changeurs de chaleur : Gagner sur toute la ligne

Pascal Le Douarin

En préchauffant l'air entrant, les échangeurs récupérateurs de chaleur air/air réduisent considérablement les consommations de gaz des poulaillers. L'impact positif sur l'ambiance est aussi recherché.

Récupérer une partie de la chaleur produite dans le poulailler pour réchauffer l'air entrant et diminuer sa consommation de gaz devient une réalité en France, avec le choix entre quatre appareils récupérateurs adaptés à l'aviculture. D'apparition récente, sauf un, ils suscitent un réel intérêt, voire un effet de mode et de ruée. Sans doute en contrecoup des hausses des énergies fossiles, et peut-être sous les perspectives de subventions octroyées par les collectivités, l'Ademe ou l'État (plan performance énergie). Assez courants en production porcine, les récupérateurs vont sans doute marquer une rupture technique en aviculture, avec la perspective d'une nouvelle manière de conduire le démarrage des lots de volailles — la période la plus consommatrice de gaz propane — mais aussi la conduite d'ambiance des volailles reproductrices en conditions froides.

Un des deux concepts de récupérateurs : les grands caissons centralisés avec une bouche d'entrée et de sortie d'air. (P. Le Douarin)

Un des deux concepts de récupérateurs : les grands caissons centralisés avec une bouche d'entrée et de sortie d'air. (P. Le Douarin)

Échanges de chaleur par convection

Le fonctionnement d'un récupérateur de chaleur air/air est basé sur le transfert d'énergie (« chaleur » ou « enthalpie ») par convection thermique. Un air chaud réchauffe une surface de transfert qui transmet à son tour l'énergie à un air froid, sans mélange possible des deux airs.
Dans les équipements avicoles, les flux se croisent, alors que le flux à contre courant parallèle est le plus efficace en terme de réchauffement. Les modèles ont tous adopté la succession de plaques creuses dans lesquelles circulent alternativement de l'air chaud, de l'air froid, et ainsi de suite. Les deux airs devant être mis en mouvement, deux ventilateurs complètent les dispositifs.
Trouver le modèle performant et le mieux adapté au terrain n'est pas si simple. Les paramètres qui caractérisent la performance d'un récupérateur sont multiples et contradictoires. Elle est liée d'abord au coeur du système, les plaques d'échanges. La quantité de chaleur transmise dépend directement du matériau, via sa conductivité thermique.

L'aluminium est plusieurs centaines de fois plus conducteur que le plastique, mais il est aussi très sensible à la corrosion en milieu agressif, contrairement aux plastiques. L'acier inoxydable est dix fois moins conducteur que l'alu, mais il est trop cher à mettre en oeuvre. D'où l'emploi de PVC ou de polyéthylène, peu onéreux et facile d'entretien. Or, c'est la conductivité thermique qui conditionne directement la surface d'échange nécessaire. À flux d'air égal, plus la conductivité est faible et plus la surface d'échange doit augmenter.
À ces contraintes, s'ajoutent la rugosité et la forme des plaques qui créent plus ou moins de turbulences favorables aux échanges thermiques, mais qui freinent aussi l'air. Le débit est alors diminué et il faut augmenter la puissance des ventilateurs, d'où un surcoût.
Il faut aussi tenir compte des caractéristiques de l'air vicié, à commencer par sa charge en poussières et en plumes. L'encrassement est un souci que rencontrent tous les appareils. Pour une surface d'échange donnée, le rendement va aussi dépendre des débits de l'air neuf et de l'air vicié. À surface d'échange égale, trop de débit réduit l'efficacité du réchauffement.
Au final, les fabricants ont recherché le compromis entre la surface d'échange et le débit d'air, sachant que ce dernier critère définit directement la durée d'utilisation de l'appareil dans les élevages.

Plastique et aluminium. La nature et la géométrie des surfaces d'échanges ont un impact important sur l'efficacité thermique du récupérateur. (DR)

Plastique et aluminium. La nature et la géométrie des surfaces d'échanges ont un impact important sur l'efficacité thermique du récupérateur. (DR)

 

Économies et ambiance améliorée

L'efficacité thermique de l'appareil, c'est-à-dire sa capacité à réchauffer l'air neuf, est aussi influencée par l'écart de température entre l'air neuf et l'air vicié, ainsi que par l'énergie qu'ils contiennent chacun respectivement sous la forme de vapeur d'eau. Ces appareils sont plus intéressants à utiliser en période froide. Selon le savoir-faire des utilisateurs et les modèles, les échangeurs permettent de réduire la consommation de gaz de 20 à 50 %, quel que soit le niveau de consommation d'énergie avant l'installation des appareils.
En plus de cet aspect économique, l'impact est réel sur la qualité de l'ambiance. Un kilo de propane consommé en moins fait économiser 3,6 kg d'oxygène, rejetter en moins 1,6 kg d'eau et 3 kg de CO2. C'est moins de besoin de renouvellement et un air de meilleure qualité. Les litières sont plus sèches et les émissions d'ammoniac moindres. Pour certains utilisateurs, cette amélioration qualitative est plus intéressante que l'économie d'énergie.

Apprendre à piloter ces systèmes

Quant à la manière d'utiliser ces appareils, tout ou presque reste à définir. Compte tenu du nombre encore faible d'installations en place, des questions demeurent. Les manières de piloter la ventilation vont changer. Ces récupérateurs vont-ils inciter à ventiler plus au démarrage pour évacuer l'humidité ?
En bâtiment à ventilation statique, le démarrage va devenir dynamique durant un nombre de jours restant à affiner selon chaque modèle de récupérateur. Logiquement, plus le débit de l'appareil est élevé et plus la période d'utilisation s'allonge.
En ventilation dynamique, sont-ils à considérer comme des doseurs cycliques (en premier groupe de ventilation) ou comme des appareils de chauffage (dans la mesure où ils délivrent un air réchauffé) ? Doivent-ils fonctionner en régime progressif (avec la recherche du meilleur rendement thermique) ou en régime tout/rien ? Doivent-ils fonctionner toute l'année ? Toute la durée du lot ou par intermittence (effet saison ? effet jour-nuit ?).
Au préalable, l'Itavi et les ingénieurs des chambres consulaires soulignent que leur acquisition devrait s'accompagner de la recherche d'autres économies, faciles à mettre en oeuvre : étanchéification du bâtiment et révision des réglages des appareils de chauffage. Néanmoins, il est également possible de la faire après l'acquisition, les deux opérations étant cumulatives.

 

Pour en savoir plus

Voir dossier de Réussir Aviculture de mai 2009. (R. Aviculture n°146 p. 10 à 17.)
À qui s'adresser selon les modèles :
. Agro Climat Unit (Agro supply) : Mafrel au 02 96 67 41 48.
. Del-air : Lead Leroy Concept au 02 99 51 18 73 ; Le Triangle au 02 54 73 07 07.
. ERC/VRC (Systel) au 02 51 85 25 55 et ses distributeurs habituels.
. Plettenburg : Sodimel au 02 99 68 98 66 ; Agrimatel au 03 21 88 03 03.

Source Réussir Aviculture Mai 2009

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