Brevet FR2998654A1 — publié le 20140530

Caisson de ventilation, installation de ventilation et bâtiment d'élevage comprenant une telle installation Domaine technique et état de l'art La présente invention se rapporte au domaine de l'installation de ventilation d'un bâtiment. Depuis l'augmentation des coûts liés au chauffage, les éleveurs cherchent à optimiser leur équipement. Une des solutions est d'utiliser des échangeurs de chaleur permettant de ventiler et de renouveler l'air d'un bâtiment. Le principe de l'échangeur de chaleur repose sur le transfert de calories par conduction et convection. L'air chaud vicié extrait du bâtiment et l'air propre extérieur traversent l'échangeur en flux croisé sans qu'il n'existe un mélange des deux airs. Ces échangeurs de chaleur permettent d'économiser de l'énergie du fait du réchauffement de l'air propre par l'air chaud extrait. Le document FR 2 964 448 décrit une installation de ventilation à l'aide d'un échangeur de chaleur. Grâce à ce dispositif, la consommation d'énergie est réduite. Toutefois, l'installation d'un tel dispositif nécessite de gros travaux de main d'oeuvre, comme la réalisation d'un terrassement. De plus, le bouchage de ces échangeurs est fréquent à cause d'un phénomène d'encrassement lié à l'air vicié. L'impact de l'encrassement entraîne une baisse de rendement thermique et la baisse du débit. Le but de la présente invention est de pallier à ces inconvénients et de proposer un caisson de ventilation permettant d'avoir un rendement thermique et énergétique élevé, de réduire le phénomène d'encrassement tout en facilitant l'opération de nettoyage et de désinfection. Description de l'invention L'invention propose un caisson de ventilation, notamment de bâtiment d'élevage, ledit caisson de ventilation comprenant un moyen de circulation d'air vicié, une entrée d'air vicié et une sortie d'air vicié, et un échangeur de chaleur positionné dans la circulation d'air vicié, et une entrée d'air propre et une sortie d'air propre, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est un échangeur à tubes. Ainsi, l'échangeur de chaleur possède deux circulations d'air. En effet, le flux de circulation d'air vicié est réalisé par le moyen de circulation d'air vicié et le flux de circulation de l'air propre est réalisé par le manque d'air vicié. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'avoir un moyen de circulation d'air propre. Le moyen de circulation d'air vicié est variable et régulé par un moyen de régulation du débit d'air vicié. De cette manière, il est contrôlé le débit d'air vicié qui doit être extrait du bâtiment en fonction de la croissance des animaux d'élevage et de leurs besoins, comme par exemple, pour permettre d'évacuer l'air ou l'eau. Du fait de l'échange de chaleur entre l'air propre et l'air vicié, l'air vicié va réchauffer l'air propre du bâtiment. Cet effet va permettre de réchauffer l'air propre ce qui réduit la consommation d'énergie à réchauffer l'air propre. L'utilisation des tubes va permettre de faciliter le montage et le démontage des tubes et réduit le phénomène d'encrassement. De plus, l'opération de maintenance, notamment de nettoyage et de désinfection va être facilitée. En effet, il est possible de nettoyer les tubes avec un jet d'eau ou une soufflerie afin d'éviter le phénomène d'encrassement de l'échangeur de chaleur. Le système s'intègre dans le concept de ventilation déjà existant d'un bâtiment ; il n'y a aucune perturbation des flux d'air de la ventilation du bâtiment. Le flux d'air propre entre dans le bâtiment et longe le plafond. Arrivée au milieu du bâtiment et n'ayant plus de vitesse, cet air retombe à l'intérieur du bâtiment vers les animaux d'élevage. La vitesse de descente de l'air propre est faible. L'air propre est alors consommé par les animaux et devient de l'air vicié. Cet air vicié situé vers le bas du bâtiment est alors évacué par le caisson de ventilation et par la ventilation existante. Selon un aspect, le caisson de ventilation comprend des moyens de fixation adaptés à fixer ledit caisson sur une paroi d'un bâtiment entre une zone à ventiler et l'air extérieur. Selon un autre aspect, ledit caisson de ventilation comprend un moyen d'orientation du flux d'air propre, de préférence ledit moyen d'orientation du flux d'air propre étant une trappe disposée