnement non uniforme
3.6
segment
partie d'un capteur de forme humaine correspondant en général à une partie réelle du corps, constituée d'une
ou plusieurs zones entières pour lesquelles une température équivalente segmentaire, t , est
eq, segment
présentée
3.7
zone
division physique d'un mannequin, régulée de manière indépendante, à l'intérieur de laquelle sont mesurés la
température de surface et l'échange de chaleur
3.8
système CVCA
système de chauffage, ventilation et climatisation d'air du véhicule et/ou de la cabine
4 Principes d'évaluation
Le principe d'évaluation est fondé sur le mesurage de la température équivalente. La température équivalente
fournit une estimation physique unifiée des effets climatiques sur l'échange de chaleur sèche du corps humain.
En se basant sur la valeur réelle de la température équivalente et sur la variation de celle-ci, il est possible de
prévoir les conditions propices à un équilibre thermique dans les conditions régnant dans la zone de neutralité
thermique ou proches de celle-ci. La sensation thermique des personnes est influencée principalement par
des niveaux locaux et généraux et par des variations dans le flux de chaleur au niveau de la surface cutanée.
Les valeurs de la température équivalente d'un environnement défini se sont révélées étroitement liées aux
votes de sensation thermique des personnes exposées au même environnement. Cela peut être utilisé pour
l'interprétation de la valeur de t et l'évaluation de la qualité de l'environnement.
eq
Le climat est évalué en termes de température équivalente totale, qui décrit le niveau de neutralité thermique.
Le climat est également évalué au niveau des effets locaux sur des parties définies de la surface du corps
humain. Les températures équivalentes locales déterminent dans quelle mesure les véritables parties du
corps subissent des déperditions de chaleur demeurant dans des limites acceptables (inconfort local).
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ISO 14505-2:2006(F)
4.1 Description générale de la température équivalente
La température équivalente est une grandeur physique pure qui intègre les effets indépendants de la
convection et du rayonnement sur l'échange de chaleur du corps humain. L'échange de chaleur globale
(corps dans son ensemble) fournit la meilleure description de ce rapport. Pour les rapports entre l'échange de
chaleur sèche locale et la température équivalente locale, l'expérience acquise est limitée. La définition
normalisée de la t s'applique uniquement au corps dans son ensemble. Il faut donc modifier la définition
eq
pour les besoins de la présente partie de l'ISO 14505. La t ne prend pas en compte la perception et la
eq
sensation humaines ou d'autres aspects subjectifs. Cependant, des études empiriques montrent que les
valeurs de t sont étroitement liées à la perception subjective de l'effet thermique.
eq
4.2 Principe général de détermination de la température équivalente
La détermination de la t est basée sur des équations relatives au transfert de chaleur par convection et par
eq
rayonnement pour des personnes vêtues. L'échange de chaleur par conduction est supposé faible et est
calculé en fonction du rayonnement et de la convection.
R=−ht()t (1)
rsk r
Ch=−()t t (2)
csk a
où
2
R est l'échange de chaleur par rayonnement, en watts par mètre carré (W/m );
2
C est l'échange de chaleur par convection, en watts par mètre carré (W/m );
h est le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement, en watts par mètre carré degré Celsius
r
2
[W/(m °C)];
h est le coefficient de transfert de chaleur par convection, en watts par mètre carré degré Celsius
c
2
[W/(m °C)];
t est la température cutanée, en degrés Celsius (°C);
sk
t est la température moyenne de rayonnement, en degrés Celsius (°C);
r
t est la température de l'air ambiant, en degrés Celsius (°C).
a
Dans la pratique, la température équivalente est déterminée et définie par
Q
tt=− (3)
eq s
h
cal
où
t est la température de l'environnement normalisé;
eq
t est la température de surface;
s
Q est la déperdition de chaleur par convection et par rayonnement mesurée dans les conditions réelles,
QR=+C (4)
h est le coefficient de transfert de chaleur combiné, déterminé lors de l'étalonnage dans un
cal
environnement normalisé.
