Ce module traite du contrôle des paramètres environnementaux au sein des structures agricoles et agro-industrielles. La ventilation est nécessaire pour contrôler la température et l'humidité et éliminer les gaz nocifs. Un système de ventilation avec un éventuel système de traitement de l’air, correctement conçus et installés, minimise les pertes d'énergie et garantit un environnement qui optimise la productivité et le confort des occupants. Ce module aborde les moyens de contrôler ces facteurs afin que la qualité de l'air éprouvé par les occupants ne soit pas aléatoire mais plutôt répondant à un objectif de confort préalablement défini. Ce module fournit les bases pour comprendre la qualité de l'air intérieur et entamer le processus de conception et de dimensionnement d’un système de ventilation pour les structures agro-industrielles.
Objectifs d'apprentissage1. Déterminez tous les caractéristiques de l'air humide à partir de seulement deux caractéristiques fournis (par exemple température, humidité, enthalpie, etc.).
2. Effectuer un bilan d'énergie et de masse sur un bâtiment agro-industriel et déterminer l'efficacité du processus.
3. Analyser la faisabilité et les avantages des différents systèmes de contrôle de l'environnement dans les structures agro-industrielles par ventilation et spécifier les taux de ventilation requis en fonction des paramètres de production et des caractéristiques de la structure.
4. Concevoir un système de ventilation naturelle et un système de refroidissement par évaporation basés sur les paramètres de production et les données climatiques
Calcul des charges thermiques des structures agro-industrielles
Choix et dimensionnement du système de ventilation pour la structure agro-industrielles
Choix et dimensionnement du système de refroidissement par évaporation convenable pour la structure agro-industrielle.
Introduction et Contenu du cours
La qualité de l'environnement dans les bâtiments agricoles dépend de facteurs tels que la température, la lumière, l'humidité, la qualité et le mouvement de l'air, la poussière, les odeurs et les agents pathogènes. L'environnement influe sur le confort et la santé des animaux et en fin de compte sur la production. Elle influence également la qualité et la longévité des produits stockés. D'un point de vue technique, l'environnement peut être contrôlé de près. Cependant, des facteurs économiques limitent souvent la justification du contrôle.
La région particulière du pays et la zone climatique associée influencent la manière dont les exigences environnementales seront satisfaites. Une zone humide peut nécessiter une ventilation continue pour le confort des bâtiments à structure ouverte, tandis qu'une zone aride peut nécessiter des bâtiments à grande capacité thermique pour se protéger contre la chaleur du jour et le refroidissement nocturne.
La ventilation est l’une des méthodes utilisées pour contrôler l’environnement dans les bâtiments agricoles où elle remplit deux fonctions principales: le contrôle de la température et le contrôle de l’humidité dans un bâtiment. Une ventilation peut également être nécessaire pour maintenir des niveaux adéquats d'oxygène et pour éliminer les gaz, la poussière, les odeurs et les agents pathogènes générés.
L'éventail des exigences en matière de ventilation dépend des conditions climatiques locales et de la structure desservie. Ceci est illustré par les exemples suivants:
1. Un abri pour bétail dans un climat tropical nécessite à peine de l'ombre d'un toit avec la structure située pour obtenir une brise maximale.
2. Un abri pour bétail dans un climat froid (gel saisonnier) peut être ouvert du côté ensoleillé et pourvu d'ouvertures de ventilation au niveau de la crête et le long de l'avant-toit. La température sera froide mais la condensation sera contrôlée.
3. Un poulailler (avec des cages) dans un climat froid peut, s'il est fortement isolé, rester confortablement au chaud, tandis que la ventilation mécanique élimine l'excès d'humidité et les odeurs.
4. Les pommes de terre entreposées dans un climat doux ou froid peuvent être refroidies par la ventilation seule. Un mouvement d'air continu est nécessaire pour maintenir un environnement uniforme. La quantité d'isolation utilisée sera dictée par la température la plus basse attendue.
De nombreuses recherches ont été menées pour déterminer les conditions environnementales idéales pour diverses catégories de bétail, types de produits végétaux et animaux. Sous réserve des contraintes économiques, plus ces conditions idéales peuvent être maintenues, plus l'entreprise sera performante. Les animaux de boucherie prendront du poids plus rapidement et plus efficacement, les vaches laitières produiront plus de lait et les produits entreposés conserveront une meilleure qualité et subiront moins de pertes.
Pour concevoir un système qui offre les conditions les plus proches des conditions environnementales idéales, l’ingénieur doit avoir des compétences sur les bilans énergétiques et de matières des structures d’hébergement des animaux, des plantes ou des stocks ainsi que sur les différents systèmes de ventilation et de conditionnement de l’air.
