FR3100316A1 - Système de renouvellement d’air et de chauffage pour bâtiments d'élevage, notamment d’élevage avicole. - Google Patents

Système de renouvellement d’air et de chauffage pour bâtiments d'élevage, notamment d’élevage avicole. Download PDF

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Abstract

La technique proposée concerne un système (10) de renouvellement de l’air et de chauffage d’un bâtiment (1) d’élevage comprenant un dispositif de convection forcée (11) configuré pour chauffer l’air admis dans ledit bâtiment (1), ledit dispositif de convection forcée (11) étant combiné à un plancher chauffant (12) ou à un aérotherme (14). Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Système de renouvellement d’air et de chauffage pour bâtiments d'élevage, notamment d’élevage avicole.
La présente technique se rapporte au domaine de la conception et de la réalisation des équipements destinés à équiper les bâtiments d’élevage, notamment les bâtiments d’élevage avicole, c’est-à-dire les bâtiments d’élevage de volailles.
Plus précisément, la présente technique concerne les équipements de chauffage d’un bâtiment d’élevage avicole.
La présente technique se rapporte également aux équipements de renouvellement de l’air d’un bâtiment d’élevage avicole.
De tels équipements sont mis en œuvre et fonctionnent de façon complémentaire pour constituer des installations de renouvellement d’air et de chauffage dans les bâtiments avicoles.
Art antérieur
Les bâtiments d’élevage, notamment de volailles, accueillent, pour chaque campagne d’élevage, un nombre important d’animaux. Ceux-ci doivent être élevés dans une atmosphère/ambiance saine et à une température relativement élevée.
Par exemple, en ce qui concerne les volailles, cette température est généralement comprise entre 25 °C et 35 °C selon le type et l’âge des volailles.
En outre, dans les élevages avicoles, l’environnement doit toujours être adapté au stade physiologique des animaux.
Ainsi, les besoins en chauffage sont très importants en phase de démarrage de la croissance (ou phase endothermique) du fait que les poussins sont incapables d’assurer leur thermorégulation dans les premiers jours de leur vie. Durant cette phase, un renouvellement de l'air intérieur est également nécessaire.
Le chauffage n'est plus nécessaire à partir d’un certain âge (sauf lorsque la température de l'air extérieur est faible) mais les besoins en ventilation sont importants du fait de la chaleur produite par les animaux (phase exothermique).
Le maintien de la température est donc au rang des préoccupations constantes des éleveurs. En effet, toute baisse ou hausse excessive de température dans un bâtiment d’élevage peut entraîner une surmortalité des animaux. Ce problème est particulièrement sensible avec les volailles.
En outre, une mauvaise ventilation des bâtiments peut aussi entraîner une augmentation du taux d’hygrométrie, ce qui est propice à la propagation de micro-organismes ainsi qu’à une augmentation du taux d’ammoniac résultant de la décomposition des déjections. De tels phénomènes peuvent conduire à la nécessité de renouveler les litières sur lesquelles sont élevés les animaux plus souvent mais aussi à une surmortalité de ceux-ci.
Ainsi, pour obtenir un élevage des volailles dans une atmosphère saine et à des températures relativement stables, les bâtiments d'élevage comportent généralement des installations de ventilation dont l'objectif est de faire entrer suffisamment d'air neuf extérieur à l'intérieur du bâtiment. Ce renouvellement d’air permet de maintenir une certaine température, d’apporter l'oxygène nécessaire aux volailles, et d’obtenir des niveaux acceptables d'humidité, de gaz, de poussière et d'odeurs.
La ventilation des bâtiments d'élevage de volailles est généralement réalisée par des extracteurs d’air situés sur un côté du bâtiment et/ou en pignons, qui prennent la forme de ventilateurs d'extraction (assurant une ventilation dynamique par dépression) d'air vicié de l'intérieur vers l'extérieur du bâtiment, et par des trappes/volets d'admission ou d'entrée d’air extérieur réparties sur le ou les côtés opposés du bâtiment et/ou en pignons.
Ce type de système nécessite de créer une dépression suffisante pour générer de la vitesse d’air au niveau des trappes afin d’obtenir une veine d’air remontant vers le faitage du bâtiment de sorte à capter les calories situées au plafond. L’objectif est de réchauffer l’air entrant qui est plus froid que celui du bâtiment pour qu’il ne retombe pas directement sur les animaux, et cela sans créer une vitesse d'air nuisible/néfaste aux animaux.
Toutefois, ce mode de ventilation oblige un réglage précis de la section d’ouverture en fonction du débit d’extraction souhaité. En adaptant la vitesse des ventilateurs et en modulant leur nombre, il est possible de faire varier le débit d’un rapport allant de 1 à 200. Toutefois, le réglage de l’ouverture des trappes est relativement complexe compte tenu de la très grande plage de rapport de débit possible.
À ce jour, et en prévention d’éventuelles obligations de traitement de l’air vicié rejeté (poussières, ammoniac, etc.), l’extraction est généralement concentrée dans un des deux pignons du bâtiment.
Or, dans la phase de démarrage de la croissance, le fait de gérer toute l’extraction de l’air vicié dans un même pignon présente certains inconvénients. Tout d’abord, cela engendre une mauvaise répartition de l’air neuf sur les animaux. De plus, il existe un risque pour que cela génère une vitesse d’air trop importante sur les animaux.
Pour tenter de remédier à ces inconvénients, il est connu de mettre en œuvre une pluralité de cheminées d'extraction réparties sur la longueur du bâtiment. Néanmoins, l'entretien (nettoyage, maintenance et désinfection) de ces cheminées est complexe dans la mesure où elles sont difficiles d’accès. De plus, un éventuel traitement de l’air vicié extrait serait relativement compliqué à mettre en œuvre pour ces cheminées.
