AIR AND HUMIDITY TREATMENT

Air treatment in an Olympic swimming pool hall will adjust all characteristics of the atmosphere simultaneously. The characteristics are: temperature in the hall, air pressure, humidity, and cleanliness of the air. In addition to these characteristics, the balance of the air treatment is conditionally dependant on the injection of new air coming from outside.

To maintain a proper atmosphere in the hall of an Olympic swimming pool is largely dependent on automation, a system called “Air Treatment Controller” ATC. This system will control the following characteristics:

  • Mechanical – particular filtration, pulsion (aspiration and feed) and the mixing of air.
  • Thermal – heating, cooling, dehumidification, and humidification if necessary.
  • Physio-chemical – molecular filtration, chemical dehydration.
  • Acoustic – sound trap.

The objective for air treatment is to bring comfort and save energy where the technology allows it.

 

DEHUMIFICATION

It is expected that in a large volume of water such as an Olympic basin (2 500 m³) creates evaporation leading to an excess of humidity. The water of such a basin is heated to a temperature between 25 and 27ºC, which makes evaporation even more extensive. Water evaporates from all surfaces, as much from wet floor tilling as from the pool itself. It is not a wrong idea to think that water evaporation in the big hall might be as much as one thousand liters per day.

So, to avoid damage to the building structure, such as moisture, degradation of materials, corrosion, etc., the ventilation system will have a lot of work to do in order to evacuate the excess of humidity which has to be maintained between 50 and 60%.

Humidity being a critical factor, the evaporation of chlorine, aggressive substance, could also damage the floors, the walls, the ceiling, and the interior furniture if not protected. The control of humidity is then essential to prevent degradation of materials, and it also makes the air more comfortable for the users and easier to control. As mentioned before, a normal level of humidity protects the materials used in the building structure.

During water evaporation, particles of the products used for water treatment will float in the air and make it irritable and corrosive, and these substances may produce unpleasant odours. This phenomenon may sometimes cause breathing problems to the swimmers.

The dehumidification process must necessarily be done with proper ventilation with particle filtration. In order to have a perfect control on the humidity level, il it essential to pair the dehumidifying system with the ventilation system, and together, they will maintain the right humidity level (between 50 and 60%) and with the right temperature level which should not be over 29 ºC in the swimming pool hall, if the pool temperature is between 25 and 27 ºC. Except for the swimming pool hall, all other spaces like the showers, the restrooms and the changing area should be at 23 ºC.

The process of dehumidification removes heat from humidity which can be recycled by the heating of the pool. The ventilation must operate continuously to allow the regulation of the temperature and humidity for a stable environment. The continuous ventilation also permits proper filtering of the air in the hall and allows fresh air from outdoors to mix with the continuous air flow.

Sometimes the dehumidification of a large surface could be done only by ventilation where the humid and warm air is simply replaced by changing the inside air with a large quantity of outside air, when whether permits. The heat extracted from the air is fed into the thermal exchanger and recycled to the heat regulation system of the pool. Humidity is captured by the large plates of the exchanger and channeled to appropriate piping.

Some dehumidification systems are designed with a heat pump that will remove the heat from humidity and channel it toward the temperature regulation system for the water conditioning. The use of a heat pump as a dehumidifier may be advantageous since the same equipment can operate on multi-function tasks.

There are two different technics to extract humidity from the air: dehumidification through condensation or by ventilation. Both have advantages and disadvantages. Dehumidification by condensation is easy to install and to use, and its cost is relatively low. However, it generates heat by extracting humidity from the air. And it admits a limited amount of air from outside in the system.

Dehumidification by ventilation is advantageous where the regulation of humidity and the air temperature must be precise. It may income up to 100% new air from outside. Cooling is not by gas compression; it is natural and active. However, it can not be used when outside humidity is almost as high as inside the hall. Costs for engineering are a lot more important. Physically, it requires a lot more space to install. The choice of dehumidification system will be made when all parameters will be known. New systems are being developed continuously. A new type may be available for the final design of the City College.

 

ENVIRONMENT IN THE SWIMMING POOL HALL

The environment in an Olympic swimming pool hall is aggressive. In the design phase, it is very important to use material corrosion and moisture proof for the walls, the floor and the ceiling. Furniture may also be at risk of degradation if not adapted to this kind of environment. It is also necessary to take some precautions for the air and humidity control equipment like the ATC (Air Treatment Controller) or the alarm gauges normally used.

The ATC should be specially designed for interior pools, that is, constructed with non-corrosive material like aluminum or material covered with epoxy finishing or other protective coatings. The evaporators and the condensers for the ATC should be particularly protected from early degradation, to prevent reducing the useful life of this high-cost equipment.

In general, aluminum and galvanised steel covered with a powder finish are the only materials susceptible to be suitable for Olympic swimming pool environment. Standard stainless steel should be avoided since it would not resist long to a permanent humid environment. Some dehumidifiers for swimming pools (of known brands) are protected as to the EN/ISO 12944-2, class C4 Standards. Many brands of specialised systems are suitable for interior swimming pool air conditioning.

Ideally, the air exchange between interior and exterior is the best method and the less expansive to maintain humidity at a normal and comfortable level. But the costs associated with this method is dependent of the heating of the air before taking it inside the hall. However, for the City College, this method would be largely beneficent du to the absence of winter environment.

Even so, it will be necessary to take into consideration the energetic costs related to the proper function of the systems. The conscious usage of energy related to the ventilation and dehumidification costs for the hall environment will eventually lead to taking important steps for energetic economy of different forms.

Therefore, it is hopeful today to see the importance of recycling the energy rejected by those systems and reintroduce it to the heating system of the pool through a thermal exchanger.

