Point de rosée, évaporation d'un plan d'eau Le point de rosée point de saturation une donnée importante et pratique Le point de rosée indique à quelle température l'air devient saturé en humidité 100% Hr. L'air chaud contient plus de vapeur d'eau que l'air froid. Quand la différence entre la température et le point de rosée est grande, l'air est sec et l'humidité relative est faible. Quand on refroidit l'air vers son point de rosée, l'humidité relative augmente et atteint 100 % quand les deux températures celle de l'air et celle du point de rosée coïncident. L'eau ne peut plus s'évaporer car l'air est déjà saturé en humidité. Lorsque le point de rosée est atteint, c'est à partir de là que les phénomènes de condensation surviennent telles que les nuages, la brume et la rosée en météorologie. La vapeur d’eau se condense alors sur les surfaces froides. Ainsi, si la paroi d’un corps quelconque dont la température est inférieure au point de rosée de l’air qui l’entoure sera le siège naturel de condensation. Nota La surface d’un plan d’eau en contact avec l’air ambiant peut être assimilée à une paroi. Le point de rosée, un indicateur du degré de confort En général, on commence à sentir un inconfort quand le point de rosée atteint 18°C, vers 21°C, l'inconfort est important. L'humidité devient suffocante vers 24°C et la situation devient dangereuse quand le point de rosée atteint ou dépasse 26°. Par exemple pour l’humain, la sueur évacue l’excès de chaleur dans l’air et rafraîchit donc le corps pour contrôler sa température. Or, lorsque l'air est chaud et très humide à l'extérieur, cet air ne peut absorber l'eau dont le corps désire se débarrasser. L'être humain se trouve donc dans l'impossibilité d'évacuer son surplus d'eau et en ressent des effets désagréables. Une température sèche de 40°C en milieu désertique ou en pleine forêt tropicale n’est pas ressentie tout à fait de la même manière par l’humain. En effet, il sera plus facile d’endurer une telle chaleur dans une région où le climat est sec désert plutôt qu’humide forêt tropicale. Piscine Dans une piscine, le contact de l’air et de l’eau entraîne des échanges entre les deux milieux tant que l’équilibre n’est pas atteint. Si le volume au-dessus du plan d’eau est clos, l’air se charge d’humidité jusqu’à un état d’équilibre, la saturation de l’air ambiant sera complète. Tant la pression de vapeur de l’air ambiant est inférieure à la pression de vapeur saturante à la surface de l’eau il y aura évaporation d’eau. On peut considérer que la température de la couche d’air en contact avec la surface du plan d’eau de la piscine est proche justement de cette température d’eau. L'air chaud plus léger s'élève au-dessus de l'air rafraichi en contact avec le bassin. Cela signifie que si la température de l’air en contact de cette eau est supérieure au point de rosée de l’air ambiant il n’y a donc plus d’évaporation Cet air de contact sur l’eau ayant déjà atteint 100% d’humidité En fait pour que l’évaporation se fasse il faut que l’humidité spécifique à saturation de l’air en contact à la température du plan d'eau soit supérieure à l’humidité spécifique de l'air ambiant. Pour simplifier, prenons la formule empirique Evaporation au niveau du plan d'eau en kg/h sans activité humaine, vitesse d'air au dessus du plan d'eau pratiquement nulle W = Taux d'évaporation du plan d'eau en kg/h We = Humidité spécifique de l'air à saturation à la température du plan d'eau kg/kg d’air sec Wa = Humidité spécifique 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 16 = C'est un coefficient pour les piscines à l'intérieur d'une construction qui intègre la faible vitesse de l'air à la surface du plan d'eau. S = surface du plan d'eau Sur ce tableau avec une température d’eau du bassin de 25°C nous avons trois exemples de calcul, avec Air ambiant 32°C et 70% hr, température de rosée 25,84 °C ===> Il n'y a donc pas d'évaporation car l'air en contact avec le plan d'eau est déjà saturé en humidité, la température d'eau 25°C étant inférieure à la température de rosée 100% Hr Air ambiant 30°C et 50% hr, température de rosée 18,44 °C ===> Il y a donc évaporation Air ambiant 20°C et 50% hr, température de rosée 9,27 °C ===> Il y a aussi évaporation, mais plus élevée que dans le cas précédent. Pour résumer Plus la température de l'eau de la piscine est élevée et plus l'évaporation s'accélère. Plus le taux d'humidité relative dans le volume ambiant est bas et plus l'évaporation de l'eau du bassin sera élevée. à condition que le point de rosée de cet ambiant soit inférieur à la température du plan d'eau. Plus la température ambiante est basse avec un taux d'hygrométrie similaire Plus précisément une baisse du point de rosée et plus le taux d'évaporation est élevé. Pour les bassins situés à l'extérieur, le vent ramène de l'air plus sec au-dessus du liquide et accélère donc l'évaporation. Lorsque le taux d’hygrométrie de l’air au-dessus du plan d’eau atteint 100% l'eau du bassin ne peut plus s'évaporer. Il y a même, si la pression de vapeur est supérieure à la pression de vapeur saturante, liquéfaction sous la forme de gouttelettes de buée ou de brouillard. Ainsi, l'hygrométrie ne peut jamais dépasser 100%. On constate qu’à température et vitesse d’air identique, une flaque d’eau sèche plus vite en climat sec qu’en climat humide. Si l’eau du bassin est supérieure à la température de cet air, l'eau en s'évaporant augmente le point de rosées pour éventuellement atteindre la température de l'air alors Il y a condensation et le brouillard naît. 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. Programme de calcul PsychroSI 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_evap1ts1, 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 Type de piscines Facteur d'activité Fa Piscines résidentielles Condominium Thermes Hôtel Piscines publiques ou Ecoles 1 Whirlpools, spas Wave pools, water slides minimum Fonction = Pool_evap2ts1, 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_evap2ts1, 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 saturation 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_evapts1, 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 Fonction = Pool_rayonts1, ts - ts = Température sèche en °C de l'air ambiant de la piscine - ts1 = Température en °C du plan d'eau Apports sensibles par convection T eau = température de l’eau du bassin Ts = Température ambiante de la piscine Exemple de calcul sur fichier en format PDF, Cliquez sur ce lien Feuille de calcul type sur Excel Résumé des pertes thermiques au travers d'une piscine Déshumidification de l'air du hall de la 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. Dernière mise à jour