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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 Les Rencontres du Végétal 6e édition C. Migeon, A. Pierart, A. Travers, D. Lemesle, G. Chassériaux UP EPHOR

Les Rencontres Végétal - AGROCAMPUS OUEST, …rencontres-du-vegetal.agrocampus-ouest.fr/infoglueDeliverLive/... · Innovation végétale et agro ... Conduite de la culture en présence

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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

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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

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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

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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)

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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)

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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

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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

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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

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9Les Rencontres du Végétal

- 6e édition -

1- La déshumidification par condensation

La pompe à chaleur à déshumidificationPrototype 3.55m

2.4m

1.6m

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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8

12

16

20

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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

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14

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18

20

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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

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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

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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

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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

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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

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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)

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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

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28Groupe Chauvin DIMAC horticulture

LesRencontresduVégétal­ 6e édition ­

Merci de votre attention