Brevet FR2979423A1 — publié le 20130301

SERRE DE SÉCHAGE SOLAIRE A PLANCHER CHAUFFANT CHAUFFE GRACE A L'ENERGIE SOLAIRE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [001] La présente invention concerne un dispositif de séchage des boues ainsi qu'un procédé de séchage de boues associant un séchage solaire sous serre à un plancher chauffant alimenté par un fluide caloporteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [2] Les boues sont le résultat du traitement des eaux usées et des effluents liquides. Leur production, et par conséquent leur volume, n'ont cessé d'augmenter ces dernières années : c'est pourquoi des solutions ont été développées pour éliminer ces boues et si possible les valoriser. Plusieurs procédés existent pour cela, comme l'incinération ou la co-incinération, la mise en stockage ou encore la valorisation agricole. Cependant pour que ces procédés puissent être mis en oeuvre, les boues doivent être au préalable séchées, totalement ou partiellement suivant les procédés, afin de réduire leur volume, de faciliter leur manipulation, d'améliorer leur aspect, de les hygiéniser ou encore d'augmenter leur siccité. [3] Différents procédés de séchage des boues ont donc été développés : dans ce domaine, il existe le séchage solaire qui consiste à placer les boues dans des serres. Cette technique est particulièrement avantageuse, surtout dans les régions ensoleillées, car elle permet de réaliser des installations simples, économiques et écologiques. Cependant, elle présente l'inconvénient de nécessiter de grandes surfaces de serres, se traduisant par des coûts importants et des difficultés d'implantation. De plus, le séchage est tributaire des cycles diurnes, et la rentabilité globale de ce type d'installation est faible. [004] Afin de réduire la surface des serres et d'augmenter leur productivité, la technique de séchage des boues sous serre a donc été associée à un chauffage des boues par plancher chauffant. Ce plancher peut être chauffé par différents moyens comme la géothermie, ou des chaudières de différents types. Ainsi le document FR2843957 décrit une installation de séchage des boues 5 sous serre associé à un chauffage par plancher chauffant, chauffé grâce à des éoliennes générant de l'énergie qui est dégradée sous forme de chaleur puis restituée dans le plancher. L'art antérieur connaît également le document FR2873680 qui décrit un plancher chauffant chauffé grâce à la vapeur d'eau évaporée des boues dont les calories sont récupérées via un échangeur 10 eau/eau ou air/eau. Cependant ces deux procédés de chauffage du plancher chauffant nécessitent des installations lourdes, compliquées et coûteuses. [005] Ces différentes solutions permettent de pallier une insuffisance de soleil ou une longueur insuffisante du cycle diurne. Elles ne permettent toutefois pas d'optimiser le rendement solaire de l'installation. 15 OBJET DE L'INVENTION [6] La présente invention vise à pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé de séchage des boues combinant l'utilisation d'une serre solaire et d'un plancher chauffant comprenant un réseau 20 hydraulique alimenté par de l'eau chauffée à l'aide de chauffe-eau solaires, de manière à tirer parti au maximum de l'énergie solaire disponible sur le site, sans augmenter indûment la surface sous serre. [7] La présente invention s'adresse aux boues issues du traitement des eaux usées et des effluents, mais aussi à tout autre matière contenant de l'eau 25 et des solides en suspension ou en mélange homogène dans l'eau, qui ont une consistance liquide à pâteuse, telle que du limon, de la vase ou encore des fientes. Dans la suite, le terme « boues » désignera également, par extension, ces matières. [8] Plus particulièrement, la présente invention concerne une installation de séchage de boues, comportant une serre pourvue d'un plancher chauffant comportant un ensemble de canalisations alimentées par un fluide caloporteur, l'installation comportant un système de chauffage comportant au moins un dispositif de chauffage solaire du fluide caloporteur. [9] Les dispositifs de chauffage solaire permettent de réchauffer le plancher chauffant à moindre coût, de manière écologique, par un procédé simple à mettre en oeuvre. Ainsi, le plancher chauffant réchauffe par conduction les couches inférieures des boues qui le recouvrent, ce qui permet d'accélérer le séchage des boues et donc de réduire la surface de serre nécessaire. Cette combinaison de techniques permet donc d'optimiser l'utilisation de l'énergie solaire pour le séchage des boues, sans engendrer de coût supplémentaire important. Elle est donc particulièrement adaptée aux sites à fort ensoleillement, notamment dans les zones intertropicales. [0010] Suivant différents modes de réalisation de la présente invention, les dispositifs de chauffage solaire peuvent être disposés hors de la serre