L'environnement normalisé comprend des conditions thermiques uniformes et homogènes avec t = t et la
a r
vitesse de l'air, v , < 0,1 m/s. Un mode opératoire d'étalonnage approprié est décrit dans l'Annexe C.
a
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5 Températures équivalentes spécifiques
5.1 Généralités
Étant donné qu'il n'existe aucune méthode pour mesurer la t totale réelle ou locale, quatre températures
eq
équivalentes spécifiques sont calculées en fonction de différents principes de mesurage décrits en 5.2 à 5.5.
En fonction de différents principes de mesurage, ces températures sont définies comme suit:
a) température équivalente du corps dans son ensemble,
b) température équivalente segmentaire,
c) température équivalente directionnelle,
d) température équivalente omnidirectionnelle.
5.2 Température équivalente du corps dans son ensemble
5.2.1 Principe de détermination
Le principe de la détermination consiste à mesurer le flux total de chaleur émise d'un mannequin d'essai de
taille humaine comprenant plusieurs zones, chacune avec une température de surface mesurée spécifique
similaire à celle d'un être humain. Théoriquement, la température équivalente du corps dans son ensemble
peut être mesurée avec des mannequins thermiques ou un nombre important de capteurs plats chauffés
attachés à un mannequin non chauffé. L'exactitude du résultat est fonction de la température de surface, de la
taille du corps, du nombre de zones et leur division, de la posture, etc. Une méthode appropriée consiste à
utiliser un mannequin thermique divisé en zones distinctes, chauffées individuellement, couvrant l'ensemble
du corps, avec des températures de surface proches de celles d'un véritable être humain. Un mannequin de
taille humaine avec seulement une zone ne permettra pas de déterminer une t réaliste d'un corps dans son
eq
ensemble, car les conditions thermiques varient trop sur toute la surface. Plus il y a de zones sur le
mannequin, plus la valeur mesurée sera correcte.
5.2.2 Calcul
Q
whole
(5)
tt=−
eq,whole sk,whole
h
cal,whole
()tA×
∑ sk,nn
t = (6)
sk,whole
A
∑ n
()QA×
∑ nn
Q = (7)
whole
A
∑ n
où
h est déterminé par étalonnage dans un environnement normalisé (voir Annexe C);
cal, whole
n est le nombre de zones du corps (0 < n u N).
Pour pouvoir comparer les résultats obtenus d'autres mannequins, il convient que la valeur de t mesurée
eq
soit présentée avec les spécifications du mannequin utilisé, telles que le principe de régulation, la température
cutanée, le nombre de zones, etc. (voir Annexes A et B).
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5.3 Température équivalente segmentaire
5.3.1 Principe de détermination
Le principe de la détermination consiste à mesurer le flux total de chaleur émise d'un segment comprenant
une ou plusieurs zones, chacune avec une température de surface mesurée spécifique similaire à celle d'un
être humain.
La t segmentaire est basée sur le flux de chaleur émise par une certaine partie du corps, c'est-à-dire un
eq
segment, comme la main, la tête ou la poitrine. La t segmentaire peut seulement être mesurée à l'aide d'un
eq
capteur chauffé de forme humaine, grandeur nature, par exemple un mannequin thermique. Il faut que le
nombre de zones et leur répartition correspondent au moins au segment réel pour lequel la t segmentaire
eq
est mesurée. Pour certains segments, par exemple la cuisse, il est nécessaire de diviser en au moins deux
zones à l'intérieur du même segment, car les conditions thermiques sont différentes sur la face avant et la
face arrière (contact avec le siège) de la cuisse.
5.3.2 Calcul
Q
segment
tt=− (8)
eq, segment sk, segment
h
cal, segment
()tA×
∑ sk,nn
t = (9)
sk, segment
A
∑ n
()QA×
∑ nn
Q = (10)
segment
A
∑ n
où
h est déterminé par étalonnage dans un environnement normalisé (voir Annexe C); et
cal, segment
n est le nombre de zones du corps (0 < n u N).
Le segment peut être choisi librement mais il faut qu'il comprenne une ou plusieurs zones entières.
