Les plans d'eau des piscines font office d'humidificateur, à cause du fort débit de vapeur qui se produit à la surface de l'eau chaque fois que le point de rosée de l'air ambiant est inférieur à la température de la surface d'eau.

L'évaporation de l'eau à la surface d'une piscine chauffée a tendance à augmenter le degré hygrométrique de l'air ambiant, ce qui influe sur le bien-être des occupants et peut entraîner de graves difficultés avec les matériaux de construction pendant l'hiver.

Les propriétés thermiques des fenêtres et des murs construits selon les méthodes habituelles limitent normalement à 35% l'humidité relative que l'on peut y maintenir en hiver à une température de 23°C. Dans ces conditions, le point de rosée de l'air sera de 6,73°C, ce qui entraînera la condensation de la vapeur d'eau sur toutes les surfaces dont la température est inférieure à ce point de rosée.

D'autre part, la température régnant dans une piscine est toujours bien supérieure à ce point de rosée et l'évaporation sera ininterrompue. L'humidité relative de l'air ambiant s'en trouvera donc accrue jusqu'au point où l'évaporation sera contrebalancée par la perte d'humidité par condensation et ventilation.

En conséquence, il y aura toujours, en hiver, formation de buée sur les fenêtres et les murs de construction habituelle constituant le hall d'une piscine, à moins que l'on ne prévoie une forte ventilation au moyen d'air relativement sec capable d'évacuer la vapeur d'eau à une vitesse suffisante pour contrebalancer l'évaporation.

Si cet air sec de ventilation provient de l'extérieur, il doit être réchauffé au préalable jusqu'à la température de l'air intérieur. Si l'on ne prévoit aucune ventilation, l'évaporation se poursuivra et la vapeur d'eau se condensera sur chaque surface de l'enceinte dont la température sera inférieure à la plus basse des températures, soit de l'air intérieur, ou de l'eau de la piscine. Quand la température de l'eau de la piscine est supérieure à celle de l'air ambiant, des problèmes particulièrement ardus peuvent se poser.

En général, les piscines intérieures doivent être ventilées continuellement ou déshumidifiées si l'on veut empêcher l'accumulation d'une humidité élevée et la possibilité d'une condensation excessive sur les surfaces de l'enceinte.

Le programme de calcul PsychroSI permet de :

• quantifier la vapeur d'eau d'évaporation du bassin (Piscine intérieure ou extérieure)
• d'évaluer la puissance thermique pour réchauffer l'eau du bassin.
• d'évaluer le débit de renouvellement d'air neuf pour déshumidifier l'air ambiant du hall de la piscine

Températures usuelles de l'eau des bassins

Les températures de l'eau sont généralement aux environs de 25-27°C pour les piscines (éventuellement plus basses pour les bassins de compétitions) et 27-32°C pour les bassins d'apprentissages

• Bassin d'apprentissage : 27°C
• Bassin de compétition : 25°C
• Pataugeoire : 30°C
• Loisirs : 24 à 29°C
• Thérapeutique : 29 à 35°C
• Plongée : 27 to 32°C
• Whirlpool/spa : 36 to 40°C

Température intérieure hall piscine

La température intérieure ne devra pas dépasser 27°C dans le hall et 23 °C dans les vestiaires

Evaporation dans les piscines en activité normale en kg/h m2

La quantité d'eau qui s'évapore dépend de la température du plan d'eau de la piscine ainsi que de la température et de l'humidité relative de l'air du hall de la piscine.