 

INFLUENCE FROM EXTERIOR ATHMOSPHERIC CONDITIONS

The treatment conditions of the air, the humidity, the temperature, and the water in the hall are also influenced by exterior atmospheric conditions. For example, the sun shines through the windows, the heat of the sunny day warms up the bricks which transmit calories through the walls, the warmth of the breeze filters through the doors and other openings, and the ventilation system must compensate for the temperature of the air taken from outside to renew freshness, are all variable factors that must compensate the ATC (Air Treatment Controller) to keep the air, the humidity and the water stable and comfortable.

When the sun shines through the windows, the temperature of the hall may rise well above normal comfortable atmosphere. However, if the ambient temperature is above the exterior temperature and the relative humidity is lower dans in the hall, then it is more advantageous and efficient to ventilate with the air coming from outside (free ventilation) in order to lower and regulate the ambient atmosphere in the hall. But when the exterior air is warmer and the humidity is higher than in the hall, then it will be necessary to refresh the hall with the condensation technics.

A reversible heat pump however seams to be an ideal equipment to regulate the atmosphere of the hall, specially in Madanapalle where there is no winter. Then, the reversible heat pump can function all through the year and can operate in the two directions depending on the difference between the inside and outside atmosphere. However, the heat pump can be used only if the dehumidifier is a ventilation system. The reversible function is completely automated.

In cases where the heat pump is not sufficient due to a warm and humid climate for a longer period, it would be necessary to add a cooling surface to the regular system. For such application, the usual climate patterns should be taken into consideration before the ATC design begins.

 

POOL WATER HEATING

In the Olympic games or international competitions, the pools have to provide a stable water temperature between 25 and 27 ºC. The volume of 2 500 m³ has a huge thermal inertia so, a lot of energy will be necessary to heat the water and keep it stable at the desired level continuously.

The constraints are many:

  • The pool water evaporation, which is intense at this temperature level, causing an increased water replacement demand which will have to be pre-heated before channeling it to the pool.
  • The thermal lost due to the water contact with the concrete structure of the pool.
  • The turbulences in the water caused by the swimmers and athletes.

The contact of the ambient air in the hall with the pool water is not enough to compensate for the lost of heat due to the contact of the water with the concrete pool structure, event when the environment of the hall is heated by the sun through the windows in daytime. So, an appreciable amount of energy will be necessary to keep the temperature of the water to the desired level.

If a condenser-dehumidifier is used, the gas compressor produces a lot of heat by creating a strong pressure on the cooling gas taking away the heat. This heat can be reintroduced in the water conditioning and heating system or into a water condenser.

To reduce evaporation and maintain an ideal comfort, the air temperature must be a few degrees above water temperature. If the air temperature is below the water temperature, the dehumidifier system will have to work much harder to maintain the desired comfort.

The level of relative humidity (RH) must be between 50 and 60% for the swimmers to be comfortable. During the cool season, it is recommended to keep the humidity level around 50% to avoid condensation on the cold surfaces. During the warm seasons, keeping it to around 60% will reduce costs of dehumidification since humidity problems are much less. If humidity is higher than 60%, it may cause discomfort and the problems of condensation will be greater which can even cause moisture on surfaces. If humidity level is under 50% in the summer, evaporation of the pool water will be greater and will be a burden on the ATC, it will work harder and longer.

This shows that the adjustment of relative humidity is very important for the quality of comfort and economy of operation. A seasonal chart of environmental relative humidity will be needed at the construction site before designing the ATC system.

 

AIR CIRCULATION

The air circulation in the hall of an Olympic swimming pool is measured by the number of times a definite volume of air circulates in one hour. The air circulation is very important since it reduces condensation on fixed surfaces cooler than the air itself. A good calibration of the air flow is essential to reduce the noise of the circulating air and, at the same time, avoid air drafts. Air circulation is measured in a volume of air displacement in the hall depending on the capacity the dehumidifier can handle. The necessary parameters will be considered before the design of the ATC.

 

AIR DISTRIBUTION IN THE HALL

The balanced distribution of air in the swimming pool hall plays an important role in making sure no area is in a dead spot in order to avoid moisture. It is important to regulate the flow of air so the air volume that enters the hall is either equal or a little less than the air going out. The regulation must be done by adjustable air valves on the distribution system.

Air distribution should not increase the pressure in the hall in order to avoid condensation on the walls and on objects as well as concentrations of chlorine odours in non ventilated areas. In this immense hall, it surely would be necessary to add ceiling ventilators to assist the air circulation in places where the main ventilation will not be sufficient. However, it is not recommended to install ventilators above the pool water to avoid excessive evaporation.

 

AIR QUALITY

The air quality in the hall of an Olympic swimming pool is crucial. The comfort of an ambient air quality will also influence humor quality. The atmosphere should not be too heavy nor too cold. The swimmers should not feel air drafts. The fidelity of swimmers will depend on the air quality that will convince them to come back or not.

 

THE ATMOSPHERE FOR THE WATCHERS SITTING INSIDE THE POOL HALL

The normal atmosphere in the pool hall must be primarily for the swimmers that need different ambient conditions than the watchers sitting in the pool hall. The watchers should expect that the hall environment is the swimming environment conditions for the swimmers and may not be suitable for watchers.

The well-being of the swimmer is determined by his muscular activity and the water temperature. The swimmer is constantly in transition between hall environment and water.

However, a watcher sitting in the hall may feel a slight heat lost by air convection and evaporation off the skin and become uncomfortable. So, the watcher none-swimmer should expect such relative discomfort due to the pool environment. It is therefore a priority to make sure that no effort will be neglected to establish a sufficient comfort level to thermal feelings.

The necessary thermal balance to the well-being, physical and physiological must be maintained so that the body does not have to fight again warmth nor coolness. This relative comfort may be attained by the velocity of air change cycle inside the hall of the pool.

When the prescribed conditions for the swimmers will not be adequate for the watchers inside the hall, another observation environment is provided outside the hall. Seats in steps outside of the pool hall are separated by large windows on many levels to provide comfort to the watchers and that will allow different groups to assist at the competitions in the required conditions for their well-being.