Par ailleurs, dans les cas fréquents où l’intérieur des bâtiments d’élevage doit être chauffé, l’apport d’air extérieur froid par de telles trappes contribue à baisser la température ambiante dans le bâtiment et implique donc un surcoût énergétique pour maintenir celle-ci à un niveau suffisamment élevé.
Pour atteindre ces objectifs de gestion optimale de l'ambiance, des moyens de chauffage sont mis en œuvre. Plus précisément, le chauffage des bâtiments d’élevage avicoles est généralement effectué par des systèmes de convection forcée qui sont pilotés pour atteindre une température de consigne.
Un inconvénient de cette technique réside dans le fait que la chaleur produite par ces dispositifs monte vers la partie supérieure/haute du bâtiment. Or, les animaux sont situés sur le sol du bâtiment, c’est-à-dire au niveau de l’air le plus froid. De plus, la dalle béton sur laquelle ils se trouvent présente une température relativement basse, ce qui n’est pas satisfaisant en phase endothermique, lors des premiers jours des animaux.
Par ailleurs, les systèmes de convection sont pilotés lorsque la température du bâtiment devient inférieure ou tend vers la température de consigne. Le chauffage du bâtiment n’est donc pas anticipé, ou bien pas suffisamment compte tenu de l’inertie de ce type de chauffage. Les besoins énergétiques pour maintenir le bâtiment à la température souhaitée sont donc relativement importants et le coût d’exploitation de ces bâtiments n’est donc pas négligeable.
On connaît également la mise en œuvre de plancher chauffant dans les bâtiments d’élevage qui permettent de chauffer la dalle béton sur laquelle repose les animaux. Cela présente notamment l’avantage de pouvoir aisément gérer la température de la dalle béton lors de la phase de démarrage de la croissance des animaux. Néanmoins, le rayonnement d’un plancher chauffant s’avère inefficace pour réchauffer l’air neuf introduit dans le bâtiment, d’autant plus que les animaux se trouvent alors entre le chauffage et l’air neuf qui est introduit en partie haute du bâtiment.
Les techniques actuelles de chauffage et de renouvellement d’air pour les bâtiments d’élevage ne sont donc pas satisfaisantes.
Quelle que soit la technique connue utilisée parmi celles décrites ci-dessus, on observe qu’en pratique il est souvent difficile d’obtenir de bons résultats d’ambiance et une bonne homogénéité de la température dans le bâtiment, notamment du fait que la ventilation et le chauffage sont conçus indépendamment.
En effet, pour garantir une homogénéité de l’ambiance, il faut une cohérence entre la ventilation et le chauffage, et pouvoir assurer une anticipation du renouvellement d’air et du chauffage.
Il existe donc un besoin de fournir une alternative aux solutions de chauffage et de renouvellent d’air pour les bâtiments d’élevage, tels les bâtiments d’élevage avicole, qui permette de simplifier la gestion de l’ambiance au sein du bâtiment et d’obtenir une homogénéité de température dans le bâtiment en limitant le surcoût énergétique.
Il existe aussi un besoin pour une telle solution qui permette de chauffer le volume du bâtiment et de renouveler l'air en apportant l'oxygène nécessaire aux animaux (volailles, par exemple) pour assurer le confort et le bien-être de ces derniers.
Il existe encore un besoin pour une telle solution qui puisse être adaptée à toutes les phases d’élevage des volailles afin de limiter les coûts de revient, et qui améliore la phase de transition entre les phases endothermique et exothermique.
Il existe encore un besoin pour une telle solution qui puisse être mis en œuvre dans différents types d’installations d’élevage hors sol (pour bovins, caprins, porcs, volailles et lapins notamment, mais non exclusivement).
Il existe encore un besoin pour une telle solution qui soit simple d’utilisation et peu coûteuse à mettre en œuvre.
La présente technique permet de résoudre au moins certains des inconvénients soulevés par l’art antérieur. La présente technique se rapporte en effet, à un système de renouvellement de l’air et de chauffage d’un bâtiment d’élevage comprenant un dispositif de convection forcée configuré pour chauffer l’air admis dans ledit bâtiment.
Selon la technique proposée, le dispositif de convection forcée est combiné à un plancher chauffant ou à un aérotherme.
De cette manière, le dispositif de convection forcée permet de faire entrer de l’air neuf directement à la température souhaitée. Ainsi, le système permet d’éviter les chutes de température dans le bâtiment. De plus, l’ajout d’un plancher chauffant ou d’un aérotherme en complément du dispositif de convection forcée permet de mieux gérer l’homogénéité de température au sein du bâtiment.
La technique proposée, bien différente de toutes les techniques de l’art antérieur connu, fournie donc une solution de chauffage et de ventilation permettant d’anticiper les variations et les besoins de chauffage dans le bâtiment d’élevage tout en garantissant une ambiance optimale dans ce dernier.
Dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif de convection forcée est configuré pour introduire, par surpression, de l’air extérieur dans ledit bâtiment, dit air neuf/renouvelé, et à le chauffer.
De cette manière, l’air introduit dans le bâtiment présente déjà la température souhaitée de sorte à éviter les chutes de température au sein du bâtiment d’élevage lors de l’introduction de l’air neuf. Ainsi, la gestion de la température est grandement facilitée. Par ailleurs, on diminue sensiblement l’inertie des moyens de chauffage, en comparaison avec les solutions de l’art antérieur, puisque le système de chauffage selon la technique proposée présente une réactivité relativement élevée.
Selon un aspect particulier, le système de renouvellement de l’air et de chauffage comprend une chaudière à gaz configurée pour produire une chaleur commune audit dispositif de convection forcée et audit plancher chauffant ou audit aérotherme.
Ainsi, la source de chaleur pour le dispositif de convection forcée et pour le dispositif de chauffage complémentaire (le plancher chauffant ou l’aérotherme) est la même. La mise en œuvre du système est donc relativement aisée, tout comme la maintenance et l’entretien.