Normalement, les parties du corps telles la tête, les mains, les bras, les pieds, la poitrine, le dos et le
postérieur sont choisies. Pour pouvoir comparer les résultats obtenus avec d'autres mesurages, il convient
que la valeur de t mesurée soit présentée avec les spécifications sur le segment utilisé, telles que le
eq
principe de régulation, la température de surface, la partie du corps, le nombre, la taille et la division des
zones du segment (voir Annexes A et B).
5.4 Température équivalente directionnelle
5.4.1 Principe de détermination
Le principe de la détermination est de mesurer le flux total de chaleur émise d'une petite surface plate avec
une température de surface mesurée. La t directionnelle peut être décrite comme un vecteur normal au plan
eq
de mesurage en chaque point, défini par l'ampleur et la direction. Elle se rapporte à l'échange de chaleur à
l'intérieur de la demi-sphère à l'avant du plan infinitésimal. La t directionnelle peut seulement être mesurée à
eq
l'aide d'un capteur plat, lequel peut ou peut ne pas être attaché à un mannequin chauffé ou autre dispositif de
positionnement. Plusieurs capteurs peuvent être utilisés simultanément pour déterminer la t directionnelle à
eq
d'autres emplacements ou dans d'autres directions, à condition qu'ils soient positionnés de manière à ne pas
avoir d'incidence les uns sur les autres.
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ISO 14505-2:2006(F)
5.4.2 Calcul
Q
direct
tt=− (11)
eq, direct sk, direct
h
cal, direct
où
t est la température de surface du capteur;
sk,direct
Q est le flux de chaleur émise par le capteur;
direct
h est déterminé par étalonnage du capteur dans un environnement normalisé (voir Annexe C).
cal,direct
Une température équivalente locale, t peut être calculée sous forme d'une valeur moyenne à partir de
eq. local,
plusieurs mesurages effectués au même emplacement mais dans différentes directions. Elle peut être
calculée sous forme d'une moyenne arithmétique sans fonction de pondération ou avec pondération afin de
simuler une posture particulière du corps.
t
∑ eq, direct,n
t = (12)
eq, local
n
où n est le nombre de directions.
tt=×()A (13)
eq, local ∑ eq, direct,nn
où n est le nombre d'emplacements avec Σ(A ) = 1.
n
Une température équivalente totale peut être calculée sous forme d'une moyenne pondérée de températures
équivalentes locales.
tt=×()A (14)
eq, local ∑ eq, local,nn
où n est le nombre de mesurages avec Σ(A ) = 1 et A représente des postures corporelles.
n
Pour pouvoir comparer les résultats obtenus avec d'autres mesurages, il convient que la valeur de t
eq
mesurée soit présentée avec les spécifications sur le capteur utilisé, telles que le principe de régulation, la
température de surface, la taille ainsi que l'emplacement et la direction du capteur (voir Annexes A et B). La
t du corps dans son ensemble et la t totale n'est pas la même. Dans un climat asymétrique et avec
eq eq
contact avec le siège, la différence sera considérable.
5.5 Température équivalente omnidirectionnelle
5.5.1 Principe de détermination
Le principe de la détermination est de mesurer le flux total de chaleur émis par la surface d'un ellipsoïde avec
une température de surface mesurée. La t omnidirectionnelle peut être décrite comme la valeur moyenne
eq
pondérée de la t directionnelle dans toutes les directions. Les fonctions de pondération pour les différentes
eq
directions dépendent de la forme de l'ellipsoïde. Elle se rapporte à l'échange de chaleur dans toutes les
directions. La t omnidirectionnelle peut seulement être mesurée à l'aide d'un capteur ellipsoïdal avec un flux
eq
de chaleur uniforme sur toute la surface. Un ou plusieurs capteurs peuvent être utilisés simultanément. En
cas d'utilisation de plusieurs capteurs, il faut signaler que, en tant que surfaces chaudes, les capteurs auront
une incidence les uns sur les autres dans la sphère soumise au mesurage.