à la sortie d'air propre. Le moyen d'orientation du flux d'air propre oriente le flux d'air propre vers le haut du bâtiment afin de respecter la circulation d'air à l'intérieur du bâtiment comme expliqué précédemment. Pour une vitesse de flux d'air propre constante, la masse de l'air entrant dans le bâtiment varie en fonction de sa température. Pour une température extérieure froide et une température intérieure du bâtiment chaude, si cette différence est importante, alors la masse d'air entrant dans le bâtiment n'ira pas loin du caisson de ventilation. En effet, la masse de l'air entrant sera plus importante que la masse de l'air à l'intérieur du bâtiment. Lorsque la différence de température est faible, alors le flux de l'air propre entrant dans le bâtiment ira loin du caisson de ventilation. Lorsque le flux d'air propre entre dans le bâtiment, il se réchauffe et est proche du milieu du bâtiment. Une fois que le flux d'air propre n'a plus d'énergie cinétique, il retombe par effet de gravité. Cette descente est alors très lente et ne perturbe pas les animaux d'élevage. Le flux d'air propre est orienté pour ne pas qu'il soit dirigé directement vers les animaux d'élevage afin d'éviter une différence de température importante sur ceux-ci. Le caisson de ventilation comprend un moyen de régulation de la vitesse du flux d'air propre. Le moyen de régulation de la vitesse du flux d'air propre permet de varier la vitesse du flux d'air propre entrant dans le bâtiment de sorte que l'injection d'air propre arrive plus ou moins loin à l'intérieur du bâtiment. Le fait d'extraire de l'air d'un bâtiment va créer une dépression à l'intérieur du bâtiment et donc un appel d'air. La trappe va permettre de gérer la vitesse et l'orientation de l'appel d'air propre et n'a pas besoin d'avoir une circulation d'air propre forcée, comme par exemple un deuxième ventilateur. De préférence, le moyen de circulation d'air vicié est constitué d'un ventilateur. Le ventilateur possède une vitesse réglable afin de faire varier le débit d'air vicié extrait. Le fait d'avoir un unique ventilateur permet de diminuer le coût de fabrication et les coûts d'exploitation de l'invention, étant donné qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un deuxième ventilateur pour faire circuler l'air propre. Selon une autre préférence, l'échangeur à tubes comprend entre 50 et 150 tubes de diamètre de l'ordre de 40 à 60 mm et de l'ordre de 0,1 à 0,8 mm d'épaisseur. Ainsi, plus le diamètre est faible, plus l'échange de chaleur est important. Aussi, plus l'épaisseur est faible, plus l'échange de chaleur entre le flux d'air propre à l'intérieur des tubes et le flux d'air vicié à l'extérieur des tubes est important. La longueur des tubes est également une caractéristique permettant de favoriser l'échange de chaleur. Cette dernière caractéristique est un compromis entre l'encombrement des tubes et l'efficacité recherchée de l'échangeur de chaleur. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, il comprend un moyen de positionnement des tubes adapté à disposer les tubes de façon parallèle les uns par rapport aux autres, l'espace entre chaque tube étant de l'ordre à 1 à 5 cm. Par exemple, l'espace entre les tubes des figures ci-après est de 3 cm. Cet espace permet de favoriser l'échange de chaleur entre l'air propre et l'air vicié et de limiter l'encrassement. Selon une variante, le caisson de ventilation est constitué d'une première partie et d'une deuxième partie, chaque partie comprend au moins une pluralité de l'ensemble des tubes de l'échangeur à tubes, ledit caisson de ventilation comprend un moyen d'étanchéité entre la première partie et la deuxième partie, de préférence le moyen d'étanchéité étant un joint en matière élastique. Ainsi, les opérations de maintenance comme par exemple le montage, le démontage, le nettoyage, la désinfection sont facilitées par le fait d'avoir une répartition du poids du caisson de ventilation dans la première partie et la deuxième partie. En effet, le poids de l'ensemble est considérable pour un seul opérateur et le fait d'avoir une répartition du poids en deux parties facilite la manipulation par un opérateur. Selon une autre variante, le caisson de ventilation comprend un moyen de maintien en position ouverte adapté à maintenir une ouverture entre la première