En collaboration avec Ressources naturelles Canada, le Conseil pour le Développement de l’agriculture au Québec (CDAQ) et le Conseil national de recherche en sciences naturelles et génie, La Coop fédérée et l’Université McGill terminaient récemment une étude visant à évaluer la performance d’un type de capteur solaire installé sur les entrées d’air frais de ventilation des murs sud-est de deux bâtiments d’élevage de poulets à griller, situés à Saint-Jean-Baptiste.

Un article publié dans l’édition de janvier 2009 du Coopérateur agricole a traité du but de l’étude : mesurer la quantité d’énergie solaire récupérée, mesurer l’effet sur la performance des poulets (soit la croissance, la mortalité et le taux de conversion alimentaire des poulets) et produire un logiciel qui permettrait de prédire le gain de chaleur et donc l’effet sur la performance animale.

Les poulaillers utilisés pour l’étude offraient trois étages et ont été construits en 2005 avec 150 mm de laine minérale comme source d’isolation dans les murs et 200 mm dans le plafond. La fondation et le plancher n’étaient pas isolés, sauf pour 50 mm de ripe de bois utilisée comme litière pour l’élevage des poulets. Le suivi de la quantité d’énergie récupérée a débuté en novembre 2007 pour se terminer en avril 2009. Ce suivi s’est effectué en utilisant des senseurs d’énergie solaire pour mesurer la quantité totale d’énergie à capter, en mesurant la température extérieure, dans les entrées d’air et à l’intérieur des bâtiments, et en mesurant le débit de ventilation dans les bâtiments.

Les capteurs solaires sont constitués de tôle noire ondulée et perforée, installée sur un cadre de bois en avant des entrées d’air frais. L’air frais extérieur qui circule sur la surface de la tôle noire, est aspiré par les perforations, circule ensuite sur la face arrière de la tôle noire et enfin, ainsi réchauffé, passe par l’entrée normale de ventilation dans le mur du bâtiment. La tôle noire n’est aucunement protégée du vent, ce qui limite la surface du capteur solaire, puisqu’il faut que le taux de ventilation créé à la surface du mur solaire soit suffisamment élevé pour contrebalancer l’effet du vent. Alors que pour chacun des poulaillers, le mur sud-est offrait pratiquement 500 m2, la surface totale de captage solaire n’était que de 222 m2.

Un panneau sur le cadrage inférieur permet de faire entrer de l’air sans passer par les capteurs solaires. Ce panneau est utilisé en été pour éviter le réchauffement de l’air frais servant à la ventilation du bâtiment.
Photo infrarouge de l’intérieur d’un des poulaillers. Le ventilateur au mur est représenté par un cercle mauve et noir (5-10 °C) alors que le poteau de soutien du plafond est la barre jaune et rouge verticale pratiquement au centre de la photo. La température est de 22-23 °C vers le plancher et de 26-27 °C vers le plafond. La fondation non isolée du bâtiment a une température intérieure de 15-17 °C (ligne bleue horizontale au plancher). Au fond de la photo, le mur est à 20 °C vers le plancher et à 26 °C vers le plafond, alors que le plafond est à 26-27 °C. Les écarts de température sont causés par une stratification de l’air, puisque l’air chaud, moins pesant, monte au plafond alors que l’air froid, plus pesant, tombe au plancher. On voit aussi l’effet de la fondation non isolée.

Le tableau, en page 47, résume la quantité de chaleur récupérée par les capteurs solaires, pendant les élevages de poulets qui s’effectuaient à tous les deux mois sur environ 45 jours. Il y a donc 15 jours par deux mois où le système de ventilation n’allait chercher que peu de chaleur solaire. Les capteurs ont récupéré en moyenne et sur la période d’observation 50 % de l’énergie solaire reçue. Le mois de mars offrait le plus haut niveau d’énergie solaire. En mars 2008, une quantité intéressante d’énergie a été récupérée, mais en 2009, à cause de vents plus forts et du fait que les capteurs ne soient pas protégés du vent, la quantité d’énergie captée a été moindre. Au total, pendant l’année 2008 les capteurs solaires ont récupéré 3090 $ d’énergie pendant les saisons froides. Par ailleurs, une partie de cette chaleur a été perdue par le système de ventilation du bâtiment.

