Ventilation: chauffage et réfrigération

Introduction L'objectif d'un système de ventilation est d'éliminer l'humidité et la chaleur en excès produites par les animaux afin de maintenir un "clima...
Mercredi 5 Juillet 2006 (il y a 11 ans 22 jours)

Introduction

L'objectif d'un système de ventilation est d'éliminer l'humidité et la chaleur en excès produites par les animaux afin de maintenir un "climat" intérieur dans certains limites.
Les animaux produisent aussi du dioxyde de carbone généré par le métabolisme. Néanmoins, quand le système de ventilation est conçu pour contrôler la température et l'humidité, la concentration de dioxyde de carbone se maintient habituellement en dessous du niveau maximum recommandé de 3.000 ppm. Malgré tout, il y a des exceptions comme celles qui se produisent la semaine suivant l'introduction de porcs récemment sevrés dans un élevage chaud. Dans ces conditions, la concentration de CO2 pourrait être beaucoup plus élevée, ce qui nécessitera une fréquence de ventilation plus élevée.

Conception du système de ventilation

Le besoin de ventilation varie selon la saison, l'âge des animaux et l'ingéré d'aliment. D'autre part, la perte de chaleur totale d'un animal à un moment donné se répartit entre les flux de chaleur sensible et de chaleur latente. La perte de chaleur sensible est déterminée par la différence de température entre la température de la peau et celle de l'air et la chaleur est perdue par conduction, convection et radiation. Quand la température de l'air et la température de la peau sont semblables, toute la perte de chaleur vient de l'évaporation d'eau des poumons (hyperventilation) et de la peau. Ainsi, quand la température ambiante s'élève, le flux de chaleur latente représente une proportion de plus en plus grande par rapport à la perte totale de chaleur (figure 1).

Figure 1. Répartition de la perte totale de chaleur entre voie sensible et voie latente

Pendant les saisons froides, la chaleur sensible produite chauffe le bâtiment et par conséquent fait partie intégrante de son équilibre thermique. Il peut être nécessaire d'ajouter de la chaleur venant d'une source artificielle pour maintenir la température du local. La chaleur (Q) est perdue par l'intermédiaire de la structure du bâtiment et de la ventilation.

L'équilibre thermique du bâtiment peut être défini de la manière suivante:

Qanimal + Qartificielle = Qbâtiment + Qventilation

La perte de chaleur par le bâtiment et la ventilation dépend de la différence de température entre l'extérieur et l'intérieur. Plus grande sera cette différence, plus grande sera la perte de chaleur. En France, on différence plusieurs zones climatiques et on pourrait utiliser des tables climatologiques pour définir la température sur laquelle on calculera la perte de chaleur et la fréquence de ventilation. Habituellement, on utilise des valeurs de 2,5 et 97,5 % comme point de référence pour les températures, ce qui signifie qu'en hiver ou en été normaux, les températures dépassent respectivement les 97,5 ou les 2,5% du temps.

La température d'hiver est utilisée comme critère dans la conception de l'isolation des bâtiments et pour calculer la perte de chaleur par le bâtiment et la ventilation pendant l'hiver. Si la somme des deux pertes dépasse la production de chaleur animale, il faudra ajouter de la chaleur artificielle. La fréquence de ventilation en hiver est conçue pour maintenir l'humidité relative en dessous de 70 %. A cette fréquence, la qualité de l'air est acceptable et la perte de chaleur est minimale tout en maintenant la qualité du bâtiment.

Production de chaleur animale

La production de chaleur animale peut être exprimée en watts (W) ou en unités productrices de chaleur par animal. Une unité productrice de chaleur est égale au nombre d'animaux nécessaire pour produire 1.000 W à 20 ºC (tableau 1.)