partie et la deuxième partie. Egalement selon une autre variante, le caisson de ventilation comprend également une sortie d'évacuation de fluide de condensation et le plan longitudinal de chaque tube de l'échangeur à tubes est incliné de l'ordre de 3 à 10° par rapport au plan longitudinal du caisson de ventilation. Ainsi, la condensation créée autour des tubes de l'échangeur à tubes s'écoule le long des tubes pour être évacuée vers une sortie d'évacuation du fluide de la condensation. L'invention concerne également une installation de ventilation comprenant au moins un caisson de ventilation et un bâtiment d'élevage comprenant une installation de ventilation. L'installation de ventilation peut également comprendre un système de régulation de la ventilation adapté à coopérer avec une pluralité de caisson de ventilation. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue en perspective du caisson de ventilation selon l'invention installé sur une partie d'un bâtiment, la figure 2 représente une vue en coupe de la figure 1, la figure 3 représente une vue en perspective du caisson de ventilation, la figure 4 représente l'arrière de la figure 3, la figure 5 représente le moyen de maintien en position ouverte du caisson de ventilation, la figure 6 représente un moyen de positionnement des tubes selon l'invention, la figure 7 représente un autre moyen de positionnement des tubes, la figure 8 représente la sortie d'évacuation de fluide de condensation, la figure 9 représente une coupe d'un bâtiment lors du fonctionnement de la présente invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente le caisson de ventilation 1 positionné sur une paroi d'un bâtiment 2 d'élevage. Le caisson de ventilation 1 ne touche pas le sol et est fixé directement à la paroi du bâtiment 2. Le bâtiment 2 est la zone à ventiler et comprend l'air vicié 3. L'extérieur du bâtiment 2 est l'air propre 4 et va servir à renouveler l'air du bâtiment 2. Le caisson de ventilation 1 est constitué d'une première partie 11 et une deuxième partie 12. La première partie 11 est fixée solidairement à la paroi du bâtiment et est étanche. De cette façon, le flux d'air ne peut s'évacuer à cet endroit. Lors du fonctionnement du caisson de ventilation 1, ces deux parties sont solidaires l'une de l'autre par des moyens de fixation tels que des charnières et un joint élastomère est positionné entre la première partie 11 et la deuxième partie 12 de sorte à éviter que le flux d'air du caisson de ventilation 1 ne s'échappe de celui-ci. Le caisson de ventilation 1 comprend un moyen de circulation d'air vicié 31 qui est un unique ventilateur. Le ventilateur est réglable en débit de l'ordre de 0 à 6000 m3/heure. La régulation du ventilateur du caisson est pilotée par un système de régulation de la ventilation. Le caisson de ventilation 1 comprend également une entrée d'air vicié 32, une sortie d'air vicié 33, une entrée d'air propre 41 et une sortie d'air propre 42. Une trappe est disposée à la sortie d'air propre 42, le système de régulation permet d'asservir la position de la trappe. La trappe peut orienter le flux d'air propre entrant dans le bâtiment 2 et peut également régler la vitesse comme l'épaisseur de la veine d'air propre entrant dans le bâtiment. Un échangeur de chaleur 5 est positionné dans la circulation d'air vicié. L'échangeur de chaleur 5 est un échangeur à tubes. Par exemple, chaque tube a une longueur d'un mètre d'épaisseur 0,51 mm, de diamètre 47,2 mm et est en matière en polyéthylène téréphtalate glycolisé. Le principe d'échange de chaleur peut également fonctionner avec d'autres matériaux et selon d'autres dimensions. De préférence, l'échangeur à tubes comprend entre 50 et 150 tubes de diamètre de l'ordre de 40 à 60 mm et de l'ordre de 0,1 à 0,8 mm d'épaisseur. Les figures 3 et 4 montrent la position du caisson pendant la phase de nettoyage ou de désinfection. Un opérateur ouvre le caisson de ventilation 1 et la deuxième partie 12 pivote par rapport à la première partie 11. L'axe de pivotement est situé dans le plan longitudinal du caisson de ventilation 1, sur un des bords de liaison entre la première partie 11 et la deuxième partie 12. L'ouverture va permettre le nettoyage des tubes par un moyen sec, tel qu'une soufflerie, ou humide tel qu'un jet d'eau. La figure 5 représente le moyen de