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ISO 14505-2:2006(F)
5.5.2 Calcul
Q
omni
tt=− (15)
eq, omni sk, omni
h
cal, omni
où
t est la température de surface du capteur;
sk,omni
Q est le flux de chaleur émis par le capteur;
omni
h est déterminé par étalonnage du capteur dans un environnement normalisé (voir Annexe C).
cal,omni
La t omnidirectionnelle déterminée à l'aide d'un capteur ellipsoïdal dans un climat asymétrique est une t
eq eq
locale. Une t totale peut être calculée sous forme d'une moyenne arithmétique à partir de capteurs
eq
positionnés à différents emplacements avec des fonctions de pondération pour différentes parties du corps
[7]
conformément à la SAE J 2234 .
tt=×()A (16)
eq, total ∑ eq, local,nn
où n est le nombre d'emplacements avec Σ(A ) = 1.
n
Pour pouvoir comparer les résultats obtenus d'autres mesurages, il convient que la valeur de t mesurée soit
eq
présentée avec les spécifications sur le capteur utilisé, telles que le principe de régulation, la température de
surface, la taille ainsi que l'emplacement et la direction du capteur (voir Annexes A et B).
6 Instruments de mesure
Plusieurs méthodes et instruments de mesure, représentant différents principes de mesurage, sont décrits
dans les Annexes A et B. En fonction des besoins, il convient de choisir l'une quelconque des méthodes
décrites dans l'Annexe A.
Les valeurs de mesurage obtenues avec des méthodes dont le principe diffère ne sont pas comparables entre
elles. Elles correspondent à différents niveaux en termes de
⎯ fiabilité,
⎯ pertinence,
⎯ validité,
⎯ répétabilité,
⎯ exactitude,
⎯ intégration,
⎯ complexité,
⎯ coûts,
⎯ disponibilité.
La performance et les exigences des méthodes spécifiques sont données dans l'Annexe B. Les exigences
relatives au mode opératoire d'étalonnage figurent dans l'Annexe C.
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7 Évaluation
La température équivalente correspond à une évaluation quantitative des conditions propices à un échange
de chaleur physique. La valeur numérique de t est un niveau de température qui peut se rapprocher de
eq
températures ambiantes escomptées «normales». Des valeurs t plus élevées indiquent des déperditions de
eq
chaleur inférieures («plus chaud») et des valeurs t plus faibles indiquent des déperditions de chaleur
eq
supérieures («plus froid»).
L'interprétation de la température équivalente en termes de sensation thermique perçue anticipée est basée
sur une série d'expérimentations avec des sujets pour lesquels les différents types de température
équivalente ont été mesurés. Des exemples d'interprétation sont décrits dans l'Annexe C. Pour certain types
de température équivalente, il n'existe pas de données pour comparaison avec des réponses humaines.
Néanmoins, ces types de mesurages peuvent être utilisés pour des mesurages différentiels des conditions
thermiques.
7.1 Détermination de la température équivalente du corps dans son ensemble
Il convient d'effectuer la détermination de la température équivalente du corps dans son ensemble à l'aide de
mesurages faits avec un mannequin thermique ou par intégration de mesurages discrets faits à l'aide de
capteurs omnidirectionnels placés en des emplacements définis à l'intérieure de l'habitacle du véhicule.
7.1.1 Détermination avec des capteurs omnidirectionnels
Les capteurs omnidirectionnels sont décrits dans les Annexes A et B. Les capteurs sont installés sur un
support simulant une personne et placés sur un siège du véhicule. Six capteurs au minimum sont placés en
des emplacements pertinents et les mesurages sont effectués une fois un état d'équilibre atteint. La
température équivalente du corps dans son ensemble est déterminée comme la moyenne pondérée en
fonction de la superficie des capteurs individuels. Il convient de procéder à l'interprétation des valeurs selon
les directives données dans l'Annexe D.
7.1.2 Détermination avec un mannequin thermique
Les exigences relatives aux mannequins et aux modes opératoires sont décrites dans les Annexes A et B. Le
mannequin est placé sur le siège du véhicule et la déperdition de chaleur du corps dans son ensemble est
mesurée une fois un état d'équilibre atteint. La déperdition de chaleur du corps dans son ensemble est la
moy
...
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