 

BUILDING PROTECTION

As mentioned before, the Olympic pool hall will be subject to aggressive and corrosive atmosphere caused by the chemical products used for water treatment. The protection of walls, ceiling and the floor covering against that corrosion is a major element to avoid damage when the air drops under the dewpoint. During the hall design, the choice of materials will have to be water resistant and anti-corrosive. They will have to withstand long periods to high intensity of condensation without being damaged.

A continuous vigilance will be necessary to prevent extreme variations of atmosphere in the hall to avoid the failures of the conditioning systems, otherwise it would be exceedingly difficult to re-establish and stabilize. It will also be necessary to consider a minimum thermal insolation between the interior and exterior of the hall even if the winters are inexistant. The meteorological conditions could be very different between hot and humid summers and cool and dry winter seasons. The prevision of a minimum thermal insolation may bring a substantial economy of energy.

It will be very important, in the construction phase, to watch for air leaks and do everything to avoid them. Because of the pool environment, these air leaks can allow water vapors to penetrate inside the wall and ceiling structures and create interior condensation leading to moistures where ventilation is inexistent.

This infiltration, hidden to the vigilance of the maintenance crew, is often a major cause of building degradation cause by interior pools. This degradation may appeal as corrosion, dislocation of masonry or concrete erosion, deterioration of insulation, etc. All the consequences related to this degradation deteriorate the building structure prematurely. The deterioration of insulation related to excessive condensation will result in an increase of possible lost of control of the hall atmosphere.

It is important to consider the air circulation in the whole building, other than the pool hall within the same building. The humid air coming from the hall, if allowed to go to other areas within the building may also be damageable, specially in areas on higher levels. It is very important to prevent the pool hall atmosphere to flood all other parts of the sports center. No need to say that the swimming pool hall ventilation systems should be totally different than the general ventilation system for all other areas of the sports center. Otherwise, it is catastrophic!

The walls and the ceiling of the pool hall must be waterproof and anti-corrosive to avoid migration of water vapor into the structure ramifications. The paint coating should be waterproof (if used) to prevent peeling due to humidity.

The walls and the floor covering as well as the surfacing of the pool are normally covered with ceramic tiling since it is the most popular in humid areas. This finish offers a good water sealant and is relatively easy to maintain. The costs are also attractive compared to other waterproof materials and it can be found in a variety of colours, models, and quality.

Another interesting finish is the cellular concrete, very popular in large public buildings. It has a sober and modern finish look. Lighter and more insolating dans the usual concrete, the cellular concrete, once hardened, becomes a relatively light concrete made of numerous tiny air bubbles uniformly spread out in the material. A cellular concrete finish is water resistant and absorbs water three times less than ordinary concrete.

Cellular concrete can be an excellent firewall since it is three times more resistant to fire dans regular concrete because of its higher thermal resistance. It also has an insolation factor comparable to wood. It could very well become the finishing material for the ceiling instead of water-resistant paint that would have to be redone every few years, specially in the swimming pool hall where humidity is the worst enemy of paint.

The ways to finish the walls and the ceiling will be major in the design of the swimming pool hall in such a way that one day an electrical failure or a malfunction of the systems might at anytime upset the regulated atmosphere and create frustrations. It will not be simple to start from scratch depending on the length of the shutdown.

 

THERMAL SPECIFICATIONS OF THE HALL

The thermal characteristics of the windows, the walls, the ceiling and the floor finish for the swimming pool hall will be a major factor in the building design. Even if the region does not know winters, the insulation properties which will be provided in the construction will have an important role to determine the characteristics already mentioned for the Olympic swimming pool hall environment.

Fenestration is one of the factors most susceptible to react rapidly to relative humidity depending on the exterior atmospheric conditions. All surfaces with a temperature lower than the dewpoint inside the hall will react in condensing the water vapor and the condensed drops of water will be streaming down the windows and walls. Therefore, during the design, it is important to consider double glass windows with a half-atmosphere between the glasses for a minimum insulation.

When designing fenestration, the heat radiation passing through during the warmer period of the day is often taken into account, but there is also cool radiation when the sun is not present. This cool radiation is strongly felt by the swimmers when they are out of the water and it contributes also to cool the atmosphere of the hall by convection causing uncomfortable areas near the windows.

To avoid the formation of mist on the windows, especially the ones on exterior walls, it will be necessary to ventilate along those windows to avoid water vapor to set on the glass and create mist that will eventually stream down the windows.

And to block the thermal radiation due to the heat passing through the windows during a warm summer day, the double glass windows will be tripled by a low emissivity membrane (low-E) installed between the two glass panels of the windows during fabrication. This membrane will block a large part of the infrared frequency range (heatwave carrier) and will allow a better thermal insulation of the windows. The only disadvantage is the reduction of 5 to 10% of the light passing through the windows.

 

ENERGY ECONOMY

It is to be expected that the costs of managing a large space like an Olympic swimming pool installation will be important. The cost of water, specially in countries where water is a major issue, could be a factor that would discourage the initiative of such a project. Other than the cost of water, more expenses are to be considered like the power needed to run such installations like:

  • The ATC, Air Treatment Controller
  • The dehumidification system
  • The ventilation system
  • The water treatment system
  • Lighting expenses
  • Etc.