ou dans la serre. [0011] Avantageusement, le système de chauffage comporte en outre un dispositif de chauffage du fluide caloporteur par géothermie. On tire alors profit d'une autre source de chaleur utilisable notamment durant la nuit de manière à réguler le cycle de température des boues en vue par exemple de maintenir constante leur température. [0012] Avantageusement, le système de chauffage comporte également un dispositif de chauffage du fluide caloporteur utilisant une pompe à chaleur dont la source froide est située à l'extérieur de la serre. Cette pompe à chaleur peut être alimentée par toute source énergétique appropriée, et notamment par une éolienne couplée à une génératrice électrique. [0013] Avantageusement, le système de chauffage comporte en outre un dispositif de chauffage du fluide caloporteur utilisant la chaleur emmagasinée par l'air à l'intérieur de la serre, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. [0014] En effet, la combinaison de plusieurs dispositifs de chauffage différents permet d'optimiser le réchauffement du fluide caloporteur. En disposant 5 différents dispositifs de chauffage en parallèle, on peut augmenter le débit du fluide caloporteur pour un différentiel de température donnée entre l'entrée et la sortie du plancher chauffant. Cette combinaison de dispositifs de chauffage peut également s'avérer particulièrement intéressante en cas de dysfonctionnement d'un des systèmes de chauffage, par exemple en cas de 10 faible ensoleillement. [0015] Suivant un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de chauffage solaire comporte en outre au moins un échangeur de chaleur entre un circuit caloporteur interne à un des dispositifs de chauffage solaire et le fluide caloporteur. Le dispositif de chauffage solaire peut alors être conçu et 15 optimisé indépendamment du dimensionnement de l'ensemble de canalisations. Alternativement, il est également possible de chauffer directement le fluide caloporteur du plancher chauffant dans le chauffe-eau solaire, sans circuit intermédiaire. [0016] Avantageusement, un des échangeurs de chaleur utilise l'air contenu 20 dans la serre pour réchauffer le fluide caloporteur. [0017] Avantageusement, le fluide caloporteur est un liquide. [0018] Par ailleurs, l'installation comporte également, de préférence, un dispositif d'assainissement de l'air contenu dans la serre ainsi qu'un dispositif d'évacuation de la vapeur d'eau produite lors du séchage des boues. 25 [0019] L'assainissement de l'air et en particulier le traitement des odeurs émanant des boues permettent de minimiser les nuisances dans l'environnement des serres tandis que l'évacuation de la vapeur d'eau permet d'accélérer le séchage des boues et donc de réduire la surface et le volume des serres. [0020] L'invention concerne également un procédé de séchage de boues associant un séchage solaire sous serre à un plancher chauffant, dans lequel le 5 plancher chauffant est alimenté par un fluide caloporteur réchauffé par au moins un dispositif de chauffage solaire. [0021] Suivant un mode de réalisation particulier, le fluide caloporteur est en outre réchauffé par une source géothermique. [0022] Avantageusement, le fluide caloporteur peut être en outre réchauffé par 10 l'air circulant à l'intérieur de la serre, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui 15 représentent : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une serre associée à un plancher chauffant selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une représentation schématique d'un plancher chauffant et 20 de son système de chauffage conformément à un deuxième mode de réalisation de la présente invention. EXEMPLE DE RÉALISATION [0024] En référence à la figure 1, une installation de séchage des boues conforme à la présente invention comporte un dispositif de stockage 8 des boues 1 permettant d'alimenter la serre 3 en boues grâce à un dispositif d'alimentation 2. La serre 3 est constituée de parois 9 transparentes qui permettent d'augmenter l'efficacité de l'énergie solaire 10. La serre 3 comprend également un plancher chauffant 4 qui comprend un ensemble de canalisations 6 disposées entre une entrée 61 et une sortie 62 reliées à un circuit extérieur 11. Dans les canalisations 6 et le circuit extérieur 11 circule de l'eau entraînée par une pompe 14. Le circuit extérieur 11 comporte une pluralité de chauffe-eau solaires 7 disposés en parallèle et assurant le chauffage de l'eau. Naturellement, on pourra prévoir des vannes d'isolation 30 de chaque chauffe- eau, activées en cas de panne d'un chauffe-eau. Par ailleurs, l'installation comporte également un dispositif de retournement des boues 5 permettant d'homogénéiser le séchage des boues. [0025] La figure 2 représente schématiquement un ensemble de canalisations 6 et un système de chauffage 13 conformes à un deuxième mode de