Le taux d'évaporation en kg/h m2 peut être estimé pour les piscines de niveau d'activité normale, intégrant les éclaboussements dû aux baignades sur les abords d'une zone limitée (Smith, et al, 1993) (ASHRAE, 1995), selon la formule suivante

Formule N°1

• W = Taux d'évaporation du plan d'eau en kg/h m2
• Pw = Pression de vapeur à saturation prise à la température de la surface de l'eau, kPa
• Pv = Pression de vapeur au point de rosée selon la température de l'air ambiant de la salle, kPa
• V = Vitesse de l'air au-dessus de la surface de l'eau, m/s
• Y = Chaleur latente nécessaire selon le changement d'état de l'eau en vapeur à la température de surface de l'eau, kJ/kg

Selon certaines études, le taux d'évaporation pour une piscine extérieure non occupée avec une vitesse d'air pratiquement nulle est en réalité de 16% à 28% plus faible par rapport à l'équation indiquée ci-dessus.

Fonction = Pool_evap1(ts1, ts, Hr, Vit, Z)
- ts = Température sèche en °C de l'air ambiant de la piscine
- ts1 = Température en °C du plan d'eau
- Hr = Humidité relative en %
- Vit = Vitesse de l'air en m/s au niveau du plan d'eau
- Z = Altitude en m

La vitesse de l'air au niveau du bassin est à définir en fonction du type d'activité et de l'emplacement de la piscine. Pour les piscines extérieures, le calcul est déterminé selon la vitesse du vent estimé :

• piscine à l'air libre = 4 m/s
• Piscine à moitié abritée = 2 m/s
• Piscine abritée = 0,15 à 1 m/s

Formulation selon le type d'activité de la piscine selon le document ASHRAE, 1995

Pour une chaleur latente Y d'une valeur de 2330 kJ/kg et avec une vitesse d'air V de 0,15 m/s et en multipliant par un facteur d'activité Fa pour altérer le taux d'évaporation estimé en fonction du niveau d'activité correspondant, l'équation se réduit à l'expression suivante :

Fonction = Pool_evap2(ts1, ts, Hr, I) - Evaporation au niveau du plan d'eau en kg/h m2
- ts = Température sèche en °C de l'air ambiant de la piscine
- ts1 = Température en °C du plan d'eau
- Hr = Humidité relative en %
Fonction = Pool_evap2(ts1, ts, Hr, I)

Evaporation au niveau du plan d'eau en kg/h m2 (autre formule)

Evaporation au niveau du plan d'eau en kg/h m2 (sans activité humaine, vitesse d'air au dessus du plan d'eau pratiquement nulle)

Formule N°2

• W = Taux d'évaporation du plan d'eau en kg/h m2
• We = teneur en eau de l'air à la température du plan d'eau (kg/kg d’air sec)
• Wa = teneur en eau de l'air du local (kg/kg d’air sec)
• V = Volume spécifique de l’air du local (m3/kg d'air sec)
• Vµ = Volume spécifique de l’air au niveau du plan d’eau (m3/kg d'air sec)

Fonction = Pool_evap(ts1, ts, Hr, Z)
- ts = Température sèche en °C de l'air ambiant de la piscine
- ts1 = Température en °C du plan d'eau
- Hr = Humidité relative en %
- Z = Altitude en m

Avec ce type de formule, il faut en principe rajouter les projections d'eau et des apports latents occasionnés par les baigneurs.

Comparatif selon le type de formule utilisée

Selon le type de formule utilisée on peut effectuer une représentation graphique avec une vitesse d'air nulle au dessus du plan d'eau :

• Courbe 1 = Formule N° 1 - ASHRAE, 1995 intégrant les éclaboussements dû aux baignades sur les abords d'une zone limitée
• Courbe 3 = Formule N° 2 - (sans activité humaine, vitesse d'air au dessus du plan d'eau pratiquement nulle)
• Courbe 3 = Formule N° 1 - ASHRAE, 1995 minorée de 28%

Apports sensibles par rayonnement

• T eau = température de l’eau du bassin
• Ts = Température ambiante de la piscine

Apports sensibles par convection

• T eau = température de l’eau du bassin
• Ts = Température ambiante de la piscine

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Feuille de calcul type sur Excel

Résumé des pertes thermiques au travers d'une piscine

La déshumidification de l'air peut se faire par renouvellement d'air ou par pompe à chaleur.