Tableau 1. Unités productrices de chaleur par animal et température recommandée
Catégorie Poids, kg/animal Unités productrices de chaleur/animal Température recommandée, ºC
Porcelet nouveau-né 1 - 30-34
Porcelet 5 0,04 26-32
Porc sevré 15 0,08 20-22
Porc sevré 25 0,11 15-20
Charcutier 50 0,17 15-20
Charcutier 70 0,21 15-20
Charcutier 90 0,24 15-20
Truie gestante 175 0,30 15-20
Truie allaitante 175 0,44 15-18

Figure 2. Une protection de la zone de mangeoires élève la température le 6 à 8°c au-dessus de la température ambiante.


La production de chaleur animale et les besoins de température varient en fonction des phases de la reproduction avec l'ingéré d'aliment et les conditions d'ambiance. Ainsi, les porcs en phase finale et les truies allaitantes produisent relativement plus de chaleur que des porcs à d'autres stades.
Une zone de mangeoires protégée dans une case de maternité conserve la chaleur et l'effet est tel que la température de la zone de mangeoires est 6-8 ºC plus élevée que la température ambiante. Ceci signifie qu'il est possible de maintenir une température plus basse dans la salle pour adapter la truie par rapport à une salle de maternité ouverte.


Avec protection
Sans protection
Figure 3. Effet de la protection sur la température ( Danish Institute of Agricultural Science).

Chaleur artificielle

La chaleur artificielle peut être fournie par des conduites d'eau chaude comme les tuyaux delta et les tuyaux avec des nervures situés sous les entrées d'air, ce qui fait que l'air froid entrant se réchauffe. Cela évite les courants d'air froid dans la zone des animaux. La chaleur est transférée à l'air par radiation et par convection. Les tuyaux delta peuvent être en acier ou en aluminium. Les tuyaux en acier sont cependant plus efficaces car ils fournissent une plus grande fréquence de radiation.
Le chauffage localisé peut être obtenu par des tuyaux d'eau chaude dans le sol.
On peut aussi utiliser comme sources de chaleur artificielle des chauffages électriques ou au propane. Les chauffages au propane brûlent du gaz et, par conséquent, produisent de l'eau qui s'ajoute à la charge d'humidité du bâtiment. Ceci signifie que la fréquence de ventilation et l'utilisation d'énergie sont plus élevées avec ce type de chauffage.

Ventilation en été

Pendant l'été, la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur est faible et la production de chaleur s'ajoute nécessairement à la charge calorique du bâtiment. Cela signifie qu'il est nécessaire de remuer une grande quantité d'air dans le bâtiment pour éliminer l'excès de chaleur. En général, il n'est pas possible de maintenir la température intérieure moins de 5°c au-dessus de la température extérieure sans réfrigération. Celle-ci pourrait être réalisée avec des panneaux humides situés le long des parois externes du bâtiment. Cela sera ne sera cependant efficace que dans les zones climatiques avec une humidité relative basse pendant l'été.

Sous un climat chaud et sec, la température pourrait être abaissée de 10-12 ºC en faisant passer l'air de la ventilation à travers un panneau de réfrigération d'air par évaporation (pad cooling) consistant en un panneau de cellulose dans lequel circule de l'eau. Quand l'air sec y pénètre, l'eau du panneau s'évapore ce qui fait que la chaleur sensible se transforme en chaleur latente par un processus appelé adiabatique ce qui veut dire que ce processus ne requiert en lui-même aucune énergie.

Une autre façon, plus simple, de réfrigérer les animaux pendant l'été est le goutte à goutte, couramment utilisé dans les élevages naisseurs. Ce système fonctionne avec de l'eau qui goutte depuis une conduite vers le nez des animaux qui est très vascularisé et par conséquent est assez efficace pour éliminer la chaleur corporelle.

Récemment ont été installés des systèmes de réfrigération à haute pression comme méthodes alternatives au pad cooling. Un tel système fonctionne en arrosant un brouillard d'eau dans la salle qui s'évapore ensuite et refroidit le bâtiment. Sous un climat chaud et sec, il doit fonctionner en continu pour diminuer la température et l'humidité relative peut alors trop s'élever.

Bjarne Kornbek Pedersen, Danish Farm Design A/S

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