De plus, il est possible d’améliorer le rendement de la chaudière à gaz en installant de manière judicieuse le dispositif de convection forcée et le dispositif de chauffage complémentaire (le plancher chauffant ou l’aérotherme).
Selon un aspect particulier, ledit aérotherme comprend un ventilateur, au moins une batterie et au moins un volet d’obturation.
De cette manière, la technique proposée comprend, en complément du dispositif de convection forcée, un aérotherme disposé dans le bâtiment permettant de chauffer l’air du bâtiment, et cela sans introduire d’air neuf.
Selon un autre aspect particulier, ladite au moins une batterie est disposée verticalement par rapport à une dalle béton dudit bâtiment.
L’orientation verticale des batteries de l’aérotherme permet d’éviter le dépôt de poussière sur les batteries et donc de limiter les besoins de nettoyage.
Selon un aspect particulier, ledit aérotherme comprend un premier mode de fonctionnement, dit mode chauffage, dans lequel ledit au moins un volet d’obturation est en position ouverte ou au moins partiellement ouverte de sorte à diriger de l’air vicié à travers ladite au moins une batterie.
De cette manière, les volets de l’aérotherme (deux volets dans cet exemple) peuvent prendre plusieurs positions d’ouverture afin de chauffer l’air du bâtiment. Plus précisément, les volets peuvent prendre une position totalement ouverte ou bien une pluralité de positions intermédiaires, dans lesquelles les volets se trouvent entre la position totalement ouverte et la position fermée.
Selon un autre aspect particulier, dans ledit mode chauffage, la puissance de chauffage dudit aérotherme est fonction de l’angle d’ouverture dudit au moins un volet d’obturation et/ou de la puissance de ladite au moins une batterie.
De cette manière, la puissance de chauffage de l’aérotherme peut être, d’une part, pilotée selon l’ouverture complète ou partielle du ou des volets d’obturation. En effet, selon l’angle d’ouverture des volets d’obturation, on peut sélectionner la quantité d’air traversant les batteries et donc moduler la puissance de chauffage de l’aérotherme.
D’autre part, la puissance de chauffage de l’aérotherme peut être pilotée en faisant varier la puissance de la batterie de l’aérotherme.
Ainsi, la puissance de chauffage de l’aérotherme peut être aisément et précisément modulée, et cela grâce aux deux variables d’ajustement que sont l’angle d’ouverture des volets d’obturation et la puissance de la batterie.
Selon encore un autre aspect particulier, ledit aérotherme comprend un deuxième mode de fonctionnement, dit mode brasseur, dans lequel ledit au moins un volet d’obturation est en position fermée de sorte à empêcher l’air vicié de traverser ladite au moins une batterie.
De cette manière, l’aérotherme fonctionne sans chauffer l’air du bâtiment. Le ventilateur de l’aérotherme permet alors de brasser l’air du bâtiment afin, par exemple, de déstratifier les couches d’air dans le bâtiment. Ainsi, l’air du bâtiment est plus homogène et le confort des animaux est amélioré.
Selon un aspect particulier, ledit aérotherme comprend un troisième mode de fonctionnement, dit mode nettoyage, dans lequel ledit au moins un volet d’obturation est dans une position intermédiaire entre la position fermée et la position totalement ouverte et dans lequel ledit ventilateur tourne en sens inverse des modes chauffage et brasseur.
De cette manière, le nettoyage de l’aérotherme, et plus particulièrement des batteries, est facilité et automatisé. Une intervention manuelle sur l’aérotherme, qui est de plus généralement difficile d’accès, n’est donc plus nécessaire.
La technique proposée concerne également une installation de renouvellement de l’air et de chauffage d’un bâtiment d’élevage comprenant une pluralité de systèmes de renouvellement de l’air et de chauffage tel que décrit précédemment, et dans laquelle lesdits systèmes sont indépendants et répartis sur l’ensemble dudit bâtiment.
Ainsi, l’installation est aisément modulable de sorte à être facilement dimensionnée aux besoins de chaque éleveur.
Par ailleurs, une installation mettant en œuvre une pluralité de systèmes répartis sur la longueur du bâtiment assure une bonne répartition de l’air neuf tout en garantissant une vitesse d’air correcte dans la zone de vie des animaux. L’introduction d’air neuf dans le bâtiment s’effectue donc de manière optimale et homogène.
Figures
D’autres caractéristiques et avantages de la technique proposée apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :
illustre de façon schématique un bâtiment d’élevage équipé d’un système de renouvellement de l’air et de chauffage selon un premier mode de réalisation de la technique proposée ;
illustre de façon schématique un bâtiment d’élevage équipé d’un système de renouvellement de l’air et de chauffage selon un deuxième mode de réalisation de la technique proposée ;
illustre de façon schématique un aérotherme mis en œuvre dans le mode de réalisation de la figure 2 dans un premier mode de fonctionnement ;
illustre de façon schématique un aérotherme mis en œuvre dans le mode de réalisation de la figure 2 dans un deuxième mode de fonctionnement ;
illustre de façon schématique un premier exemple de bâtiment d’élevage comprenant une installation de renouvellement de l’air et de chauffage selon la technique proposée ;
illustre de façon schématique un deuxième exemple de bâtiment d’élevage comprenant une installation de renouvellement de l’air et de chauffage selon la technique proposée ; et
illustre de façon schématique un troisième exemple de bâtiment d’élevage comprenant une installation de renouvellement de l’air et de chauffage selon la technique proposée
Description détaillée de l’invention
Principe général
Le principe général de la technique proposée repose notamment sur la mise en œuvre d’une combinaison de moyens de chauffage et de ventilation permettant d’anticiper les variations et les besoins de chauffage tout en garantissant une ambiance optimale dans un bâtiment d’élevage.