maintien en position ouverte du caisson de ventilation 1. Le moyen de maintien en position ouvert est une barre 6 rigide entre la première partie et la deuxième partie. La longueur de la barre 6 dépend de l'ouverture souhaitée. Lors de la phase de nettoyage du caisson, la barre 6 assure à l'opérateur de ne pas à avoir à maintenir la deuxième partie par rapport à la première partie. De cette façon, l'opération de nettoyage est plus facile à réaliser. La figure 6 montre un moyen de positionnement des tubes 7 de sorte à maintenir les tubes parallèles les uns par rapport aux autres. Les tubes sont maintenus parallèles les uns par rapport aux autres par deux plaques disposées à chaque extrémité des tubes. Sur chaque plaque sont incorporés des ergots de positionnement 71. Dans ce mode de réalisation, les deux plaques permettent de maintenir cinq tubes en position. Le terme module sera utilisé par la suite pour désigner ces deux plaques et ces cinq tubes. La figure 7 montre une variante du moyen de positionnement des tubes 7 de sorte à maintenir les tubes parallèles les uns par rapport aux autres. Cette variante comprend également deux plaques disposées à chaque extrémité des tubes et permet de maintenir les tubes en position parallèle les uns par rapport aux autres. Cette variante coopère avec les ergots de positionnement 71 et permet de maintenir plusieurs modules de manière à ce que les modules soient également parallèles les uns avec les autres. De préférence, l'espace entre chaque tube est de l'ordre à 1 à 5 cm. Par exemple, l'espace des tubes est de 3 cm. La figure 8 représente la sortie d'évacuation 8 de fluide de condensation. Le plan longitudinal des tubes de l'échangeur à tubes est incliné de l'ordre de 3 à 10° par rapport au plan longitudinal du caisson de ventilation 1. De cette façon, le fluide de condensation créé autour des tubes s'écoule vers le bas par effet de la gravité et, du fait de l'inclinaison du plan de support des tubes, le fluide va s'écouler vers la sortie d'évacuation 8. Par exemple, le condensat est de l'eau de condensation, de l'azote... Il est possible de rajouter un conduit d'évacuation redirigé vers une fosse ou connecté à un autre caisson de ventilation, qui lui est redirigé vers une fosse. L'utilisation de plusieurs caissons de ventilation 1 va permettre une meilleure répartition de l'air à l'intérieur du bâtiment d'une grande surface. Par exemple, un caisson de ventilation 1 va être optimum pour réguler une surface comprise entre 100 et 300 m2. . Selon un exemple, quatre caissons de ventilation 1 ont été utilisés pour réguler la ventilation d'un bâtiment d'une surface de 1040 m2. Lors des essais pour une température d'air propre extérieure de 4,5 °C, une température d'air vicié de 21,5°C, une température d'air entrant de 17°C, l'efficacité énergétique est de 73%, par le calcul : température d' air entrant - température d' air propre extérieure Efficacité énergétique = température d' air vicié - température d' air propre extérieure Il est notée que l'efficacité énergétique n'est pas constante, en effet elle varie en fonction de la 10 température extérieure et augmente lorsque la température extérieure décroit. A la figure 9, il est montré le fonctionnement du caisson de ventilation 1 lors de son fonctionnement dans un bâtiment d'élevage. Les flèches de la figure 9 représentent la circulation d'air à l'intérieur du bâtiment 2. Une dépression est créée à l'intérieur du bâtiment, d'une part par le caisson de ventilation 1 par l'intermédiaire du ventilateur qui est le moyen de circulation d'air 15 vicié et d'autre part par la ventilation existante 10 qui se trouve à l'opposé du caisson de ventilation 1. Le flux d'air propre entre dans le bâtiment et longe le plafond. Un déflecteur 11 situé à l'intérieur du bâtiment au dessus de l'entrée d'air propre permet d'éviter d'avoir des zones mortes ou des turbulences dans le flux d'air propre entrant dans le bâtiment. Par exemple, la température du flux d'air propre est de 10°C, la température du matelas d'air chaud 9 est de 32°C et la 20 température vers le bas du bâtiment est de 25°C. Le flux d'air propre entrant dans le bâtiment se réchauffe et rencontre le matelas d'air chaud. Lorsque le flux d'air propre n'a plus de vitesse, il retombe sous l'effet de la gravité de sa masse volumique. La descente de la masse volumique du matelas d'air chaud 9 est lente sans avoir une énergie cinétique importante pour ne pas perturber les animaux du bâtiment 2. L'air vicié contenu dans le 25 bas du bâtiment 2 comme par exemple les gaz lourds, tels que le CO2, sont extraits par la circulation du flux d'air vicié du caisson de ventilation 1 et par la ventilation existante 10. De cette façon, il est respecté deux boucles de circulation d'air à l'intérieur du bâtiment d'élevage, la première étant réalisée par le caisson de ventilation et la deuxième étant réalisée par la ventilation existante. 