There are, however, many ways to reduce the costs and make little gains and sometimes substantial gains depending on the moment of the day or season. Following are some of the methods, non-restrictive, that may reduce the expenses:

  • To lower water evaporation in order to reduce the efforts of the dehumidifier system, it would be wise to reduce water heating by a few degrees after the last competition or the last swimming cession. Instead of keeping the pool water at 27ºC, reduce it to 25ºC. At the same time, reduce the temperature of the hall by the same factor. However, the temperature of the hall should always be 2ºC higher than the water temperature to avoid over evaporation. Raise the two regulated levels, air, and water temperatures, at least four hours before the next competition or swimming cession.
  • Yet, to reduce the dehumidifier’s efforts, if the exterior temperature is lower than the temperature in the hall, increasing the volume of air coming from outside by ventilation, and keeping the temperature and humidity levels as stable, will fairly reduce the operation costs.
  • Evaporation is a phenomenon that will never stop, but it can be substantially reduced in certain circumstances. For example, during the night, spreading a bubble pool liner on the water would reduce evaporation by a lot. Caution! The pool liner must be removed during the day when the sun is shining, overwise, microscopic seaweeds may develop, and the quantity of chlorine would have to be increased to compensate.
  • Other means will be discovered during operation of the installations.

 

PROFITABILITY

The regular expenses to be expected:

  • Electricity.
  • Lighting.
  • Operation permits.
  • Perishable furniture.
  • Taxes.
  • Operation costs for all systems.
  • Purchase or collecting water.
  • Water treatment products.
  • Surveillance salaries.
  • Maintenance costs.
  • Etc.

The expected incomes are:

  • Swimming pool access memberships.
  • Clubs or groups memberships.
  • Locale competitions.
  • International competitions.
  • Swimming courses.
  • Athletic nautical courses.
  • Publicity videos.
  • Sales of nautical sports articles.
  • Etc.

 

CONCLUSION

  • A dehumidification system for a swimming pool is used to overcome the constant evaporation of the pool water and to respect the comfort rules.
  • Some modern regulation systems provide a constant regulation of temperature and humidity of the hall, as well as the regulation of exterior air volume necessary for dehumidification.
  • The minimum quantity of exterior air volume incorporated in the system is prescribed by the VDI 2989 Standard.
  • Other than the comfort for the swimmers, the building protection is very important.
  • A balanced ventilation design in the smallest details provides a uniform atmosphere in the swimming pool hall and avoids humid concentration spots.
  • It is essential to ventilate 24 hours a day for best results, regardless of the frequency of the pool occupation.
  • A serious selection of dehumidification system high performance can be determinant in the cost reduction for the operation of the installations.

To be continued…

 

 

 

TRAITEMENT DE L’AIR ET DE L’HUMIDITÉ

Le traitement de l’air dans la salle d’une piscine olympique permet de régler toutes les caractéristiques de l’atmosphère simultanément. Ces caractéristiques sont : la température dans le hall, la pression de l’air, l’hygrométrie ou l’humidité et la propreté de l’air. L’équilibre du traitement de l’air, en plus de tous ces éléments, est aussi dépendant conditionnellement de l’apport d’air neuf venant du milieu extérieur.

Le maintien d’une atmosphère adéquate dans le hall de la piscine olympique est dépendant de l’automatisation, c’est-à-dire un appareil appelé « centrale de traitement d’air » ou CTA. Cet appareil effectuera le contrôle sur les traitements suivants :

  • Mécanique – la filtration particulière, la pulsion (aspiration et refoulement) et le mélange de l’air.
  • Thermique – le chauffage, le refroidissement, la déshumidification et l’humidification si nécessaire.
  • Physico-chimique – la filtration moléculaire, la déshydratation chimique.
  • Acoustique – le piège à sons.

Le traitement de l’air a pour principal objectif d’apporter le confort et de récupérer de l’énergie là où la technologie le permet.

DÉSHUMIDIFICATION

Il est normal qu’un si grand volume d’eau d’un bassin olympique (2 500 m³) crée de l’évaporation qui mène à un excès d’humidité. L’eau d’une piscine olympique doit être chauffée entre 25 et 27 ºC, ce qui rend l’évaporation encore plus importante. L’eau s’évapore de toutes les surfaces, autant au-dessus de la piscine même que sur le carrelage humide tout autour. Il n’est pas utopique de penser que l’évaporation d’eau dans le grand hall de la piscine olympique pourrait aller jusqu’à quelques milliers de litres par jour.

Donc, pour éviter les ravages causés à la structure du bâtiment, comme les moisissures, la décomposition des matériaux, la corrosion, etc., le système de ventilation aura beaucoup de travail à faire pour évacuer le surplus d’humidité qui doit être maintenu objectivement entre 50 et 60%.

En plus de l’humidité, qui est un facteur critique, l’évaporation du chlore, substance agressive qui, de plus, pourrait attaquer sévèrement les planchers, murs et plafond, sans nommer l’aménagement intérieur, lorsque déposé, peut provoquer de sérieux dommages. Le contrôle de l’humidité est donc essentiel pour prévenir la dégradation des matériaux, mais aussi, rend l’air plus confortable pour les occupants et plus facile à contrôler. Tel que mentionné, un taux d’humidité normal rend l’air moins lourd et prévient la dégradation des matériaux de construction utilisés dans le bâtiment.

Durant l’évaporation, des particules de produits du traitement de l’eau vont aussi flotter dans l’air et se mélanger à l’air ambiant, ce qui rend l’air irritant et corrosif, et il n’est pas impossible que ces substances créent des odeurs désagréables. Ce phénomène peut occasionner des problèmes respiratoires aux baigneurs.

Donc, la déshumidification doit nécessairement être accompagnée de ventilation adéquate avec filtration. Pour avoir un contrôle optimal de l’humidité, il est nécessaire de jumeler un système de déshumidification au système de ventilation, et ensemble, ils maintiendront le taux d’humidité nécessaire ainsi que la bonne température du hall de la piscine, qui ne devrait pas dépasser 29 ºC, si la piscine est à 27 ºC. Contrairement à cet espace, les vestiaires doivent être autour de 23 ºC. Le processus de déshumidification extrait la chaleur de l’humidité qui peut être recyclée dans le réchauffement de l’eau de la piscine.