Plus précisément, la technique proposée se présente sous la forme d’une installation de renouvellement d’air et de chauffage comprenant une pluralité de systèmes répartis de manière équilibrée et intelligente dans le bâtiment. Chaque système de renouvellement d’air et de chauffage comprend un dispositif de convection forcée auquel on adjoint soit un plancher chauffant, soit un aérotherme.
Ainsi, la technique proposée permet, via le dispositif de convection forcée, de faire entrer de l’air neuf directement à une température souhaitée, ce qui permet d’éviter les chutes de température dans le bâtiment. De plus, l’ajout d’un plancher chauffant ou d’un aérotherme en complément du dispositif de convection forcée permet de mieux gérer l’homogénéité de la température au sein du bâtiment.
Sur les différentes figures, sauf indication contraire, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence et présentent les mêmes caractéristiques techniques et modes de fonctionnement.
Premier mode de réalisation
Lafigure 1illustre un premier mode de réalisation d’un système de renouvellement d’air et de chauffage pour bâtiment d’élevage.
Sur cette figure, le bâtiment 1 est illustré partiellement et en coupe. Seuls un mur, ou une paroi, 101, le toit 102 et la dalle béton 103 du bâtiment 1 sont représentés.
Le bâtiment 1 est équipé d’un système 10 de renouvellement d’air et de chauffage comprenant, dans ce premier mode de réalisation, un dispositif 11 de convection forcée et un plancher chauffant 12.
Le dispositif de convection forcée 11 selon la technique proposée comprend un ventilateur 111 et une batterie 112 à eau chaude. Il permet une admission d’air extérieur par surpression et un chauffage de cet air avant qu’il ne soit ensuite soufflé/introduit à l’intérieur du bâtiment 1.
Le ventilateur 111 est dit progressif car sa vitesse de rotation est pilotée en fonction des besoins de renouvellement d’air des animaux. Plus précisément, en fonction du poids des animaux, les besoins en renouvellement de l’air sont plus ou moins élevés. Il existe en effet une corrélation entre la courbe de poids des animaux (en kg) et la courbe de besoin de renouvellement de l’air (en m3/h/kg).
Par exemple, pour des animaux/poussins de 0.04 kg, les besoins en renouvellement d’air sont de l’ordre de 0.6 m3/h/kg , tandis que pour des animaux/poulets de 2 kg, les besoins en renouvellement d’air seront de l’ordre de 1.2 m3/h/kg. Ainsi, il est donc aisé de connaître le débit d’air D à introduire dans le bâtiment 1.
Un des avantages du ventilateur 111 de la technique proposée est donc de pouvoir maitriser la quantité d’air neuf introduit dans le bâtiment 1.
L’air neuf (illustré avec des flèches en trait continu sur la figure 1) admis à l’intérieur du bâtiment 1 par le ventilateur 111 traverse, préalablement à son introduction dans le bâtiment 1, une batterie 112 à eau chaude reliée dans cet exemple à une chaudière à gaz 13 afin de chauffer l’air. Ainsi, en passant à travers la batterie 112, l’air admis est chauffé avant d’être introduit dans le bâtiment 1 (illustré avec des flèches en trait discontinu sur la figure 1) afin de présenter une température souhaitée, généralement plus élevée que la température de l’air extérieur admis dans le dispositif de convection forcée 11.
Le dispositif de convection forcée 11 présente en outre un volet 113 situé en aval de la batterie 112. Ce volet 113 pivote de sorte à modifier son angle d’ouverture. Plus particulièrement, l’angle l‘ouverture du volet 113 est ajusté en fonction du débit d’air D du dispositif de convection forcée 11 de sorte à maintenir une vitesse de l’air constante. En d’autres termes, le débit d’air du dispositif de convection étant variable, on fait varier en conséquence la section de sortie d’air du dispositif au moyen du volet 113 afin de maintenir une vitesse d’introduction de l’air dans le bâtiment 1 relativement constante.
Par ailleurs, le volet 113 est également configuré pour obturer de manière totale la sortie d’air du dispositif de convection forcée 11 afin d’empêcher d’éventuelles fuites lorsque ce dernier n’est pas en fonctionnement.
Un des avantages du volet 113 de la technique proposée est donc de pouvoir maitriser la vitesse d’introduction de l’air neuf dans le bâtiment 1. Ainsi, en contrôlant cette vitesse d’air, on peut éviter que l’air neuf ne retombe directement sur les animaux, tout en évitant de créer une vitesse d'air trop importante qui pourrait être néfaste pour les animaux.
La puissance de la batterie 112 peut être ajustée pour amener l’air extérieur à la température de consigne du bâtiment 1. Ainsi, l’air introduit dans le bâtiment 1 est directement soufflé à la température souhaitée, de sorte à éviter les chutes de température liées à l’introduction d’un air neuf froid dans le bâtiment, contrairement à toutes les techniques de l’art antérieur.
Un des avantages d’introduire de l’air neuf à la température de consigne permet d’éviter, par effet de poids, que l’air froid introduit ne tombe sur les animaux lorsqu’il est froid. En effet, l’air introduit étant déjà à température optimale, ce phénomène néfaste pour les animaux est supprimé.
La puissance de la batterie 112 peut être calculée selon la formule mathématique suivante :P = 0,34 x D x T’, dans laquellePreprésente la puissance de la batterie 112 à fournir (en Watt),Dreprésente le débit d’air (en m3) fourni par le ventilateur 111 etT’représente la différence entre la température de consigne Tc et la température extérieure Te (en °C), lorsque la température extérieure Te est inférieure à la température de consigne Tc souhaitée dans le bâtiment 1.
