FR3114638A1 - Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air en bâtiment d’élevage - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air adapté à une salle de confinement d’êtres vivants (1), notamment une enceinte hors d’eau ventilée, comprenant une structure formée par des parois (2) et au moins une enceinte de stockage (3) comprenant au moins une ouverture (4) sur une des faces d’enceinte de stockage (3), ledit dispositif comprenant un dispositif d’extraction d’air par ventilation naturelle (23), un dispositif d’extraction d’air par ventilation dynamique (7) et également un dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) en relation avec un appareil de traitement d’air (15) disposé à l'extérieur ou l’intérieur de l'enceinte de stockage (3) et connecté à celle-ci par au moins un plénum traversant une des parois (9) et s’ouvrant directement à l'intérieur de l'enceinte de stockage (3). Le dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) comprend une canalisation d’amenée d’air de ventilation (16) dans l’enceinte, soufflant l’air ainsi véhiculé dans la litière (19) par le biais d’un réseau de canalisations (17) terminées par un orifice (18) spécialement ménagé ayant pour action de maintenir une température constante de litière à 16°C. En amont de cette canalisation d’amenée d’air (16), un échangeur thermique (20) est connecté à une pompe à chaleur (24) et en aval de ce cet échangeur thermique (20), une canalisation d’amenée d’air de l’intérieur de l’enceinte (14), ayant pour action de récupérer, par un réseau de canalisations (12, 13), une partie du débit d’air chaud du dispositif de ventilation naturelle de l'enceinte de stockage (3) et d’y créer un courant d’air de haut en bas en limitant l’aspiration des particules aérosols. Lesdits ventilateurs (7, 8) et ladite batterie d’échange thermique (20) font partie du dispositif de type pompe à chaleur (24). L’ensemble des équipements électriques (7, 8, 24) sont connectés à un coffret de régulation bioclimatique (25). Utilisation notamment dans une salle de confinement d’êtres vivants, notamment un bâtiment d’élevage. Figure de référence pour l’abrégé : figure 1
Description
La présente invention concerne un dispositif de traitement de l’air et notamment pour une stabulation.
La présente invention vise tout particulièrement l'assemblage et la mise en forme d’une canalisation d’amenée d’air climatisé dans une litière et d’une canalisation d'amenée d’air réchauffé issu de l’intérieur d’une enceinte d’élevage vers un échangeur thermique d’une pompe à chaleur permettant ainsi de recycler une partie de l’énergie perdue par le dispositif de ventilation naturelle de l’enceinte.
On connaît déjà des stabulations équipées d'un dispositif de rafraichissement de litière par matelas d’eau. Ces dispositifs de refroidissement comportent un dispositif d'échange thermique statique avec la litière.
Le fonctionnement est assuré par un conditionnement de l'eau forcé via un dispositif de pompe électrique sur un échangeur. Le retrait de chaleur est principalement obtenu par augmentation des pertes de charge au carré de la vitesse de déplacement de l’eau ainsi conditionnée dans les matelas disposés en lieu et place de la litière végétale.
Cependant, le conditionnement de l’eau présente l'inconvénient de nécessiter un circuit électrique alimentant l'élément de pompage dans un échangeur statique.
Par ailleurs, ce dispositif de rafraichissement interdit l’utilisation d’une litière conventionnelle à base de végétaux, ceux-ci risquant de nuire aux capacités d’échange thermique et le microbiote naturel s’en trouve alors perturbé.
Enfin, un simple nettoyage des matelas d’eau avec un détergent de type biocide ne peut garantir une parfaite désinfection et l'atteinte d'un niveau d'hygiène satisfaisant dans un environnement qui n’est pas correctement colonisé par le microbiote naturel présent dans une litière végétale.
Pour illustrer l’état de la technique, on peut en particulier citer les brevets ci-après : EP0173374 A1 ; EP0050816 A1 ; EP3707997 A1 ; WO2017003640 A1 ; EP07105909 ; FR2881212 ; EP0961004 ; EP1243176.
La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un appareil de climatisation comprenant un dispositif de rafraîchissement plus performant et permettant le retrait de chaleur sans équipement en contact avec l’ambiance à climatiser. Ce même dispositif permet également de recycler une partie de la chaleur absorbée pour toute autre application de chauffage de type thermodynamique.
A cet effet, la présente invention vise un dispositif de climatisation, notamment d’une stabulation, comprenant une structure formée par des parois, et au moins une enceinte de climatisation comprenant une ouverture en face frontale, un réseau de canalisations d’extraction d’air chaud et de soufflage d’air frais, ledit dispositif de climatisation comprenant également un dispositif de retrait de chaleur par pompe à chaleur.