La ventilation doit fonctionner constamment pour permettre la régulation de la température et avoir une ambiance stable pour des mesures précises d’humidité. La ventilation continue permet aussi de filtrer l’air ambiant avec un renouvellement de l’air à des périodes prédéterminées, ce qui peut permettre de puiser un certain pourcentage d’air frais de l’extérieur.

Dans certains cas, la déshumidification d’une grande surface peut se faire seulement par ventilation où l’air humide et chaud de la salle est simplement remplacé par l’air provenant directement de l’extérieur. La chaleur de l’air extrait est récupérée par l’échangeur thermique et recyclée vers le système de régulation de la température de l’eau de la piscine. L’humidité est captée par les plaques de l’échangeur thermique et disposée dans les canalisations appropriées.

Dans certains systèmes, le déshumidificateur est conçu avec une pompe à chaleur qui fonction à la fois comme déshumidificateur mais aussi pour soutirer la chaleur de l’eau pour la cheminer vers le système de régulation de température de la piscine. L’utilisation d’une pompe à chaleur comme déshumidificateur peut être avantageuse pour opérer plusieurs fonctions avec le même équipement.

Il existe actuellement deux techniques différentes pour extraire l’humidité de l’air : la déshumidification par condensation et celle par ventilation. Les deux ont des avantages et des désavantages. La déshumidification par condensation est facile à installer et à utiliser et coûte relativement peu cher. Par contre, elle génère de la chaleur en extrayant l’humidité de l’air. De plus, elle ne peut admettre qu’un petit volume d’air nouveau de l’extérieur dans son système.

La déshumidification par ventilation est avantageuse là où la régulation de l’humidité et de la température doit être optimale. Elle peut admettre jusqu’à 100% d’air nouveau de l’extérieur. Le refroidissement n’est pas par compression d’un gaz ; il est naturel et actif. Par contre, elle ne peut pas être utilisée lorsque l’humidité extérieure est presque aussi élevée qu’à l’intérieur. Les coûts d’ingénierie et d’installation sont beaucoup plus importants. Physiquement, elle nécessite passablement plus d’espace d’installation. Le choix du type de déshumidificateur se fera lorsque tous les paramètres seront connus. De nouveaux systèmes sont continuellement en développement. Ils seront peut-être au rendez-vous lors de la conception finale de la Cité Collégiale.

ENVIRONNEMENT DANS LA SALLE DE LA PISCINE

L’environnement dans la salle d’une piscine olympique est agressif. Il est très important, lors de la construction, d’utiliser des matériaux protégés contre la corrosion et les moisissures sur les murs, le plancher et le plafond. L’ameublement aussi peut être à risque de se dégrader s’il n’est pas adapté à ce genre d’environnement. Il faut aussi penser aux appareils de contrôle comme le CTA (central de traitement d’air) ou encore les sondes d’alarme de toutes sortes.

Le CTA devra être conçu spécialement pour les piscines intérieures, c’est-à-dire construit avec des matériaux non corrosifs comme l’aluminium ou des matériaux couverts d’époxy ou autres revêtements protecteurs. Les évaporateurs et les condensateurs du CTA ont particulièrement besoin d’une protection de qualité pour éviter la dégradation prématurée, ce qui écourterait la durée de vie de ces appareils au coût très élevé.

En règle générale, l’aluminium et l’acier galvanisé avec un revêtement en poudre sont les seuls matériaux qui conviennent à l’environnement des salles de piscine olympique. Il faut oublier l’acier inoxydable standard car il ne convient pas à une humidité permanente. Certains déshumidificateurs de piscine (de marque connue) sont protégés conformément à la norme EN/ISO 12944-2, classe de protection C4. Il en est de même pour les autres appareils spécialisés pour les piscines intérieures.

Idéalement, l’échange entre l’air intérieur et extérieur est la meilleure méthode, et la moins coûteuse, de maintenir un niveau d’humidité normal et confortable. Mais, les coûts associés à cette méthode dépendent du réchauffement de l’air avant de l’amener dans la salle. Mais pour la Cité Collégiale, cette méthode sera largement bénéfique à cause de l’absence de froid hivernal.

Tout de même, il sera nécessaire de prendre en considération les coûts énergétiques reliés à l’utilisation de l’énergie requise pour le bon fonctionnement. La consommation énergétique consciente conduit à accorder une importance non négligeable à l’économie d’énergie sous différentes formes reliées à la ventilation et à la déshumidification de l’air dans le hall de la piscine.

Par conséquent, il est souhaitable aujourd’hui, de voir à recycler autant que possible et de récupérer la chaleur pour la réintroduire dans le réchauffement de l’eau de la piscine à travers les échangeurs thermiques.

 

INFLUENCE DES CONDITIONS ATMOSPHÉRIQUES EXTÉRIEURES

Les conditions du traitement de l’air, de l’humidité, de la température de l’air et de l’eau de la piscine intérieure sont aussi influencées par les conditions atmosphériques extérieures. Par exemple, le soleil qui pénètre par les fenêtres, la chaleur d’une journée chaude recueillie par les briques transmettent des calories à l’intérieur à travers les murs, les portes et autres ouvertures, le système de ventilation qui doit compenser pour la température de l’air puisé à l’extérieur pour le renouvellement d’air, sont des facteurs variables qui combattront la stabilité du CTA (Centrale de traitement d’air).

Lorsque la lumière du soleil traverse les fenêtres, la température de la salle de la piscine peut grimper rapidement au-dessus de la température ambiante souhaitée. Toutefois, si la température ambiante est au-dessus de la température extérieure et que l’humidité relative est plus basse que dans la salle, il est plus avantageux et plus efficace de faire circuler l’air de l’extérieur (ventilation libre) pour contribuer à faire baisser l’air ambiant et régulariser l’environnement dans la salle. Mais si l’air extérieur est plus chaud et l’humidité plus élevée que dans la salle, alors il sera nécessaire de faire le refroidissement par la technique de condensation.