La puissance de la batterie 112 peut donc être modulée de façon simple afin de l’adapter au mieux aux besoins de chauffage du bâtiment 1. Ainsi, le dispositif de convection forcée 11 est utilisé pour renouveler l’air du bâtiment 1 et, si besoin, pour chauffer cet air neuf avant son introduction dans le bâtiment lorsque cela est nécessaire.
Il est à noter que la formule ci-dessus ne tient pas compte des déperditions observées au niveau des parois du bâtiment 1 mais permet une gestion efficace du dispositif de convection forcée 11.
Par ailleurs, les déperditions des parois sont, dans un premier temps, compensées par un système complémentaire qui, dans ce mode de réalisation se présente sous la forme d’un plancher chauffant 12. Dans un deuxième temps, les déperditions des parois sont compensées par la chaleur apportée par les animaux, cet apport étant croissant avec la prise de poids des animaux (phase exothermique).
Le dispositif de convection forcée 11 selon la technique proposée permet d’obtenir un chauffage et au moins une partie de la ventilation (celle dont on a besoin lors du chauffage du bâtiment) de manière couplée. Ainsi, le besoin en chauffage, c’est-à-dire la puissance P, peut être anticipé puisque selon la technique proposée, on connait la quantité d’air neuf à introduire dans le bâtiment (débit d’air D), la température Te de cet air neuf (puisque c’est de l’air extérieur) et la température de consigne Tc du bâtiment 1.
Le chauffage et le renouvellement d’air du bâtiment 1 sont donc gérés de manière optimale et anticipée de sorte à optimiser l’ambiance au sein du bâtiment 1 et à limiter les coûts d’exploitation.
Le couplage du chauffage à la ventilation proposé par le dispositif de convection forcée 11 présente néanmoins l’inconvénient de ne pas pouvoir chauffer l’air ambiant du bâtiment 1 sans y souffler/ventiler de l’air neuf.
Ainsi, en complément du dispositif de convection force 11, la technique proposée comprend, dans ce premier mode de réalisation, un plancher chauffant 12, lui-aussi relié à la chaudière à gaz 13.
Ainsi, l’eau chaude issue de la chaudière à gaz 13 parcourt le plancher chauffant 12 de sorte à chauffer la dalle béton 103 du bâtiment 1. En chauffant la dalle béton de cette manière, on s’assure que la température au niveau du sol, c’est-à-dire au niveau des animaux, est optimale, notamment durant la phase de croissance où la température de la dalle béton 103 doit être relativement élevée et maîtrisée. La mise en œuvre du plancher chauffant 12 permet donc de gérer de façon aisée la température de confort des animaux sans générer de vitesse d’air.
Le pilotage du plancher chauffant 12 s’effectue tout d’abord en fonction d’une température de consigne de la dalle béton 103, ceci afin d’obtenir un confort optimal des animaux dans le bâtiment 1. Ensuite, le pilotage du plancher chauffant 12 est effectué en fonction de la température intérieure mesurée. Ainsi, les rayonnements du plancher chauffant 12 (illustré avec des flèches en trait discontinu sur la figure 1) sont également utilisés pour compenser les déperditions thermiques observées au niveau des parois du bâtiment 1, lors de la phase de croissance des animaux (phase endothermique). Le plancher chauffant 12 participe donc également au chauffage du bâtiment 1, mais dans une proportion moindre par rapport au dispositif de convection forcée 11.
Plus précisément, la puissance de chauffage du plancher chauffant 12 est pilotée/régulée en fonction de la température mesurée de la dalle béton 103. Pour ce faire, la dalle béton 103 comprend une sonde de température (non illustrée) disposée dans le béton lors du coulage de la dalle, par exemple. De préférence, la sonde est disposée entre deux tuyaux, c’est-à-dire un tuyau aller et un tuyau retour du plancher chauffant 12. De préférence encore, la sonde est disposée en partie haute de la dalle afin d’obtenir une mesure de température représentative de celle ressentie par les animaux.
Le pilotage de la puissance de chauffage du plancher chauffant 12 se base sur une courbe de la température intérieure du bâtiment et une courbe de la température de la dalle béton 103, ces courbes étant fonction de l’âge des animaux. Par exemple, au jour d’arrivée des poussins (jour 0), la consigne de température est d’environ 32°C. Cette consigne diminue ensuite progressivement en fonction de l’âge des animaux, c’est-à-dire en fonction de l’augmentation de l’apport calorifique des animaux.
La mise en œuvre d’un plancher chauffant 12 et d’un dispositif de convection forcée 11 présente l’avantage de pouvoir chauffer le bâtiment sans apport d’air neuf grâce à la présence du plancher chauffant 12. En effet, lors de la mise en chauffe du bâtiment 1 vide, le renouvellement d’air peut être nul ou quasiment nul.
Comme indiqué précédemment, le dispositif de convection forcée 11 ainsi que le plancher chauffant 12 sont reliés à une chaudière à gaz 13. La chaudière à gaz 13 est destinée à produire une chaleur décentralisée commune au plancher chauffant 12 et au dispositif de convection forcée 11.
Plus précisément, la batterie 112 est reliée à la chaudière à gaz 13 par une vanne du type 3 voies qui permet de moduler la puissance de la batterie 112 de 0 à 100%.
La chaudière à gaz 13 mise en œuvre dans la technique proposée utilise du gaz propane. On comprend néanmoins que d’autres gaz peuvent être utilisés.
La combustion du propane permet de chauffer l’eau de la chaudière à gaz 13. Cette eau chauffée circule ensuite au sein de la batterie 112 du dispositif de convection forcée 11 et dans le plancher chauffant 12.