Déshumidification par renouvellement d'air

L'air extérieur en hiver contient moins de vapeur d'eau que l'air du hall. On introduit dans le bâtiment une certaine quantité d'air extérieur, plus sec, qui se charge en eau, éliminant ainsi la vapeur d'eau en excès.

A noter que la réglementation actuelle limite l'apport en air neuf. L'installation doit être équipé d'un dispositif de récupération d'énergie sur l'air extrait.

Le remplacement d'un kg d'air intérieur par un kg d'air extérieur entraîne une perte d'eau.

Débit d'air neuf massique (Qm) en kg/h

• m = masse d'eau évaporée (g/h)
• Wext = teneur en eau de l'air extérieur pour la température et le degré hygrométrique au moment et selon le lieu considéré (g/kg d’air sec) - En demi-saison, on a couramment, en climat tempéré : Wext = 9 g/kg
• Wa = teneur en eau de l'air du local (g/kg d’air sec) - A 27°C, 60% Hr, Wa = 13,5 g/kg

Débit d'air neuf volumique (Qv) en m3/h

• qv = volume spécifique de l'air en m3/kg (A 27°C, 60% Hr = 0,877 m3/kg)

Exemple de calcul :

• Quantité d'eau à évacuer : 32,4 kg/h
• Conditions climatiques hall piscine : 28°C - 60% Hr
• Conditions climatiques extérieures :-5°C - 90% Hr

Le débit d'air neuf à introduire sera de 2352 m3/h, la puissance calorifique nécessaire pour réchauffer l'air à 28°C sera de 26393 Wh.

Le programme PyschroSI permet d'effectuer ce type de calcul.

L'évaporation naturelle d'une piscine est variable selon différents paramètres, à savoir :

• la température de l'eau
• la température ambiante du local de la piscine
• du taux d'hygrométrie de l'air ambiant
• de la vitesse d'air au dessus du plan d'eau (ce paramètre est nettement plus élevé pour les piscines situées à l'extérieur)

Si un des 3 paramètres (températures ou vitesse d'air) croît ou en cas de réduction du taux d'hygrométrie et plus le taux d'évaporation sera important.

1°/ Exemple pour une piscine dans un local :

• Température de l'eau de la piscine = 27°C
• Température de l'air ambiant = 24°C
• Taux d'hygrométrie de l'air ambiant = 50% (HR)
• Vitesse de l'air au dessus du bassin = 0,1 m/s

Débit d'évaporation = 0,15 l/h m2, soit sur 24 h = 3,6 litres/jour/m2
Chute du niveau d'eau par jour = 3,6 mm/jour

2°/ Exemple pour une piscine dans un local :

• Température de l'eau de la piscine = 20°C
• Température de l'air ambiant = 24°C
• Taux d'hygrométrie de l'air ambiant = 50% (HR)
• Vitesse de l'air au dessus du bassin = 0,1 m/s

Débit d'évaporation = 0,063 l/h m2, soit sur 24 h = 1,51 litre/jour/m2
Chute du niveau d'eau par jour = 1,5 mm/m2/jour

3°/ Exemple pour une piscine extérieure :

• Température de l'eau de la piscine = 22°C
• Température de l'air ambiant = 24°C (Température moyenne dans la journalière)
• Taux d'hygrométrie de l'air ambiant = 50% (HR)
• Vitesse de l'air au dessus du bassin = 1 m/s

Débit d'évaporation = 0,28 l/h m2, soit sur 24 h = 6,72 litres/jour/m2
Chute du niveau d'eau par jour = 6,7 mm/jour

Solution

Pour limiter l'évaporation de l'eau d'une piscine la solution consiste à effectuer un recouvrement par une bâche ou la mise place d'une couverture isotherme du bassin pour limiter le chauffage initial pendant la fermeture nocturne.

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