Selon l'invention, le dispositif de retrait de chaleur comprend une pompe à chaleur air/air ou air/eau ou en détente directe, le dispositif de retrait de chaleur étant encastré sur au moins une des parois d'au moins une enceinte climatisée et un réseau de canalisations d’amenée d’air positionnées de telle façon à assurer la dé-stratification de l’air par conduite forcée de l’air chaud du bas vers le haut de la stabulation en traversant les litières, la température ainsi obtenue dans les litières étant comprise entre 14 et 16°C.
Ainsi, la détérioration de l'ambiance biologique par la suppression de la litière végétale et la création d’une zone thermique trop confinée est évitée. Le maintien d’une température de litière à une consigne idéale permet de bloquer la prolifération des bactéries étrangères au microbiote habituel des animaux. Les conditions favorables au maintien du microbiote habituel permettent de préserver naturellement la santé des animaux et préviennent notamment des problèmes d’infection de type mammite.
Le dispositif de ventilation de l’air chaud et humide de l’enceinte et, plus spécifiquement, le dispositif de ventilation de la litière par de l’air froid et sec permettent d’éviter les chocs thermiques et de créer une ambiance homogène dans un volume d’air à hauteur de vie des animaux sur l’ensemble de la surface d’élevage.
Le dispositif d'encastrement dans la charpente de l’enceinte climatisée permet d'adapter le dispositif aux structures existantes sans encombrement de l’espace de stockage.
L'espace ménagé dans l’enceinte de l’élevage entre les canalisations d’extraction d’air et de soufflage d’air permet de réaliser une chasse d’air de la litière vers le faîtage en exploitant la convexion de l’air chaud du bas vers le haut et de maintenir une température de 14 à 16°C dans la litière et une température entre 16 et 18°C dans le volume de vie des animaux et de leur microbiote.
L'ensemble du dispositif de retrait de chaleur est encastrable sur la structure interne de l’enceinte d’élevage, ce qui permet une installation facile et rapide.
Le dispositif de retrait de chaleur conforme à l'invention permet d'éviter le remplacement de la litière naturelle par une litière synthétique sans apport d'énergie cinétique par des moyens électriques coûteux et consommateurs d'énergie. Il permet également de simplifier l'assemblage du dispositif de retrait de chaleur d'une enceinte d’élevage. En outre, il permet de faire fonctionner un dispositif de pompe à chaleur pour produire de l’eau chaude en exploitant une source de chaleur plus importante que celle disponible habituellement.
En pratique, l'espacement et le débit des canalisations de l'évaporateur de l’échangeur thermique du dispositif de retrait de chaleur et la température de l'air obtenue par l'espacement et le dimensionnement des canalisations de cet évaporateur permettent de maintenir une température de l'air de soufflage entre 5 et 18°C et de maintenir ainsi une litière biologique avec ses micro-organismes.
Selon une caractéristique préférée de l'invention, les canalisations sont composées de canalisations d’extraction d’air et de soufflage d’air d'une certaine longueur, d'un certain diamètre, d’une certaine position, espacées d’une certaine distance provoquant la circulation de l’air dans l’enceinte climatisée selon un mode spécifique. Ces canalisations sont connectées aux ventilateurs et à l’échangeur thermique d’un dispositif de type pompe à chaleur assurant un certain débit, une certaine température, un certain taux d’hygrométrie et un certain taux de concentration de certains types de gaz, maitrisés par la régulation bioclimatique selon les besoins zootechniques.
La canalisation d’aspiration de l’air en position haute dans le circuit de ventilation naturelle de l'enceinte d’élevage déclenche un brassage par aspiration entre l'air refroidi au niveau de la litière et l'air plus chaud sous le faîtage. Sa position espacée et horizontale favorise le brassage homogène et lent du volume d'air de l'enceinte d’élevage et l'absence de choc thermique. La longueur et le diamètre des canalisations d’air sont déterminés en fonction de la structure de la stabulation et déterminent la puissance de traitement de l’air en limitant l’encrassement du système.
La demanderesse a pu constater au cours des expérimentations que la température entre le haut et le bas du volume d'air de l'enceinte l’élevage pouvait varier localement par phénomène de stratification, celui-ci étant négativement influencé par l'absence de mélange d'air entre le haut de l'enceinte d’élevage et le bas de l'enceinte de d’élevage car l’enthalpie n’est alors plus suffisante pour provoquer un phénomène de thermosiphon par convexion thermique du bas vers le haut, propre au dispositif de ventilation naturelle de l’enceinte.
Préférentiellement, l'espacement entre les canalisations d’amenée d’air et leur mise en forme, les points d'injection d’air et d'aspiration de l’air doivent être adaptés à la forme de l'enceinte d’élevage et favoriser ce phénomène de thermosiphon homogène.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif :
On va décrire tout d'abord en référence à la , une enceinte de confinement d’êtres vivants (1), de type stabulation, conforme à l'invention.