La chaudière à gaz 13 selon la technique proposée est une chaudière du type à condensation. Le propane est avantageux en ce sens qu’il présente une température de condensation de ses fumées égale à 55°C. Ainsi, la température des fumées doit être abaissée en dessous de 55 °C. Pour ce faire, la température de l’eau qui entre dans la chaudière à gaz 13 doit être plus faible que 55 °C. La batterie 112, de par sa faible surface d’échange, nécessite un régime d’eau relativement élevé qui ne permet pas de condenser en permanence les fumées. Or, l’utilisation du plancher chauffant 12 est le complément parfait de la batterie 112 puisque le plancher chauffant 12 nécessite un régime d’eau relativement faible qui permet d’atteindre la température de condensation de façon permanente. Le dispositif de convection forcée 11 et le plancher chauffant 12 sont régulés/alimentés de façon indépendante.
Toutefois, on pourrait envisager de réguler le dispositif de convection forcée 11 et le plancher chauffant 12 en série, c’est-à-dire que l’eau qui entrerait dans le plancher chauffant 12 sortirait de la batterie 111, par exemple. En régulant le dispositif de convection forcée 11 et le plancher chauffant 12 en série, on utiliserait au mieux la complémentarité des deux dispositifs de chauffage et on garantirait alors un rendement optimal.
Dans cet exemple, l’introduction d’air extérieur par le dispositif de convection forcée 11 permet d’utiliser des régimes d’eau beaucoup plus faibles pour faire condenser les fumées dans la chaudière à gaz 13. Cela permet d’obtenir un gain en rendement d’environ 10% et donc d’optimiser encore les coûts d’exploitation du système 10.
De plus, la chaudière à gaz 13 selon la technique proposée présente une évacuation des fumées vers l’extérieur du bâtiment 1. Ainsi, la chaudière à gaz 13 ne génère aucune pollution dans le bâtiment 1. La ventilation n’a donc pas besoin de tenir compte de ces rejets et peut donc être diminuée, générant ainsi une économie d’énergie et une nouvelle diminution des coûts d’exploitation du système 10.
La chaleur pourrait tout aussi bien être produite par une pompe à chaleur, une chaudière biomasse, une unité de méthanisation, etc.
Deuxième mode de réalisation
Lafigure 2illustre un deuxième mode de réalisation d’un système 10 de renouvellement d’air et de chauffage pour bâtiment d’élevage dans lequel le plancher chauffant 12 est supprimé et remplacé par un aérotherme 14.
Ainsi, tout comme dans le premier mode de réalisation, le système 10 comprend un dispositif de convection forcée 11 présentant un ventilateur 111 et une batterie 112, la batterie 112 étant reliée à une chaudière à gaz 13.
Le dispositif de convection forcée 11 présente la même structure et le même fonctionnement que dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus. Il permet d’introduire de l’air neuf chauffé à la température de consigne au sein du bâtiment 1.
Afin de chauffer l’air du bâtiment 1 sans le renouveler et afin de compenser les déperditions observées au niveau des parois du bâtiment 1, le système 10 comprend donc un aérotherme 14, en remplacement du plancher chauffant 12.
La mise en œuvre d’un aérotherme est particulièrement avantageuse lorsque le sol du bâtiment 1 est déjà bétonné et qu’il n’est plus possible d’y mettre en œuvre un plancher chauffant.
L’aérotherme 14 est situé au niveau du plafond (sous le toit 102) du bâtiment 1. De préférence, l’aérotherme 14 est situé sensiblement au milieu/centre du plafond. Pour ce faire, l’aérotherme 14 est suspendu au plafond par des câbles 145 chacun relié à un treuil (non représenté) afin de permettre un ajustement de la hauteur de l’aérotherme par rapport à la dalle béton 103 du bâtiment 1.
Lesfigures 3et4illustrent les deux modes de fonctionnement de l’aérotherme 14 selon la technique proposée.
L’aérotherme 14 présente une ou plusieurs batteries 141 orientées verticalement par apport à la dalle béton 103 formant le sol du bâtiment 1, un ventilateur 142, des parois 143 de guidage de l’air soufflé ainsi que des volets d’obturation 144.
La mise en œuvre des batteries 141 selon une orientation verticale a pour but d’éviter le dépôt de poussière sur les batteries et donc de limiter les besoins de nettoyage.
Les batteries 141 sont du type batterie à eau chaude, comme celles utilisées dans le dispositif de convection forcée 11. Ces batteries 141 sont reliées à la chaudière à gaz 13 par des tuyaux 146, comme illustré sur la figure 2.
Afin d’optimiser le rendement de la chaudière à gaz 13, il est avantageux de faire passer l’eau chaude dans l’aérotherme 14 et ensuite dans la batterie 112 du dispositif de convection forcée 11. Ainsi, on atteint plus aisément la température de condensation des fumées de la chaudière à gaz 13 de sorte à générer des économies d’énergie.
Le ventilateur 142 de l’aérotherme 14 permet d’aspirer de l’air vicié présent dans le bâtiment 1 avant de le souffler de nouveau dans le bâtiment 1.
L’aérotherme 14 fonctionne selon deux modes de fonctionnement, qui sont sélectionnés selon la position des volets d’obturation 144. Lafigure 3illustre un premier mode de fonctionnement, dit mode chauffage, dans lequel les volets d’obturation 144 sont totalement ouverts de sorte à permettre une circulation de l’air aspiré par le ventilateur 142 à travers les batteries 141. Ainsi, l’air traversant les batteries 141 est chauffé avant d’être soufflé dans le bâtiment 1 par le ventilateur.
On peut également envisager d’ouvrir partiellement les volets d’obturation 144. En d’autres termes, les volets d’obturation 144 peuvent prendre une pluralité de positions d’ouverture, dites positions intermédiaires, de sorte à moduler la puissance de chauffage de l’aérotherme 14. Ainsi, la puissance de chauffage de l’aérotherme peut être modulée entre 100% (position ouverte) et 0% (position fermée) selon la quantité d’air traversant les batteries 141.