Dans ce cas, la pompe à chaleur réversible semble l’appareil idéal pour faire face à cette situation environnementale, surtout que, à Madanapalle en Inde, il n’y a pas d’hiver. Donc, la pompe à chaleur réversible peut fonctionner en tout temps dans les deux sens en suivant les écarts intérieurs/extérieurs. Toutefois, la pompe à chaleur pourrait être utilisée seulement dans le cas où la déshumidification serait par ventilation. La fonction réversible est complètement automatisée.

Dans le cas où la pompe à chaleur ne suffirait pas, à cause d’un climat chaud et humide pour une longue période, il serait nécessaire de rajouter une surface refroidissante en soutien au système régulier. Pour une telle application, les paramètres du climat devront être étudiés en profondeur avant la conception finale du système CTA.

 

CHAUFFAGE DE L’EAU DE LA PISCINE

Dans le cas de Jeux Olympiques ou de compétitions internationales, les piscines de compétition doivent offrir une eau à une température stable entre 25 et 27 ºC. Un volume de 2 500 m³ d’eau possède une inertie thermique énorme, donc beaucoup d’énergie sera nécessaire pour chauffer l’eau à la température désirée et la maintenir stable en tout temps.

Les contraintes sont multiples :

  • l’évaporation de l’eau de la piscine, assez rapide à cette température, créera une demande d’eau supplémentaire qu’il faudra chauffer avant de l’intégrer au système de circulation d’eau de la piscine ;
  • les pertes thermiques dues au contact de l’eau avec le béton et le revêtement froid du fond et des côtés de la piscine ;
  • le bouillonnement ou le brassage de l’eau causé par les nageurs ou les athlètes.

Le contact de l’air ambiant dans la salle avec l’eau n’est pas suffisant pour compenser les pertes de chaleur causées par les parois et le fond de la piscine, même si l’air de la salle est chauffé par le soleil durant le jour. Donc, un apport d’énergie sera nécessaire pour maintenir l’eau à la température requise.

Si un déshumidificateur à condensation est utilisé, le compresseur à réfrigérant produit beaucoup de chaleur en créant une énorme pression sur le réfrigérant qui se refroidit, extirpant sa chaleur et c’est cette chaleur qui peut être dirigée vers le système de conditionnement de l’eau ou un condensateur à eau.

Pour réduire l’évaporation et maintenir un confort idéal, la température de l’air doit être à quelques degrés au-dessus de la température de l’eau. Si la température de l’air est au-dessous de la température de l’eau, le déshumidificateur aura beaucoup de mal à conserver le confort.

Le niveau de l’humidité relative (HR) doit se situer entre 50 et 60% pour que les baigneurs soient confortables. Durant les saisons fraîches, il est recommandé de garder l’humidité autour de 50% pour éviter la condensation sur les surfaces froides. Durant les saisons chaudes, la consigne est plutôt de 60% pour réduire les coûts de déshumidification parce que les problèmes d’humidité sont moindres. Une humidité plus élevée que 60% peut causer des inconforts et les problèmes de condensation sont plus élevés ce qui peut entraîner l’éclosion de champignons. Une humidité en-dessous de 50% l’été fera augmenter l’évaporation de la piscine et forcera le CTA à travailler plus fort et plus longtemps.

Ceci démontre que le réglage de l’humidité relative est très important pour la qualité du confort et l’économie du coût d’exploitation. Une charte de l’humidité relative extérieure du lieu de construction de la Cité Collégiale sera nécessaire pour assister la conception du système CTA.

 

LA CIRCULATION DE L’AIR

La circulation de l’air dans la salle d’une piscine olympique est mesurée par le nombre de fois qu’un volume défini circule durant une heure. La circulation de l’air est très importante et réduit la condensation sur les surfaces fixes plus froides que l’air. Une bonne calibration de déplacement d’air est essentielle pour réduire le bruit de l’air qui circule et éviter les courants d’air. Cette circulation d’air est mesurée en volume selon la grosseur du déshumidificateur par rapport au volume de la salle de la piscine. Les paramètres nécessaires seront considérés lors de la conception du CTA.

 

LA DISTRIBUTION DE L’AIR DANS LA SALLE

La distribution équilibrée de l’air dans la salle de la piscine joue aussi un rôle très important pour assurer qu’aucune surface ne soit dans un coin mort afin d’éviter les moisissures. Il est important de régulariser le flux de l’air afin que le volume d’air qui entre dans la salle soit égal ou un peu moindre que celui qui en sort. Donc, le réglage doit se faire par des vannes ajustables sur le système de distribution.

La distribution ne doit pas augmenter la pression dans la salle, et ceci pour éviter la condensation sur les murs et les objets, ainsi que les concentrations d’odeur de chlore dans des endroits non aérés. Dans cette immense salle, il sera possiblement nécessaire d’ajouter des ventilateurs de plafond pour aider la circulation de l’air. Toutefois, il faut écarter l’installation de ventilateur au-dessus de l’eau de la piscine pour éviter la sur-évaporation.

 

LA QUALITÉ DE L’AIR

La qualité de l’air dans la salle d’une piscine olympique est déterminante. Le confort d’un air ambiant de qualité influence l’humeur. L’air ne doit pas être trop lourd ou trop froid. Les baigneurs ne doivent pas sentir de courants d’air. La fidélité des baigneurs sera déterminée par la qualité de l’air qui les incitera à revenir ou non.

 

L’AMBIANCE POUR LES OBSERVATEURS DANS LES GRADINS

À L’INTÉRIEUR DE LA SALLE

Il est entendu que les conditions ambiantes dans la salle de la piscine doivent viser d’abord le bien-être des baigneurs qui nécessitent des conditions différentes de celles des occupants non-baigneurs. Les spectateurs dans les gradins à l’intérieur de la salle de la piscine doivent s’attendre à avoir une condition environnementale propice aux baigneurs, ce qui peut ne pas convenir parfaitement à un spectateur.

