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1
Analyse des paramètres climatiques, écophysiologiques et
énergétiques à l’intérieur d’une serre de production
ornementale à double paroi gonflable en présence d’un
système à déshumidification
Groupe Chauvin DIMAC horticulture
LesRencontresduVégétal 6e édition
C. Migeon, A. Pierart, A. Travers, D. Lemesle, G. Chassériaux
UP EPHOR
2
Introduction
La gestion du climat sous serreforte consommation énergétique
poste de dépense important
Le renchérissement du coût des énergies impose
une meilleure gestion du système serre
L’introduction de serres plus étanches et bien isolées conduit à
la réduction des échanges avec l’air extérieur « sec »
des niveaux d’humidité très (trop) élevés
des problèmes sanitaires
Il est alors nécessaire de déshumidifier la serre
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
Contexte
3
Introduction
Contexte
La déshumidification par aération-chauffage
procédé principalement utilisé en serres de production
Apport de chaleur
Mélange des airs humides :
Entrée de l’air extérieur àfaible teneur en humidité
Sortie d’air humide. Augmentation des déperditions thermiques
déshumidification
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
aérer la serre tout en la chauffant
4
Introduction
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
Contexte
La déshumidification par aération-chauffage (en hiver)
difficilement supportable au niveau économique
peu acceptable au plan environnemental
Problématique
Il est nécessaire d’envisager des solutions durables pour déshumidifier
Comment déshumidifier efficacement les serres en hiver sans surcoût énergétique prohibitif ?
Quelles doivent être les améliorations de l’outil de production? (pas de remise en cause des technologies des serres mais proposer des adaptations)
5
Programme PLANTINOV’SER (20092012)Innovation végétale et agro-système serre économe en énergie
Introduction
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
Conception/réalisation d’une PAC ‘multifonction’ (2009)
déshumidification par condensation (fonction principale)
PAC classique (fonction secondaire en appui du chauffage)
Expérimentation en serre de production pilote (2010 à ….)
Présentation des résultats de 2010 (déshumidification)
6
Plan de l’exposé
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
1- La déshumidification par condensation
2- Instrumentation/caractérisation de la PAC
3- Caractérisation du climat de la serre
4- Performance énergétique de la PAC
5- Conclusion
7
1- La déshumidification par condensation
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
Principe
Le déshumidificateur agit en convertisseur de chaleur latente en chaleur sensible (lorsque l’on soutire de la vapeur d’eau l’air s’échauffe, il se refroidit si on en rajoute (brumisation))
Mélange des airs humides
DESHUMIDIFICATEURAir de la serre
Air ‘sec’ et plus chaud
Eau soutirée
8Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
La pompe à chaleur à déshumidification
1- La déshumidification par condensation
Eau condensée
Entrée de l’air humide
Sortie de l’air froid saturé
compresseur
CO
ND
ENSE
UR
EVA
POR
ATE
UR
détendeur
+-4 kWh
électricité 1 kWh
5 kWh
( représentation avec rendement thermodynamique de la PAC supposé égal à 5 )
Représentation schématique
Prototype constitué de :
- 2compresseurs
- 2 évaporateurs
- 2condenseurs
- 1ventilateur
sortie de l’air chaud et ‘sec’
ventilateur
9Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
1- La déshumidification par condensation
La pompe à chaleur à déshumidificationPrototype 3.55m
2.4m
1.6m
10Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
1- La déshumidification par condensation
Positionnement de la PAC dans une serre de production
Aspiration
PAC
Gaines de soufflage
Serre ‘Chauvin’
Surface : 2 300 m2
Double paroi gonflable
Chauffage au sol
irrigation : nappe au sol
Q = 10000 m3/h
Pignon Ouest
11Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
1- La déshumidification par condensation
PAC
Gaines de soufflage
Vue de dessus
12.8 m
51.2 m
40 m48 m
Les serres Chauvin :caractéristiques géométriques et implantation du système
Positionnement de la PAC dans une serre de production
12Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
Conduite de la culture en présence de la PAC
Période de mesure : mars à Juin 2010 (résultats présentés pour Mars 2010)
Plantes cultivées : Hortensia ( 5plants /m² ; LAI = 1.86 ; hauteur = 35cm)
Température de consigne : 17°C (chauffage)
Déficit de saturation de consigne : 3 g/m3 (PAC)
1- La déshumidification par condensation
13Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
Grandeurs mesurées au niveau de la PAC
Qconddébit de vapeur condensée
( Te, HRe )entrée
( Ts, HRs)sortie
Pc (compresseur 1 et 2)
ventilateur
évaporateur condenseur
compresseur
Paaccessoires
Puissance moyenne élect kW
Totale :10.23 kW
- compresseur1 : 3.9 kW
- compresseur 2: 3.72 kW
- accessoires : 2.61 kW
2- Instrumentation/caractérisation de la PAC
14Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
Caractéristique de l’air à l’entrée et la sortie de la PAC
29 °C
18 °C
92 %
38 %
2- Instrumentation/caractérisation de la PAC