Lors d’un changement abrupt de température de l’air dans les entrées, on observait un effet de court-circuitage de la chaleur dans les bâtiments. Le court-circuitage de l’air est un phénomène par lequel l’air frais réchauffé par les capteurs solaires se rend au ventilateur et est évacué dehors avant de pouvoir rafraichir l’air intérieur. Sur la photo infrarouge ci-dessous, à droite, on remarque que la température de l’air est stratifiée puisque l’air chaud, moins pesant, monte au plafond alors que l’air froid, plus pesant, tombe au plancher. Cette stratification cause le court-circuitage de la chaleur récupérée par les capteurs solaires et probablement aussi de la chaleur du système de chauffage. Cette problématique, assez généra­lisée dans les bâtiments d’élevage, est facilement évitable à coûts raisonnables. Dans le tableau à la page 47, on estime l’économie nette en chauffage. Si les capteurs solaires ont récupéré 3090 $ d’énergie par bâtiment en 2008, plus ou moins 540 $ de cette chaleur a servi à « chauffer dehors ».

Selon la valeur de l’énergie nette captée et utilisée pour ventiler les poulaillers, les partenaires estiment que les murs solaires se payent sur une période de 25 ans, à un taux d’intérêt annuel de 3 %. Ressources Naturelles Canada subventionne ces capteurs solaires au taux de 25 %, incluant le montant dépensé pour l’achat du système de ventilation. Cette subvention diminue la période de remboursement des murs solaires à 12 ans, au même taux d’intérêt annuel de 3 %. Pour que les murs solaires soient économiquement rentables pour les exploitations agricoles, ils doivent se payer en moins de 10 ans. Pour réaliser cet objectif, il faudrait surtout augmenter l’efficacité des murs solaires de 43 % à possiblement 65 % et en choisissant un système permettant d’augmenter la surface de mur couverte par les capteurs solaires. Une plus grande surface de captage permettrait possiblement d’augmenter de façon plus considérable le taux de ventilation et la performance animale.

Pendant le projet, le temps d’opération du système de chauffage pour chaque plancher était mesuré. Dans chacun des poulaillers, le plancher du bas utilisait beaucoup plus d’énergie de chauffage que les planchers au-dessus. Toutefois, le plancher du 3e étage n’utilisait pas plus d’énergie que celui du 2e étage, même si son plafond offrait plus d’exposition au froid de l’hiver et cela, grâce à sa bonne isolation. L’équipe estime à 270 $/mois en saison froide, ou 1100 $/année le coût additionnel de chauffage par bâtiment (55 m sur 11 m et 3 m de hauteur totale par étage) résultant du manque d’isolation de la fondation et du plancher. L’isolation de la fondation sur son périmètre se serait payée en moins de quatre hivers, à un taux d’intérêt annuel de 3 %.

Au sujet de la performance des poulets, aucune différence n’a pu être mesurée, que les poulaillers soient opérés avec ou sans les capteurs solaires pour réchauffer l’air frais de ventilation. Nous croyons qu’avec un captage accru d’énergie solaire, le taux de ventilation aurait été augmenté et alors, la qualité de l’air intérieur aurait été améliorée. Puisqu’il y a encore du travail à effectuer sur la quantité d’énergie solaire à récupérer, le développement d’un logiciel prédisant le gain solaire des murs et donc l’amélioration sur le taux de ventilation a été abandonné.

En conclusion, les capteurs étudiés ont récupéré environ 50 % de la chaleur solaire reçue ou incidente. Par contre, à cause du pauvre mélange d’air à l’intérieur (stratification des couches d’air de différentes températures), cette efficacité est réduite à environ 43 %. Pour améliorer la rentabilité des capteurs solaires, il serait intéressant d’augmenter leur efficacité et leur surface de captage. De plus, cette énergie solaire récupérée peut être mieux utilisée si la fondation du bâtiment est bien isolée et l’air intérieur est peu stratifié. Merci à Mario Boisjoli et Bruno Lambert pour leur temps et collaboration.

Les capteurs solaires installés sur les murs sud-est des poulaillers du Centre avicole de Saint-Jean-Baptiste.

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