La puissance de chauffage de l’aérotherme 14 peut également être modulée en fonction de la puissance des batteries 141. Ainsi, la puissance de chauffage de l’aérotherme 14 peut aisément être modulée.
Comme illustré, l’air vicié à chauffer (illustré avec des flèches en trait continu) entre dans l’aérotherme 14 en traversant les batteries 141. L’air chauffé (illustré avec des flèches en trait discontinu) ressort ensuite de l’aérotherme 14 pour être réintroduit dans le bâtiment 1 à une température supérieure.
Selon ce mode de fonctionnement, l’aérotherme 14 participe au chauffage du bâtiment, et cela sans renouvellement de l’air, ce qui s’avère avantageux lorsque les animaux sont dans une période où les besoins en renouvellement d’air sont faibles.
Selon ce mode de fonctionnement, l’aérotherme 14 permet également de compenser les déperditions thermiques des parois, qui ne sont pas prises en compte dans le calcul de la puissance de chauffage du dispositif de convection forcée 11 du système 10.
La mise en œuvre d’un aérotherme 14 et d’un dispositif de convection forcée 11 présente l’avantage de pouvoir chauffer le bâtiment sans apport d’air neuf grâce à la présence de l’aérotherme 14. En effet, lors de la mise en chauffe du bâtiment 1 vide, le renouvellement d’air peut être nul ou quasiment nul.
La figure 4 illustre le deuxième mode de fonctionnement, dit mode brasseur, dans lequel les volets d’obturation 144 sont fermés de sorte à obturer le passage de l’air à travers les batteries 141. Ainsi, l’air aspiré par le ventilateur 142 est directement soufflé dans le bâtiment 1 par le ventilateur 142, sans être chauffé.
Ainsi, l’aérotherme 14 fonctionne comme un ventilateur de brassage, ce qui permet, si besoin, de déstratifier les couches d’air dans le bâtiment 1. L’air du bâtiment 1 est alors plus homogène et le confort des animaux est amélioré.
Les volets d’obturation 144 sont donc mobiles entre au moins une position ouverte (mode chauffage) et une position fermée (mode brasseur). Le pilotage des volets est obtenu de façon classique et n’est donc pas détaillé ici.
La mise en œuvre d’un aérotherme 14, en remplacement d’un plancher chauffant 12, nécessite d’augmenter la température à l’intérieur du bâtiment 1 pour chauffer la dalle béton 103, notamment lors de la période de croissance des animaux. Ainsi, le dispositif de convection forcée 11 et l’aérotherme 14 fonctionnent de façon complémentaire pour atteindre la température souhaitée.
L’installation d’un aérotherme 14 au sein d’un bâtiment 1 est aisée et ne nécessite pas de modification significative du bâtiment 1. Cela diminue donc de façon significative les coûts d’installation du système 10 par rapport aux solutions de l’art antérieur.
Un troisième mode de fonctionnement (non illustré) de l’aérotherme 14, dit mode nettoyage, consiste à positionner les volets d’obturation 144 dans une position d’ouverture intermédiaire, entre la position fermée et la position ouverte, et à faire tourner le ventilateur en sens inverse par rapport aux modes chauffage et brasseur.
L’air est donc soufflé en sens inverse dans l’aérotherme 14 et permet de nettoyer les batteries 141 et les différentes ouvertures d’admission de l’air de l’aérotherme 14.
Installation de renouvellement d’air et de chauffage d ans un bâtiment d’élevage
Lesfigures 5 à 7illustrent différents exemples d’installations de renouvellement d’air et de chauffage mis en œuvre dans un bâtiment d’élevage.
Plus précisément, la technique proposée consiste à mettre en œuvre, au sein d’un même bâtiment 1, une pluralité de systèmes 10 de renouvellement d’air et de chauffage indépendants les uns des autres afin de constituer une installation 2 globale dans le bâtiment 1.
De préférence, les systèmes 10 de l’installation 2 sont répartis de manière équilibrée/homogène dans le bâtiment 1.
Ainsi, on note que l’installation 2 de lafigure 5présente quatre systèmes 10 de renouvellement d’air et de chauffage répartis dans le bâtiment 1. Sur lafigure 6, pour un bâtiment 1 présentant sensiblement les mêmes dimensions, ce sont également quatre systèmes de renouvellement d’air et de chauffage qui sont mis en œuvre. Toutefois, les systèmes 10 de renouvellement d’air et de chauffage ne présentent pas tous les mêmes dimensions. Enfin,la figure 7montre un bâtiment 1, de dimensions plus faibles, mettant en œuvre deux systèmes de renouvellement d’air et de chauffage.
Cela montre que l’installation 2 selon la technique proposée est modulable et peut donc être facilement dimensionnée aux besoins de chaque éleveur.
De plus, les dispositifs de convection forcée 11 des systèmes 10 de renouvellement d’air et de chauffage sont montés par l’extérieur et présentent une évacuation directe des fumées. Ainsi, leur accessibilité est aisée, notamment pour leur installation, leur maintenance et leur nettoyage.
De plus, l’installation de multiples systèmes 10 de renouvellement d’air et de chauffage n’impose pas la création d’un local spécifique, du type chaufferie, pour faire fonctionner l’installation puisque chaque système 10 de renouvellement d’air et de chauffage est indépendant.
Cet aspect a aussi pour avantage de supprimer les larges réseaux de distribution de chaleur à l’intérieur des bâtiments qui sont généralement la source de pertes d’énergie calorifique et de pertes de charges importantes. Ainsi, de grandes économies d’énergie sont réalisées grâce à la technique proposée.
La mise en œuvre de systèmes 10 de renouvellement d’air et de chauffage de compositions toujours identiques garantit la possibilité, pour le réseau de distribution commerciale, d’avoir une parfaite connaissance des produits et de pouvoir stocker les pièces nécessaires au SAV et à la maintenance. En effet, d’un bâtiment à l’autre et d’un éleveur à l’autre, seul le nombre de systèmes 10 au sein de l’installation 2 varie.