0
10
20
30
40
50
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
0
20
40
60
80
100
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
15h 19h 23h 3h 7h 11h
Température sortie Ts
Température entrée Te
Humidité relative entrée HRe
Humidité relative sortie HRs
25 au 26mars
15Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
Débit d’eau condensée mesuré
2- Instrumentation/caractérisation de la PAC
0
20
40
60
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
15h 19h 23h 3h 7h 11h
32 l/h
25 au 26mars
16Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
3- Caractérisation du climat
Instrumentation de la serre PAC
3.37m
1.92m
4.82mTpTpTa, HR
Ta, HR
Ta, HR
Ta, HR
3.8m
Ta, HR
0.8m0.47m
Jauge de contrainte (transpiration)
TfTa, HR
Ta, HR
17
3- Caractérisation du climat
Caractérisation verticale du climat
Il n’existe pas de stratification verticale de la température et de
l’humidité au centre de la serre
16
18
20
22
24
26
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
0.47m
1.92m
3.37m
4.82m
70
80
90
100
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
Température air °C
Humidité relative air %
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
15h 19h 23h 3h 7h 11h
°C
%
25 au 26mars
18
3- Caractérisation du climat
Caractérisation horizontale du climat
Température air °C
Humidité relative air %
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
16
18
20
22
24
26
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
PAC
70
80
90
100
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
15h 19h 23h 3h 7h 11h
°C
%
25 au 26mars
19Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
3- Caractérisation du climat
0
2
4
6
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
Déficit de saturation moyen
Consigne du déficit de saturation
Déficit de saturation moyen
g/m3
Le déficit de consigne n’est pas maintenu
15h 19h 23h 3h 7h 11h
25 au 26mars
20
8
12
16
20
24
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
3- Caractérisation du climat
Températures de rosée, de paroi et d’air
Il n’existe pas de point de rosée sur la paroi
°C
0.47m
TpTrosée
Ta Trosée
TaTrosée
Trosée
Tp
15h 19h 23h 3h 7h 11h
25 au 26mars
21
14
16
18
20
22
24
26
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
3- Caractérisation du climat
Le point de rosée n’est jamais atteint au niveau du couvert végétal
Ta
Températures de rosée, d’air et de feuille
Trosée
TfTf
Tf°C
Trosée
Ta
15h 19h 23h 3h 7h 11h
25 au 26mars
22
3- Caractérisation du climat
Les Rencontres du Végétal- 6e édition -
0
50
100
150
200
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 1210
1
2
Comparaison débit condensé /débit évapotranspiré
Le débit condensé s’équilibre avec l’évapotranspiration
l/h
15h 19h 23h 3h 7h 11h
25 au 26mars
23Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
4- Performance énergétique
Qc
( Te, HRe )entrée
( Ts, HRs) sortie( Tev, HRev )
sortie evaporateur
Pc
ventilateur
évaporateur condenseurcompresseur
Pev Pcond
Paaccessoires
ΣPev
PcondPc
Puissances moyennes élect mesurées
Pc = 7.6 KW
Pa = 2.6 KW
Puissances moyennes thermiques calculées
Pev = 45 kW
Pcond = 52.5 kW
Pt = 10.2 KW
PC + Pev - Pcond = 0
Calcul des puissancesthermiques
24Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
4- Performance énergétique
Calcul des rendements
Rendement thermodynamique de la PAC
Rendement énergétique global
Rendement de déshumidification : 3.2 l/KWh
0.001.002.00
3.004.005.006.00
7.008.00
0 100 200 300 400 500
Pcond / Pc = 6.9
Pt /Pc = 4.8
22 au 23 23 au 24 24 au 25 25 au 26 mars
25Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
4- Performance énergétique
Comparaison avec la méthode d’aération-chauffage
0
10
20
30
40
50
15:4
0
16:4
0
17:4
0
18:4
0
19:4
0
20:4
0
21:4
0
22:4
0
23:4
0
0:40
1:40
2:40
3:40
4:40
5:40
6:40
7:40
8:40
9:40
10:4
0
0
4
8
12
16
20
0
10
20
30
40
50
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
0
4
8
12
16
20
Puissance totale PAC
Puissance totale PAC
KW
KW
°C
°CText
Puissance à consommer par chauffage
Text
Puissance à consommer par chauffage
La puissance en aération-chauffage est 4 fois plus élevée21-22mars
19-20mars
26Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
5- Conclusion
D’un point de vue énergétique
- puissance faible
- rendements performants
- 4 fois moins énergivore que l’aération-chauffage
D’un point de vue climatique
- déficit de saturation non maintenu
- mais pas de points de rosée
- débit condensé = évapotranspiration de nuit
Automne 2010
Fonctionnement de la PAC en présence de Cyclamenrésultats satisfaisants au plan sanitaire et thermique
( le déshumidificateur a pratiquement évité l’utilisation du chauffage (sol et par aérothermes)
Le cyclamen est très sensible aux excès d’humidité (peut être considéré comme plante témoin)
27Les Rencontres du Végétal
- 6e édition -
5- Conclusion
Perspectives
- Étude du fonctionnement en PAC chauffage
(détermination de l’évolution des rendements)
- Compléter les mesures en déshumidification
- Intégration dans le logiciel de pilotage
- Approche économique et environnementale
28Groupe Chauvin DIMAC horticulture
LesRencontresduVégétal 6e édition
Merci de votre attention