Les piscines couvertes sont des complexes sportifs énergivores en raison , entre autres, des besoins importants en chauffage de l’eau et de l’air, en déshumidification et en ventilation pour garantir le confort des usagers. Les progrès réalisés sur le plan des équipements techniques des centres aquatiques récents sont indéniables, mais des audits énergétiques révèlent un potentiel d’économies réalisables par un pilotage optimisé, pour un coût d’investissement limité. La gestion des équipements de traitement d’air et des circuits thermiques des piscines couvertes reste toutefois complexe, du fait des forts couplages entre phénomènes thermiques, hydriques et aérauliques, du caractère dynamique des installations et de l’influence des conditions météorologiques et de l’occupation.
Ces travaux de thèse s’appuient sur une modélisation globale (bâtiment, systèmes, commande) et sur un cas d’étude : une piscine semi-olympique située sur le campus de l’ISAE-SUPAERO à Toulouse et rénovée en 2021. La démarche adoptée combine campagnes expérimentales, analyse des données issues de la GTB, et développement d’un modèle dynamique sous TRNSYS des circuits d’air et d’eau. Ce modèle, calibré et validé à partir de mesures, permet de reproduire le comportement énergétique de l’installation pour des conditions climatiques et d’occupation réelles. Il permet également d’analyser les flux énergétiques, et notamment de mettre en évidence le rôle majeure de l’évaporation, celle-ci représentant la principale source de pertes thermiques.
Des stratégies simples de gestion énergétique compatibles avec des installations existantes et facilement implémentables ont été retenues et étudiées. Pour le circuit d’eau, une première stratégie consiste à optimiser la relance du chauffage après un réduit de nuit, tandis que la seconde utilise le bassin principal comme stockage thermique sensible afin d’améliorer la valorisation de l’énergie solaire par une surchauffe modérée. Il s’avère que cette dernière est plus efficace, et également plus simple. Pour le circuit d’air, les stratégies appliquées cibles les périodes d’inoccupation. Elles concernent la réduction de la durée de renouvellement d’air, l’abaissement des consignes de température et d’humidité, ainsi que l’utilisation d’une couverture anti-évaporation. Les résultats montrent que la modulation de la durée du renouvellement d’air est un des leviers les plus efficaces pour réduire simultanément les consommations des circuits d’air et d’eau tout en limitant les risques de condensation et l’accumulation des trichloramines. La combinaison des stratégies sur le circuit d’air, telles que la couverture ou la stratégie de renouvellement, ne se traduit pas forcément par des gains significatifs, car elles agissent sur le même potentiel d’économie d’énergie. En revanche, la combinaison des stratégies sur les circuits d’eau et d’air présente un caractère complémentaire et permet d’atteindre jusqu’à 22 % d’économies d’énergie annuelles. Cela s’explique par le fait que les deux stratégies ciblent des périodes différentes de la journée ou de l’année. Enfin, les mérites et les limites des différentes stratégies sont discutés en termes d’économies d’énergie, de confort thermique, de qualité de l’air et de facilité d’intégration dans des systèmes existants. |
Indoor swimming pools are highly energy-intensive sports facilities due, among others, to the significant heating, dehumidification, and ventilation demands required to ensure users’ thermal comfort. Although considerable progress has been achieved in the technical equipment of modern aquatic centers, energy audits still reveal substantial energy-saving potential through optimized control strategies with limited investment costs. However, the management of air-handling equipment and thermal circuits in indoor swimming pools remains complex because of the strong coupling between thermal, moisture, and airflow phenomena, the dynamic nature of the installations, and the influence of weather conditions and occupancy.
This thesis work is based on a global modelling approach (building, systems, and control) and on a case study: a semi-Olympic swimming pool located on the ISAE-SUPAERO campus in Toulouse and renovated in 2021. The adopted methodology combines experimental campaigns, analysis of Building Management System (BMS) data, and the development of a dynamic TRNSYS model of the air and water circuits. Calibrated and validated using measurements, the model reproduces the energy behavior of the facility under real climatic and occupancy conditions. It also enables the analysis of energy fluxes and highlights the major role of evaporation, which represents the main source of thermal losses.
Simple energy management strategies compatible with existing facilities and easy to implement were selected and investigated. For the water circuit, a first strategy consists in optimizing the heating restart after night setback operation, while the second uses the main pool as a sensible thermal storage system to improve solar energy utilization through moderate overheating. The latter proved to be both more effective and easier to implement. For the air circuit, the investigated strategies target unoccupied periods. They include reducing the duration of air renewal, lowering temperature and humidity setpoints, and using an anti-evaporation pool cover. The results show that modulating the air renewal duration is one of the most effective levers for simultaneously reducing the energy consumption of both the air and water circuits while limiting condensation risks and trichloramine accumulation. Combining strategies applied to the air circuit, such as pool covers and ventilation renewal strategies, does not necessarily lead to significant additional savings because they act on the same energy-saving potential. In contrast, combining strategies applied to both water and air circuits shows a complementary effect and enables annual energy savings of up to 22%. This can be explained by the fact that the two strategies target different periods of the day or year. Finally, the advantages and limitations of the different strategies are discussed in terms of energy savings, thermal comfort, indoor air quality, and ease of integration into existing systems. |