La récupération de chaleur par échangeur d air en élevage de volailles

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1 La récupération de chaleur par échangeur d air en élevage de volailles Christian NICOLAS Décembre 2010 Rappel En volaille de chair, le chauffage est le premier poste de dépense en énergie directe. La consommation moyenne de propane en production de volailles de chair standard et certifiées est d environ 7,8 kg/m²/an, soit par pour un élevage de 2400 m². La récupération de chaleur par échangeur d air permet de diminuer sensiblement la facture énergétique, tout en améliorant les conditions d élevage des volailles. Le fonctionnement En phase de démarrage, le renouvellement d air minimum nécessaire pour évacuer l humidité et les gaz se situe entre 0,5 et 1 m 3 /h/kg de poids vif. Cette opération, particulièrement l hiver, refroidit l ambiance et le chauffage est souvent sollicité pour maintenir la température. Ainsi, pendant les 10 premiers jours d élevage, pour poussins, une température extérieure de 10 C et un renouvellement d air de 0,7 m 3 /h/kg, la chaleur dissipée par la ventilation minimum est estimée à kwh, soit l équivalent de 300 kg de propane. L utilisation d un système de récupération de chaleur par échangeur d air permet de limiter ces déperditions d énergie en réchauffant l air extérieur avant de l introduire dans le bâtiment. Le renouvellement d air minimum se fait alors par l échangeur(s) en prélevant une partie de la chaleur contenue dans l air extrait du poulailler, pour la transférer à l air neuf entrant. Un poulailler statique équipé d échangeurs récupérateurs de chaleur se comporte alors comme un poulailler dynamique. Si l échangeur(s) est installé sur un bâtiment à ventilation dynamique, il(s) est dans ce cas intégré dans les groupes de ventilation. L air neuf est réchauffé par la conjonction de 2 phénomènes : Chaleur sensible : Le transfert de chaleur se fait par convection au travers de la paroi de l échangeur (il n y a pas de contact direct entre les 2 masses d air) Chaleur latente : L air vicié, chargé en humidité, condense en sortie des plaques de l échangeur. L eau en passant de l état gazeux à l état liquide libère des calories. Photo d un prototype Systel (caisson ouvert) et schématisation des flux d air Air neuf réchauffé Air intérieur vicié Air extérieur neuf

2 L efficacité thermique Récupération de chaleur en élevage de volailles décembre 2010 Evolutions des températures Mesures effectuées sur ERC SYSTEL en fonctionnement progressif -(Source CRA Bretagne) 35 Temp Air Vicié C Temp Air Neuf C Temp Extérieur C Date 17/11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/2009 L efficacité thermique d un échangeur de chaleur est souvent calculée sur la chaleur sensible : (air neuf air extérieur) / (air ambiant air extérieur) Exemple : Température ambiante (air vicié évacué) : 30 C Température extérieure (air neuf aspiré) : 2 C Température air neuf réchauffé : 18 C Rendement pour des débits air vicié et air neuf identiques : (18 2) / (30 2) = 57 % 100 Efficacité en % Mesures effectuées sur ERC SYSTEL en fonctionnement progressif - (Source CRA Bretagne) /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/2009 Pour élever d un C la température d un m 3 d air, il faut 0,34 W. Il est ainsi possible de calculer l énergie restituée dans le poulailler par un échangeur(s) de chaleur. Exemple : Pour un débit constant de m3/h (entrée air neuf) et un gain de température de 15, l énergie restituée sur 24 heures de fonctionnement est de 735 kw, soit l équivalent de 52 kg de propane. De cette économie de propane, il faut déduire la consommation électrique du système. Dans ces conditions, 1 kw électrique consommé permet de restituer environ 33 kw sous forme de chaleur. Les facteurs d efficacité : La surface d échange (dimension du bloc et écartement entre plaques en sortie et en entrée) La vitesse de passage de l air : plus le débit augmente pour une même surface d échange, plus faible est le gain de température (un fonctionnement en débit variable est plus performant qu en tout ou rien) Les turbulences de l air dans l échangeur (forme des plaques ou des tubes) L encrassement par les poussières (filtre en sortie air vicié et lavage régulier en cours de lot sont préconisés) L épaisseur du matériau et sa conductivité thermique (en W/(K.m) : cuivre aluminium 237 acier 60 - PVC 0,17)