La gestion de la maintenance et du SAV est donc grandement simplifiée.
Par ailleurs, la mise en œuvre d’une pluralité de systèmes 10 répartis sur la longueur du bâtiment assure une bonne répartition de l’air neuf tout en garantissant une vitesse d’air correcte dans la zone de vie des animaux. Ainsi, l’introduction d’air neuf dans le bâtiment s’effectue de manière optimale et homogène.
En outre, dans certains bâtiments, les besoins en chauffage et en renouvellement d’air peuvent varier selon les différentes zones du bâtiment, notamment du fait du nombre d’animaux, de leur avancement de croissance, etc. Ainsi, la mise en œuvre d’une pluralité de systèmes 10 répartis sur la longueur du bâtiment permet de s’adapter aisément aux différents besoins.
De plus, il est à noter que le bâtiment 1 comprend une pluralité de volets d’extraction d’air (non représentés). En effet, la mise en œuvre de dispositifs de convection forcée 11 au sein du bâtiment 1 nécessite de prévoir des sorties d’air. Les volets d’extraction sont pilotés de manière coordonnée avec les dispositifs de convection forcée 11. Plus précisément, les volets d’extraction sont gérés pour que l’angle d’ouverture soit proportionnel au débit d’air neuf introduit dans le bâtiment 1 par les dispositifs de convection forcée 11.
Les volets d’extractions d’air sont de préférence disposés dans les pignons du bâtiment 1 et/ou sur les parois latérales de ce dernier.
Les différents systèmes 10 de l’installation 2 de renouvellement de l’air et de chauffage peuvent être pilotés ensemble, c’est-à-dire de manière dépendante, et/ou de manière indépendante. Pour ce faire, l’installation 2 comprend un dispositif de régulation centralisé (non représenté) qui permet de commander/piloter chacun des systèmes 10 de l’installation 2.
Selon la technique proposée, l’installation 2 de renouvellement de l’air et de chauffage est destinée à assurer un renouvellement d’air compris environ entre 5% et 10% du besoin en renouvellement d’air maximum du bâtiment 1.
Le bâtiment 1 comprend donc un système de ventilation classique (non illustré) du bâtiment qui comprend un certain nombre de trappes d’entrée d’air et de ventilateurs. Ce système de ventilation classique fonctionne en dépression, c’est-à-dire que l’extraction d’air est assurée par les ventilateurs tandis que l’introduction d’air est assurée par les trappes réparties sur la longueur du bâtiment 1.
Lorsque l’installation 2 de la technique proposée ne permet plus d’assurer, à elle seule, le renouvellement d’air nécessaire, le système de ventilation classique se met en fonctionnement, c’est-à-dire que les trappes d’entrée d’air du bâtiment s’ouvrent et les ventilateurs démarrent.
Le système de ventilation classique du bâtiment peut fonctionner soit en complément de l’installation 2, soit directement à la place de l’installation 2, par exemple lorsqu’aucun chauffage du bâtiment 1 n’est nécessaire.

Claims (10)

  1. Système (10) de renouvellement de l’air et de chauffage d’un bâtiment (1) d’élevage comprenant un dispositif de convection forcée (11) configuré pour chauffer l’air admis dans ledit bâtiment (1), ledit dispositif de convection forcée (11) étant combiné à un plancher chauffant (12) ou à un aérotherme (14).
  2. Système (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de convection forcée (11) est configuré pour introduire, par surpression, de l’air extérieur dans ledit bâtiment (1), dit air neuf/renouvelé, et à le chauffer.
  3. Système (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend une chaudière à gaz (13) configurée pour produire une chaleur commune audit dispositif de convection forcée (11) et audit plancher chauffant (12) ou audit aérotherme (14).
  4. Système (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit aérotherme (14) comprend un ventilateur (142), au moins une batterie (141) et au moins un volet d’obturation (144).
  5. Système (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite au moins une batterie (141) est disposée verticalement par rapport à une dalle béton (103) dudit bâtiment (1).
  6. Système (10) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit aérotherme (14) comprend un premier mode de fonctionnement, dit mode chauffage, dans lequel ledit au moins un volet d’obturation (144) est en position ouverte ou au moins partiellement ouverte de sorte à diriger de l’air vicié à travers ladite au moins une batterie (141).
  7. Système (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans ledit mode chauffage, la puissance de chauffage dudit aérotherme (14) est fonction de l’angle d’ouverture dudit au moins un volet d’obturation (144) et/ou de la puissance de ladite au moins une batterie (141).
  8. Système (10) selon l’une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit aérotherme (14) comprend un deuxième mode de fonctionnement, dit mode brasseur, dans lequel ledit au moins un volet d’obturation (144) est en position fermée de sorte à empêcher l’air vicié de traverser ladite au moins une batterie (141).
  9. Système (10) selon l’une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ledit aérotherme (14) comprend un troisième mode de fonctionnement, dit mode nettoyage, dans lequel ledit au moins un volet d’obturation (144) est dans une position intermédiaire entre la position fermée et la position ouverte et dans lequel ledit ventilateur (142) tourne en sens inverse des modes chauffage et brasseur.
  10. Installation (2) de renouvellement de l’air et de chauffage d’un bâtiment (1) d’élevage comprenant une pluralité de systèmes (10) selon l’une des revendications 1 à 9, lesdits systèmes (10) étant indépendants et répartis sur l’ensemble dudit bâtiment (1).
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FR2696773A1 (fr) * 1992-10-08 1994-04-15 Lead Sarl Arrangement de bâtiments destinés à l'élevage d'animaux.
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WO2019087336A1 (fr) * 2017-11-01 2019-05-09 株式会社前川製作所 Unité d'indice environnemental et système d'étable

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