Dans le cadre de ce module, les chapitres seront organisés comme suit:
Chapitre 1: La Ventilation: pourquoi, quand et comment ?
Les animaux, les humains et les plantes produisent de la chaleur, de l'humidité et d'autres gaz qui doivent être éliminés de l'environnement pour maintenir des conditions saines. Par conséquent, un système de ventilation adéquatement utilisé doit:
1) amener l'air frais dans le bâtiment par des ouvertures planifiées;
2) mélanger soigneusement l'air extérieur et intérieur, ramasser la chaleur, l'humidité et les contaminants atmosphériques tout en abaissant la température, l'humidité et la contamination puis chasser l'air humide et contaminé du bâtiment.
Chapitre 1: Propriétés de l’air humide et diagramme psychrométrique
Pour bien gérer les effets d'aération sur la température et les conditions d'humidité dans la masse entreposée ou dans l’environnement de la structure d’élevage, il est essentiel d'avoir une bonne compréhension des propriétés de l'air humide. Ce champ d'étude du système d'interaction de l'air/eau est appelé psychrométrie.
Chapitre 3: Débit de Ventilation
L'objectif de la conception d'un système de ventilation est de déterminer le taux de ventilation afin de maintenir une température acceptable, ainsi que des niveaux acceptables d'humidité et de contaminants, à l'intérieur d'un bâtiment. Pour déterminer les taux de ventilation, les calculs de bilan thermique et d'humidité doivent être effectués sur une enveloppe de bâtiment. Le bilan de chaleur sensible est utilisé pour déterminer le taux de ventilation maximal pour contrôler la température, tandis que le bilan d'humidité est utilisé pour déterminer le taux de ventilation minimal pour contrôler l’humidité. Pour contrôler d’autres substances, il faut baser l’étude le bilan de cette substance pour déterminer le débit de ventilation.
Chapitre 4: Ventilation Mécanique
La ventilation mécanique utilise des ventilateurs, elle donc est plus positive dans son action pour mieux contrôler les débits de ventilation souhaités. L'installation initiale coûte généralement cher et il y a le coût de fonctionnement supplémentaire. Cependant, dans de nombreux cas, les avantages de la ventilation mécanique dépassent les coûts supplémentaires. Un système de ventilation mécanique comprend trois composants principaux: les ventilateurs, le système de distribution d'air et les commandes de régulation des ventilateurs.
Chapitre 5: Ventilation Naturelle
La ventilation naturelle est dominée par des phénomènes physiques, basés sur des interactions entre les sollicitations météorologiques (profils du vent et de température) et le bâtiment. Afin de comprendre comment fonctionne la ventilation naturelle, il est nécessaire de s’intéresser plus en détail à ces phénomènes. Il existe deux stratégies permettant de créer naturellement une circulation d’un flux d’air dans le bâtiment, l’une exploitant l’effet du vent et l’autre l’effet de tirage thermique. Ces deux phénomènes peuvent avoir lieu simultanément mais à un instant donné l’effet d’un des deux prédomine généralement sur l’autre.
Chapitre 6: paramétrage du système de refroidissement par évaporation
Lorsque la température extérieure est supérieure à la température critique maximale des animaux, il faudrait idéalement que la température de l'étable soit inférieure à celle de l'air extérieur. Toutefois, comme les animaux dégagent continuellement de la chaleur, c'est pratiquement impossible. Donc, pendant les périodes de température élevée, la ventilation seule peut ne pas être suffisante pour maintenir des températures satisfaisantes dans les bâtiments d'élevage. Un système de refroidissement peut être utilisé efficacement dans des bâtiments totalement fermés. Des systèmes de refroidissement par évaporation peuvent être utiles.
Le refroidisseur à évaporation fonctionne sur le principe simple selon lequel un ventilateur aspire l'air chaud dans le bâtiment de l'extérieur à travers un support humide. L'air chaud est refroidi par évaporation d'eau, ce qui transforme la chaleur sensible dans l'air en chaleur latente dans l'humidité évaporée, abaissant ainsi la température.
Une réduction de la température de l'air pouvant atteindre 11 ° C peut être obtenue dans les bâtiments pendant les périodes chaudes et à faible taux d'humidité. Bien que, par temps humide, l'effet de refroidissement soit considérablement réduit, le système peut convenir à de nombreuses régions pendant la plus grande partie de la saison chaude.
Chapitre 7: Lien du module Ventilation des Structures Agro-Industriellles avec le changement climatique
- Enseignant: Khaled El Moueddeb