3 Les résultats T C % H R :06:39 01:06:39 02:06:39 Les mesures effectuées dans les élevages équipés mettent en évidence une réduction de l humidité relative d environ 10 % et une baisse sensible de la consommation de propane. Pour rappel, lorsque la consommation moyenne de propane se situe à 7,8 kg/m²/an, le tiers plus consommateur est à 10 kg et le tiers inférieur à 3,5 kg. Ces écarts s expliquent par le type de coque, de matériel de chauffage et le système de ventilation, ainsi que par la capacité de l éleveur à optimiser ces équipements. L économie potentielle de gaz au travers d une installation de récupération de chaleur peut varier dans ces même proportions. Le bénéfice d un tel matériel sera particulièrement sensible si la coque est étanche et bien isolée. Si au contraire le poulailler n est pas étanche, le renouvellement d air non maîtrisé par les fuites se rajoute au débit du récupérateur(s), ce qui génère une sur consommation. Un bâtiment dynamique de m² étanche et bien isolé, dont le renouvellement d air minimum est déjà parfaitement maîtrisé pourra ainsi espérer économiser entre 1,5 Tonnes à 2 Tonnes de propane par an. Le gain pour un poulailler statique étanche et bien isolé, pour lequel les débits de ventilation minimum sont difficiles à assurer, pourra être plus important tant sur le plan de l amélioration de l ambiance que de la diminution de la consommation de gaz. Témoin Test Extérieur 03:06:39 04:06:39 05:06:39 06:06:39 07:06:39 08:06:39 09:06:39 10:06:39 11:06:39 12:06:39 13:06:39 Heures 14:06:39 15:06:39 16:06:39 17:06:39 18:06:39 19:06:39 20:06:39 Témoin Test 21:06:39 22:06:39 23:06:39 m 3 / j 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Mesures effectuées sur prototype ERC SYSTEL (source CRA Pays Loire) Age en jours Les idées reçues : le récupérateur assèche l air entrant NON : l air neuf est réchauffé, sa capacité de rétention en eau augmente (son humidité relative diminue), mais il contient le même poids d eau que l air extérieur. La diminution du taux d hygrométrie dans un bâtiment équipé d échangeur(s) d air est obtenue essentiellement par la meilleure maîtrise du renouvellement d air minimum. (le poulailler est moins refroidi, puisque environ 50 % de la chaleur extraite est récupérée, il est donc plus facile et moins coûteux d assurer les débits adéquats) Test Témoin Les idées reçues : je peux chauffer mon poulailler avec un récupérateur de chaleur NON : un récupérateur de chaleur n est pas un système de chauffage. Quelle que soit son efficacité, la température de l air neuf, ne dépassera jamais celle de l air ambiant (sauf en y adjoignant une pompe à chaleur) Les précautions à prendre Il est essentiel de bien maîtriser les circuits d air, afin de ne pas perturber les volailles (vitesse d air excessive = sensation de froid) Dans le cas d un système en tout ou rien, par un déflecteur et une vitesse de pénétration suffisante. Dans le cas d un système en progressif, par une trappe et des déflecteurs, par des brasseurs d air ou des gaines de diffusion. La synchronisation du chauffage, de la ventilation et de la récupération de chaleur facilite la gestion (même boîtier de régulation, mêmes sondes de température).

4 Le matériel disponible Différents équipements de récupération de chaleur par échangeur d air sont présents sur le marché français. Leurs caractéristiques sont très différentes d un modèle à l autre (surface d échange du bloc et débit d air) et leurs performances ne sont évidemment pas identiques. L équipement sera choisi en fonction des caractéristiques techniques du bâtiment (surface et volume, système de ventilation en place), de la consommation de propane avant investissement et de l objectif de réduction visé, sans oublier l amélioration du confort des volailles (hygrométrie, qualité de la litière). Ainsi en poulet, si le but est de couvrir les besoins de renouvellement d air minimum sur les 10 premiers jours d élevage seulement, un débit horaire de 3 m 3 /m² de poulailler suffit. Lorsque les besoins de renouvellement d air seront supérieurs, le système de ventilation classique assurera cette fonction. Si par contre, l objectif est de couvrir les besoins de renouvellement d air minimum pendant les 3 premières semaines d élevage en poulet ou les 6 premières en dindes, afin de réaliser des économies substantielles de chauffage et d améliorer sensiblement l ambiance, l équipement de récupération de chaleur devra avoir un débit d air neuf réchauffé d environ 10 m 3 /m²/h, soit m 3 pour m². Lead -Le Roy Débit air neuf : m 3 /h (2 000 m 3 /h en extraction air vicié) Tarif : par appareil (hors pose) EXACON (2 modèles) Débit air neuf : ou m 3 /h (3 300 ou m 3 /h en extraction) Surface d échange : 23 ou 38 m² Tarif : de à par appareil selon le modèle (hors pose)

5 ERC-WARMTEC (Sodalec) Fonctionnement en cyclique ou en progressif (variation de la tension) m 3 /h Surface d échange : 152 m² Tarif : par appareil (hors pose) PRC-SYSTEL Fonctionnement en progressif (variation de la fréquence) m 3 /h Surface d échange : 150 m² Tarif : par appareil (hors pose)

6 Agro Supply (Vencomatic) Importateur : société Mafrel Fonctionnement en progressif (2 variateurs de fréquence) à m 3 /h Tarif : environ à pour un bâtiment de 1200 m² Plettenburg Importateur : société Sodimel Fonctionnement en progressif (2 variateurs de fréquence) m 3 /h Tarif : environ à pour un bâtiment de 1200 m² Merci aux éleveurs qui ont mis à disposition leurs bâtiments et équipements. Ces travaux ont été réalisés en partenariat avec la Chambre Régionale des Pays de Loire et l ITAVI, avec la contribution financière du Compte d Affectation Spéciale pour le Développement Agricole et Rural, de l ADEME et du Conseil Régional de Bretagne. Comment citer ce document? Christian NICOLAS, décembre Elevage de volailles : la récupération de chaleur par échangeur d air. Rapport d étude. Chambres d Agriculture de Bretagne, 6 pages. Mots clés : Aviculture, volaille, énergie, récupération de chaleur, échangeur d air.