Cette enceinte de confinement à air traité (1), de type stabulation, comprend une enceinte de stockage (3).
Cette enceinte de confinement (1) comprend des parois (2) formant l'enceinte. L’appareil de traitement d’air (15) est situé à l’intérieur ou à l’extérieur de l’enceinte de confinement (1).
L'appareil de traitement d’air (15) comprend au moins une amenée d’air de l’intérieur de l’enceinte (14) traversant une des parois (9) de l’enceinte de stockage (3), un dispositif d’extraction d’air par ventilation (7), un d’échangeur thermique (20), un dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) et une canalisation d’amenée d’air de ventilation (16) vers l’enceinte traversant une des parois (9) et s’ouvrant directement à l’intérieur de l’enceinte de stockage (3).
L’appareil de traitement d’air (15) est lui-même installé sur des pieds antivibratiles (10) au niveau du sol (11).
Les canalisations d’amenée d’air (13, 14, 16, 17) peuvent être en contact direct avec les parois (2) de l’enceinte de confinement (1).
L'enceinte de confinement (1) des êtres vivants à air traité est de forme adaptée à l’intégration physique du dispositif de traitement de l’air.
L’appareil de traitement d’air (15) comprenant un échangeur thermique (20) et connecté à un dispositif de pompe à chaleur (24) est adapté à conserver une température dans une plage prédéterminée de valeurs. La régulation de l'enceinte de confinement (1) est réalisée par des moyens de commande (non représentés) du circuit de réfrigération et de mesure de la température.
Le circuit de réfrigération de la pompe à chaleur comprend l'ensemble des éléments classiques constituant un tel dispositif et bien connus de l'homme de l'art. Ces éléments ne sont pas représentés sur les figures.
On va décrire à présent, en référence aux figures 1 à 7, un dispositif de traitement de l’air par pompe à chaleur selon un mode de réalisation de l'invention et en particulier le dispositif d'intégration du matériel aéraulique.
Une enceinte de confinement d’êtres vivants à air traité (1), notamment une stabulation, comprend une structure formée par des parois (2) comprenant au moins une ouverture (4) sur au moins une face de l’enceinte.
La température de l'air dans une enceinte de climatisation est au plus proche de 16°C.
L’enceinte de confinement (1) est équipée d’un appareil de traitement d’air (15) positionné à l’intérieur ou à l’extérieur de l’enceinte.
Le dispositif de traitement de l’air comprend également un système frigorifique, notamment un échangeur thermique (20) de type évaporateur contenu dans une enceinte hors d’eau formée par des parois.
Les conduites d'amenée d’air (12, 13, 14) vers l’appareil de traitement d’air (15) de l’enceinte de confinement à air traité (1) comprennent de préférence un tronçon horizontal (12) en point haut de l’enceinte de confinement, dans l’alignement du faîtage, perforé vers le haut (21) de telle façon à aspirer à très faible débit en limitant l’aspiration de particules aérosol et donc son encrassement ( , et ).
Le flux d’air entre le faîtage et la canalisation d’amenée d’air de l’intérieur de l’enceinte (12) est réalisé par un système de perforations (21) d’une surface totale par perforation entre 2 et 4 fois supérieure à la surface d’une section en coupe du tronçon de ladite canalisation et de préférence 3 fois supérieure.
Une partie de l’air extrait de l’enceinte de stockage (3) est canalisée par un réseau spécifiquement dimensionné de canalisations d’amenée d’air vers un échangeur thermique spécialement dimensionné pour assurer un refroidissement de cet air, au plus proche des 10 °C.
Une partie de l’air refroidi par le processus de transfert de chaleur est canalisée par un réseau spécifiquement dimensionné de canalisations vers la litière afin de maintenir la température de leur surface entre 14 et 16°C.
De préférence, l'arrivée d’air traité se fait par un système de déflecteurs en périphérie immédiate des litières végétales (19) et l’air circule dans un mouvement horizontal à 6m/s dans la litière puis ascendant à moins de 0.1 m/s pour réaliser une circulation vers le faîtage ( et ).
Un orifice au niveau du déflecteur (18) est spécialement ménagé en sortie de canalisation d’amenée d’air traité (17) contenant de l'air maintenu préférentiellement à une température inférieure à 10°C ( et ).
Cet orifice permet un brassage optimal de la litière végétale (19) afin d'atteindre la consigne de régulation souhaitée avec un brassage de l'air de l'enceinte de climatisation (3) obtenue par thermosiphon.
De cette manière, la multiplication de microorganismes non désirée en périphérie de la litière et en son centre est limitée et la température d'ambiance de l'enceinte de confinement (1) est homogène.
Les conduites d'amenée d’air chaud (13, 14) depuis le circuit de ventilation naturelle et de soufflage de l’air traité (16, 17) vers le niveau des litières (19) de l’enceinte de confinement d’êtres vivants (1) de type stabulation sont constituées d’un tube rigide, préférentiellement réalisé dans un matériau non oxydable.