Le bien-être du baigneur est déterminé par son activité musculaire et par la température de l’eau. Il est constamment en transition entre l’eau et l’air de l’environnement.

Par contre, un observateur à l’intérieur de la salle ressent des pertes de chaleur par convection de l’air et par évaporation de l’humidité présente sur sa peau vers l’air ambiant de la salle. Donc, le spectateur non-baigneur doit s’attendre à un inconfort relatif dû à l’environnement de la salle de la piscine. Aucun effort sera épargné, par contre, pour établir un confort suffisant au niveau des sensations thermiques.

L’équilibre thermique nécessaire au bien-être, autant physique que physiologique, doit être maintenu afin que le corps n’ait pas à lutter contre la chaleur ni contre le froid. Ce confort pourra être maintenu par la vélocité du changement de l’air à l’intérieur de la salle de la piscine.

Lorsque les conditions normalisées pour les baigneurs ne pourront pas convenir aux spectateurs, un autre environnement d’observation a été prévu à l’extérieur de la salle. L’installation de gradins séparés par des cloisons largement vitrées sur plusieurs niveaux d’observation assurera le confort des spectateurs et permettra à différents groupes d’assister aux compétitions dans les conditions requises pour leur bien-être.

 

LA PROTECTION DU BÂTIMENT

Comme il a été mentionné, la salle de la piscine olympique sera confrontée à une atmosphère agressive et corrosive causée par les produits chimiques de traitement de l’eau. La protection des murs, du plafond et du recouvrement de plancher contre cette corrosion est un élément majeur pour prévenir des dégâts engendrés par une chute sous le point de rosée. Lors de la conception du local, les matériaux utilisés devront être bien choisis pour leur valeur hydrofuge et leurs caractéristiques anticorrosives. Ils devront résister à une certaine intensité de condensation sans subir de dommage.

Une vigilance de tout instant sera nécessaire pour empêcher les variations extrêmes de l’atmosphère de la salle afin d’éviter les échappatoires du conditionnement intérieur qui seraient difficiles à récupérer et à stabiliser. Il sera nécessaire d’envisager un minimum d’isolation thermique entre l’intérieur et l’extérieur de la salle, même si les hivers sont inexistants. Les conditions météorologiques peuvent tout de même être très différentes entre les étés chauds et humides et les hivers frais et secs. Prévoir l’isolation thermique peut permettre une économie d’énergie assez substantielle.

Il sera important aussi de considérer le phénomène des fuites d’air qui surviennent après la construction des bâtiments. Si ces fuites ont un rapport avec la salle de la piscine, ils peuvent transporter les vapeurs d’eau jusqu’à l’intérieur de la structure des murs et de la toiture, entrainant une condensation interne, créant des moisissures où la ventilation est inexistante.

Cette condensation cachée à la vigilance de l’entretien, est une cause majeure de la dégradation qui afflige très souvent les piscines intérieures. Cette dégradation peut se présenter sous forme de corrosion, de dislocation de la maçonnerie, et d’effritement du béton, de détérioration de l’isolant, etc. Toutes les conséquences reliées à cette dégradation détériorent le bâtiment prématurément. La détérioration de l’isolation suite à une condensation excessive résulte en un accroissement de pertes de contrôle sur l’ambiance intérieure de la salle.

Il est important aussi de considérer la circulation d’air dans tout le bâtiment, autre que la salle de la piscine étant dans la même structure. L’air provenant d’un local très humide peut aussi être nuisible dans des locaux éloignés de la piscine, particulièrement aux niveaux supérieurs. Il est donc important de ne pas laisser passer l’air de la salle de la piscine aux autres parties du complexe sportif. Inutile de dire que le système de ventilation de la piscine en sera un autonome et qu’il n’aura rien à voir avec la ventilation du reste du bâtiment. Autrement, c’est la catastrophe.

Les murs et le plafond de la salle de la piscine doivent être étanches et recouverts d’un matériau hydrofuge et anticorrosif pour éviter la migration des vapeurs d’eau dans les ramifications de la structure. Les revêtements de peinture devront être à l’épreuve de l’écaillement dû à l’humidité.

Pour les murs et le sol, ainsi que les contours de la piscine, le carrelage est l’un des revêtements les plus utilisés dans les piscines publiques ou dans une pièce humide. Il assure une bonne étanchéité et est facile à entretenir. Les coûts sont convenables comparativement à d’autres matériaux hydrofuges et il offre une variété de couleurs, de modèles et de qualités.

Une autre finition intéressante est le béton cellulaire très populaire dans les grands bâtiments publics. Il donne une finition sobre et moderne. Plus léger et plus isolant que le béton ordinaire, le béton cellulaire, une fois durci, crée un béton relativement léger contenant un nombre incalculable de petites bulles d’air hermétiques uniformément réparties dans le béton. Une finition au béton cellulaire résiste à l’eau et absorbe l’eau trois fois moins que le béton ordinaire.

Le béton cellulaire peut être un excellent pare-feu parce qu’il résiste trois fois plus au feu que le béton régulier à cause de sa résistance thermique plus élevée. Il a aussi une résistance isolante semblable à celle du bois. Il pourrait très bien servir de revêtement pour le plafond au lieu de la peinture hydrofuge qui ne dure qu’un certain temps et doit être remplacée assez régulièrement, surtout dans une salle de piscine où l’humidité est sa pire ennemie.

Les méthodes de finition des murs et du plafond seront déterminantes dans la conception de la salle de la piscine en tenant compte du fait qu’un jour, une panne d’électricité ou un mauvais fonctionnement des appareils peut tout simplement tout dérégler et causer des désagréments ou des frustrations. Il n’est pas toujours simple de redémarrer la machine après un dérèglement, dépendamment de la longueur du temps d’arrêt.

