Récupération de chaleur en élevage de volailles – décembre 2010

Chambres d’agriculture de Bretagne – Pôle porc-aviculture – décembre 2010

Rappel En volaille de chair, le chauffage est le premier p oste 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 12 0 00 € par pour un élevage de 2400 m². La récupération de chaleur par échangeur d’air perm et de diminuer sensiblement la facture énergétique, tout en améliorant les conditi ons 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 m3/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 30 000 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 4 100 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.

Air extérieur neuf

Air intérieur vicié

Air neuf réchauffé

Photo d’un prototype Systel (caisson ouvert)

et schématisation des flux d’air

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

Christian NICOLAS

Décembre 2010

Récupération de chaleur en élevage de volailles – décembre 2010

Chambres d’agriculture de Bretagne – Pôle porc-aviculture – décembre 2010

L’efficacité thermique

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 %

Pour élever d’un °C la température d’un m3 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 6 000 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 perme t 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 390 - aluminium 237 – acier 60 - PVC 0,17)

Efficacité en %

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Mesures effectuées sur ERC SYSTEL en fonctionnement progressif - (Source CRA Bretagne)

Evolutions des températures

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Dat

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Temp Air Vicié °C Temp Air Neuf °C Temp Extérieur °C

Mesures effectuées sur ERC SYSTEL en fonctionnement progressif - (Source CRA Bretagne)

Récupération de chaleur en élevage de volailles – décembre 2010

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Les résultats 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 1 200 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.

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)

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).

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Age en jours

m3/j

Test Témoin

Mesures effectuées sur prototype ERC SYSTEL (source CRA Pays Loire)

Récupération de chaleur en élevage de volailles – décembre 2010

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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 de 3 m3/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 m3/m²/h, soit 12 000 m3 pour 1 200 m².

Lead -Le Roy Débit air neuf : 1 300 m3/h (2 000 m3/h en extraction air vicié) Tarif : 1 900 € par appareil (hors pose)

EXACON (2 modèles) Débit air neuf : 2 100 ou 3 400 m3/h (3 300 ou 5 500 m3/h en extraction) Surface d’échange : 23 ou 38 m² Tarif : de 3 500 € à 4 500 € par appareil selon le modèle (hors pose)

Récupération de chaleur en élevage de volailles – décembre 2010

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ERC-WARMTEC (Sodalec) Fonctionnement en cyclique ou en progressif (variation de la tension) – 6 000 m3/h Surface d’échange : 152 m² Tarif : 5 663 € par appareil (hors pose)

PRC-SYSTEL Fonctionnement en progressif (variation de la fréquence) – 6 000 m3/h Surface d’échange : 150 m² Tarif : 5 085 € par appareil (hors pose)

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Chambres d’agriculture de Bretagne – Pôle porc-aviculture – décembre 2010

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 2010. 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.

Plettenburg Importateur : société Sodimel Fonctionnement en progressif (2 variateurs de fréquence) - 14 000 m3/h Tarif : environ 30 000 à 35 000 € pour un bâtiment de 1200 m²

Agro Supply (Vencomatic) Importateur : société Mafrel Fonctionnement en progressif (2 variateurs de fréquence) – 9 400 à 22 300 m3/h Tarif : environ 25 000 à 28 000 € pour un bâtiment de 1200 m²