Les conduites d'amenée d’air (12, 13, 14) et (16, 17) dans l’enceinte de confinement (1) sont guidées de telle façon à former un réseau de canalisations structurées ( , et ).
Les canalisations (17) du dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) sont fixées sur la charpente du bâtiment par un système d’encastrement sur le support concerné de la charpente (22).
La canalisation d’amenée d’air de l’intérieur de l’enceinte (13) est fixée sur la charpente du bâtiment par un système d’encastrement sur le support concerné de la charpente.
Les conduites d'amenée d’air (12, 13, 14) et (16, 17) dans l’enceinte de confinement (1) sont guidées de telle façon à former un ensemble homogène avec la structure du bâtiment ( , , et ).
Cet ensemble mis bout à bout forme un dispositif de récupération de chaleur, de brassage d’air et de climatisation de litières, notamment pour stabulation, à faible encrassement, adapté à des enceintes de confinement d’êtres vivants.
Claims (8)
- Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air adapté à une salle de confinement d’êtres vivants (1), notamment une enceinte hors d’eau ventilée, comprenant une structure formée par des parois (2) et au moins une enceinte de stockage (3) comprenant au moins une ouverture (4) sur une des faces d’enceinte de stockage (3), ledit dispositif comprenant un dispositif d’extraction d’air par ventilation naturelle (23), un dispositif d’extraction d’air par ventilation dynamique (7) et également un dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) en relation avec un appareil de traitement d’air (15) disposé à l'extérieur ou l’intérieur de l'enceinte de stockage (3) et connecté à celle-ci par au moins un plénum traversant une des parois (9) et s’ouvrant directement à l'intérieur de l'enceinte de stockage (3), caractérisé en ce que :
Le dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) comprend une canalisation d’amenée d’air de ventilation (16) dans l’enceinte, soufflant l’air ainsi véhiculé dans une litière (19) par le biais d’un réseau de canalisations (17) terminées par un orifice (18) spécialement ménagé ayant pour action de maintenir une température constante de litière à 16°C. En amont de cette canalisation d’amenée d’air (16), un échangeur thermique (20) est connecté à une pompe à chaleur (24) et en aval de ce cet échangeur thermique (20), une canalisation d’amenée d’air de l’intérieur de l’enceinte (14), ayant pour action de récupérer, par un réseau de canalisations (12, 13), une partie du débit d’air chaud du dispositif de ventilation naturelle de l'enceinte de stockage (3) et d’y créer un courant d’air de haut en bas en limitant l’aspiration des particules aérosols,
Lesdits ventilateurs (7, 8) et ladite batterie d’échange thermique (20) faisant partie du dispositif de type pompe à chaleur (24),
L’ensemble des équipements électriques (7, 8, 24) étant connecté à un coffret de régulation bioclimatique (25),
L’appareil de traitement d’air (15) est lui-même installé sur des pieds antivibratiles (10) au niveau du sol (11). - Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux d’air du dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) entre la canalisation (17) et la litière (19) est réalisé par un système de déflecteurs (18).
- Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux d’air entre le faîtage et la canalisation d’amenée d’air de l’intérieur de l’enceinte (12) est réalisé par un système de perforations (21) d’une surface totale par perforation entre 2 et 4 fois supérieure à la surface d’une section en coupe du tronçon de ladite canalisation et de préférence 3 fois supérieure.
- Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air selon la revendication 2, caractérisé en ce que la canalisation (17) du dispositif de soufflage d’air neuf bio climatisé (8) soit fixée sur la charpente du bâtiment par un système d’encastrement sur le support concerné de la charpente (22).
- Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air selon la revendication 2, caractérisé en ce que la canalisation d’amenée d’air de l’intérieur de l’enceinte (13) soit fixée sur la charpente du bâtiment par un système d’encastrement sur le support concerné de la charpente.
- Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air selon l'une quelconque des revendications 1, 3 et 5, caractérisé en ce qu’une partie de l’air extrait de l’enceinte de stockage (3) soit canalisée par un réseau spécifiquement dimensionné de canalisations d’amenée d’air vers un échangeur thermique spécialement dimensionné pour assurer un refroidissement de cet air, au plus proche des 10 °C.
- Dispositif de récupération de chaleur et de traitement de l’air selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 5 et 6, caractérisé en ce qu’une partie de l’air refroidi par le processus de transfert de chaleur soit canalisée par un réseau spécifiquement dimensionné de canalisations vers la litière afin de maintenir la température de leur surface entre 14 et 16°C.
- Dispositif de récupération de chaleur, de brassage d’air et de climatisation de litières, notamment pour stabulation, à faible encrassement, caractérisé en ce qu’il est constitué d’une enceinte de stockage selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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