 

LES PROPRIÉTÉS THERMIQUES DE LA SALLE

La conception du bâtiment au niveau de la salle de la piscine est très importante dans la considération des propriétés thermique des fenêtres, des murs, du plafond et du revêtement de sol. Même si la région ne connaît pas d’hiver, les propriétés isolantes prévues dans la construction auront une fonction importante et déterminante pour le maintien des critères dont il a déjà été question pour l’environnement dans la salle de la piscine olympique.

La fenestration est l’un des facteurs les plus susceptibles de réagir rapidement à l’humidité relative dépendamment des conditions atmosphériques extérieures. Toutes les surfaces dont la température sera inférieure au point de rosée de l’air intérieur entraînera la condensation de la vapeur d’eau et le ruissellement se fera sur les vitres et les murs. De là l’importance d’inclure dans la conception une fenestration à double parois avec une demi-atmosphère ou moins entre les deux comme isolant.

Lorsqu’il est question de fenêtre, le rayonnement de la chaleur qui s’en dégage par temps chaud est souvent mentionné, mais un rayonnement de froid s’en dégage aussi lorsque le soleil n’est plus présent. Ce rayonnement froid est fortement ressenti par les baigneurs et il contribue aussi à refroidir l’air ambiant par convection causant un inconfort le long des parois vitrées.

Pour éviter la formation de buée sur les fenêtres, surtout celles donnant sur l’extérieur, il est prévu de ventiler de façon à évacuer les vapeurs d’eau à proximité afin qu’elles ne se déposent pas sur les parois vitrées.

Et pour ce qui est du rayonnement thermique dû à la chaleur durant les journées chaudes et ensoleillées d’été, il est prévu de munir les parois vitrées de membranes anti-rayonnement, une pellicule à base émissivité (low-E), installée lors de la fabrication des parois vitrées. Cette pellicule bloque une partie de la gamme des fréquences à infrarouges (qui transportent la chaleur) et permet une meilleure isolation thermique du panneau de verre. Son inconvénient est qu’elle réduit la luminosité d’environ 5 à 10%.

 

L’ÉCONOMIE D’ÉNERGIE

Il est à prévoir que gérer une piscine olympique dans un espace de cette envergure a un coût assez imposant. Les frais liés à l’eau, surtout dans les pays où l’eau est un souci majeur, peuvent être un élément à décourager l’initiative d’un tel projet. Au-delà des coûts de l’eau, d’autres dépenses sont à prévoir comme l’énergie nécessaire pour opérer les installations :

  • La centrale de traitement de l’air, CTA
  • Le système de déshumidification.
  • La ventilation
  • Le système de traitement de l’eau
  • L’éclairage
  • Etc.

Il existe quand même certaines astuces pour faire de petites économies et parfois de très grosses économies selon les moments du jour ou de la saison. Voici quelques méthodes non contraignantes pour économiser quelque peu :

  • Pour réduire l’évaporation de l’eau, donc réduire les efforts du déshumidificateur, il suffit de réduire le chauffage de l’eau de quelques degrés après la dernière compétition ou la dernière séance de natation. Au lieu d’avoir une eau à 27 ºC, la baisser à 25 ºC. Du même coup, réduire la température ambiante de la salle du même nombre de degrés. Laisser l’air ambiant toujours 2 ºC au-dessus de la température de l’eau pour éviter la sur-évaporation. Remonter les 2 consignes au moins 4 heures avant la prochaine compétition ou la prochaine séance de natation.
  • Encore pour réduire le travail du déshumidificateur, si la température extérieure est plus fraîche, augmenter la ventilation pour un apport d’air extérieur plus volumineux tout en surveillant les deux consignes, c’est-à-dire la température de la salle et son humidité.
  • L’évaporation est un phénomène qui ne s’arrête jamais, mais elle peut être relativement réduite dans certaines circonstances. Par exemple, la nuit, étendre une toile à bulle sur l’eau réduira de beaucoup l’évaporation. Mais attention ! La toile doit être retirée au lever du jour pour ne pas favoriser la formation d’algues microscopiques. Autrement, il faudra augmenter la teneur en chlore pour compenser.
  • D’autres moyens seront à découvrir durant l’exploitation de l’installation.

 

LA RENTABILITÉ

Les dépenses courantes à prévoir sont :

  • Les frais d’électricité
  • L’éclairage
  • Les frais de permis
  • L’aménagement périssable
  • Les taxes
  • Les frais d’opérations des systèmes divers
  • L’achat ou la récupération de l’eau
  • Les produits de traitement de l’eau
  • La surveillance
  • La main-d’œuvre pour l’entretien
  • Et autres.

Les revenus escomptés sont :

  • Le prix d’accès à la piscine
  • Les abonnements annuels de groupes ou de clubs
  • Les compétitions locales
  • Les compétitions interrégionales
  • Les compétitions internationales
  • Les cours de natation
  • Les cours d’athlétisme nautique
  • Les spots publicitaires
  • La vente de certains articles de sport nautique
  • Et autres.

 

CONCLUSION

  • Un système de déshumidification de piscine est utilisé en raison de l’évaporation constante de l’eau de la piscine et pour respecter les normes de confort.
  • Certains systèmes de régulation modernes garantissent un réglage continu de la température et de l’humidité de la piscine, ainsi que l’apport de quantité d’air extérieur nécessaire à la déshumidification.
  • La quantité minimum d’air extérieur est prescrite par la norme VDI 2089.
  • En plus du confort du baigneur, la protection du bâtiment est d’une grande importance.
  • Une ventilation équilibrée et réfléchie dans les moindres détails assure une aération homogène dans la salle de la piscine et permet d’éviter les points de concentration d’humidité.
  • Un fonctionnement 24 heures par jour de la ventilation est essentiel, peu importe la fréquence d’utilisation de la piscine.
  • La sélection judicieuse d’un déshumidificateur à haute performance peut être déterminante pour réduire les frais d’exploitation de l’installation.

À suivre…