réalisation de la présente invention. L'ensemble de canalisations 6 forme avec un circuit extérieur un circuit fermé 6, contenant un fluide caloporteur, qui parcourt un plancher chauffant 4 et un système de chauffage 13. Le fluide caloporteur est mis en mouvement dans le circuit 6 à l'aide d'une pompe 14. [0026] Le système de chauffage 13 comporte en série un premier dispositif de chauffage 15 permettant de réchauffer l'eau par géothermie, suivi d'un second dispositif de chauffage 16 utilisant la chaleur emmagasinée par l'air 12 à l'intérieur de la serre, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 26, pour réchauffer le fluide caloporteur parcourant le circuit 6. Le fluide caloporteur parcourt ensuite en parallèle trois échangeurs de chaleur 17, 18, 19 permettant de réchauffer progressivement le fluide caloporteur grâce à l'énergie emmagasinée par trois circuits caloporteurs internes 20, 21 et 22 à trois dispositifs de chauffage solaires 23, 24 et 25. [0027] Ce système de chauffage 13 comportant une succession de dispositifs de chauffage 15 à 26 du fluide caloporteur permet de combiner des modes de chauffage de jour et des modes de chauffage de nuit. Il permet également réchauffer le fluide caloporteur par étapes pour atteindre des températures plus élevées à l'entrée du plancher chauffant. [0028] Naturellement de nombreuses variantes sont possibles : le système de chauffage du fluide peut, par exemple, contenir de nombreux autres dispositifs de chauffage du fluide caloporteur, comme par exemple une ou plusieurs chaudières électriques ou des dispositifs de chauffage par énergie éolienne comme ceux décrits dans le brevet FR2843957, qui peuvent s'avérer utiles lorsque le taux d'ensoleillement diminue ou en régime nocturne. En outre, le fluide caloporteur peut être de toute nature, y compris gazeuse et on peut également envisager d'utiliser deux fluides caloporteur différents dans le système de chauffage en fonction des dispositifs de chauffage utilisé. Par ailleurs, l'installation de séchage des boues peut également comprendre un dispositif de séchage des boues par convection faisant circuler un autre fluide caloporteur directement dans la serre. REVENDICATIONS1. Installation de séchage de boues, comportant une serre pourvue d'un plancher chauffant comportant un ensemble de canalisations alimentées par un fluide caloporteur, caractérisée en ce que l'installation comporte un système de chauffage comportant au moins un dispositif de chauffage solaire du fluide caloporteur et en ce que l'installation comporte différents dispositifs de chauffages en parallèle. 2. Installation de séchage de boues selon la revendication 1, 10 caractérisée en ce qu'au moins un des dispositifs de chauffage solaire est disposé hors de la serre. 3. Installation de séchage de boues selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un des dispositifs de chauffage solaire est disposé dans la serre. 15 4. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de chauffage comporte en outre un dispositif de chauffage du fluide caloporteur par géothermie. 5. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de chauffage comporte en outre un dispositif de chauffage du fluide caloporteur utilisant une pompe à chaleur dont la source froide est située à l'extérieur de la serre. 6. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de chauffage 25 comporte en outre un dispositif de chauffage du fluide caloporteur utilisant la chaleur emmagasinée par l'air à l'intérieur de la serre, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. 7. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage solaire comporte en outre au moins un échangeur de chaleur entre un circuit caloporteur interne à un des dispositifs de chauffage solaire et le fluide caloporteur. 8. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide caloporteur est un liquide. 9. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation comporte en outre un dispositif de retournement des boues. 10. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation comporte en outre un dispositif d'assainissement de l'air contenu dans la serre. 15 11. Installation de séchage de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation comporte en outre un dispositif d'évacuation de la vapeur d'eau produite lors du séchage des boues. 12. Procédé de séchage de boues associant un séchage solaire sous 20 serre à un plancher chauffant, caractérisé en ce que le plancher chauffant est alimenté par un fluide caloporteur réchauffé par au moins un dispositif de chauffage solaire. 13. Procédé de séchage de boues selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est en outre réchauffé par une 25 source géothermique. 14. Procédé de séchage de boues selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est en outreréchauffé par l'air circulant à l'intérieur de la serre.