30 Dans une autre variante, il peut être envisagé, sans sortir du cadre de l'invention, d'adapter les proportions, les formes du caisson de ventilation telles que celles décrites précédemment par de simples dispositions constructives qui apparaîtront directement et sans effort excessif à l'Homme du métier, de sorte à pouvoir l'utiliser pour l'installation de ventilation dans un bâtiment d'élevage. Nomenclature caisson de ventilation 11 première partie 12 deuxième partie 2 bâtiment 3 air vicié 31 moyen de circulation d'air vicié 32 entrée d'air vicié 33 sortie d'air vicié 4 air propre 41 entrée d'air propre 42 sortie d'air propre 5 échangeur de chaleur 6 barre 7 moyen de positionnement des tubes 71 ergot de positionnement 8 sortie d'évacuation 9 matelas d'air chaud 10 ventilation existante 11 déflecteur REVENDICATIONS1. Caisson de ventilation (1), notamment de bâtiment d'élevage, ledit caisson de ventilation (1) comprenant un moyen de circulation d'air vicié (31), une entrée d'air vicié (32) et une sortie d'air vicié (33), et un échangeur de chaleur (5) positionné dans la circulation d'air vicié, et une entrée d'air propre (41) et une sortie d'air propre (42), caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (5) est un échangeur à tubes. 2. Caisson de ventilation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caisson de ventilation (1) comprend des moyens de fixation adaptés à fixer ledit caisson sur une paroi d'un bâtiment (2) entre une zone à ventiler et l'air extérieur. 3. Caisson de ventilation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit caisson de ventilation (1) comprend un moyen d'orientation du flux d'air propre, de préférence ledit moyen d'orientation du flux d'air propre étant une trappe disposée à la sortie d'air propre (42). 4. Caisson de ventilation (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de circulation d'air vicié (31) est constitué d'un ventilateur. 5. Caisson de ventilation (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'échangeur à tubes comprend entre 50 et 150 tubes de diamètre de l'ordre de 40 à 60 mm et de l'ordre de 0,1 à 0,8 mm d'épaisseur. 6. Caisson de ventilation (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de positionnement des tubes (7) adapté à disposer les tubes de façon parallèle les uns par rapport aux autres, l'espace entre chaque tube étant de l'ordre à 1 à 5 cm. 7. Caisson de ventilation (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une première partie et d'une deuxième partie, chaque partie comprend au moins une pluralité de l'ensemble des tubes de l'échangeur à tubes, ledit caisson de ventilation (1) comprend un moyen d'étanchéité entre la première partie et la deuxième partie, de préférence le moyen d'étanchéité étant un joint en matière élastique. 8. Caisson de ventilation (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de maintien en position ouverte adapté à maintenir une ouverture entre la première partie et la deuxième partie. 9. Caisson de ventilation (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend également une sortie d'évacuation de fluide de condensation et en ce que le plan longitudinal de chaque tube de l'échangeur à tubes est incliné de l'ordre de 3 à 10° par rapport au plan longitudinal du caisson de ventilation (1). 10. Installation de ventilation comprenant au moins un caisson de ventilation (1) selon l'une des revendications précédentes. 11. Installation de ventilation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend également un système de régulation de la ventilation adapté à coopérer avec une pluralité de caisson de ventilation (1). 12. Bâtiment (2) d'élevage comprenant une installation de ventilation selon l'une des revendications 10 ou 11.