ÉCONOMIES D'ÉNERGIE LIÉES À L'UTILISATION D'ÉCRANS THERMIQUES AMOVIBLES DANS LES SERRES ET EFFETS DU VENT SUR LE BESOIN DE CHAUFFE CONGRÈS AQME 2012 GILLES CADOTTE AGR. En partenariat avec
Écrans Thermiques Horizontal vs Vertical Différents ratios polyester/aluminium Économies d énergie Plus de 40% la nuit XlS 13 FIREBREAK (83/17) (49%) XlS 60 HARMONY (38/62) (70%) Source: www.svenssonglobal.com
Mise en contexte du projet 1994: Étude de Jean-Marc Boudreau ing. (ITA) Économie d énergie de 22,8% (hiver & automne) 2006 à aujourd hui 48 audits énergétiques réalisés par le CIDES 2007: Modèle de Marco Girouard ing. (CIDES) Potentiel d économie jusqu à 37,8% (hypothèse du projet) pour les écrans thermiques 100% aluminisés Hiver 2010: Projet d étude terrain
Objectifs spécifiques du projet 1. Évaluer les économies d énergie 2. Valider le modèle du CIDES 3. Noter les impacts sur les cultures 4. Évaluer l impact du vent 5. Proposer un cas type d implantation d écrans thermiques
Site de réalisation du projet Serres Noël Wilson et Fils St-Rémi, Qc Nord Serre «L»
Caractéristiques des écrans thermiques BJ100 Boojun Co., Ltd. (Coréen) 100% aluminisé Taux théorique de rétention chaleur: 80% Contrôlés par le système PRIVA Déployés à partir du coucher du soleil (10 minutes) Repliés au lever du soleil (1 heure)
Méthodologie 56 jours de mesurages (PMV) 28 nuits avec écran 28 nuits sans écran Températures intérieures et extérieures Réelle vs Normalisé (DJc) Consommation de combustible Antenne sans fil et capteur de température Débitmètre de gaz naturel Station météo
Retour sur l hypothèse de départ Économies d énergie - Résultats de nuit: Hypothèse: 50% à 60% Projet: 33,1% Économies d énergie - Résultats 24 heures: Hypothèse: 37,8% Projet: 23,5% POURQUOI CET ÉCART?
Discussion Effet du climat doux de l hiver 2010 Hiver 2010 très doux!!! T extérieur 25,8% plus chaud que la moyenne 30 ans Malgré tout, le ratio d efficacité est ajusté selon la demande de chauffe. Hypothèse: Climat doux n a pas permis l évaluation juste du taux d économie provenant de l utilisation des écrans thermiques en situation hivernale (Aucune nuit à -20 o C).
Discussion Isolation et étanchéité de la serre Absence d isolation sur la serre «L» Lacunes d étanchéité Hypothèse: Une isolation et une étanchéité optimales de la serre auraient permis d obtenir le plein rendement énergétique des écrans thermiques (50-60% au lieu de 33,1% la nuit)
L impact du vent Analyser le ratio: m³ de gaz naturel/m² de serre / 100 DJc En fonction de: Intensité du vent Température extérieure Orientation du vent
Méthodologie Rose des vents 346 NE 66 SO 246 166
Données & résultats
Constats Les écrans thermiques permettent d annihiler l effet du vent sur la consommation d énergie indépendamment de l intensité et de la direction du vent. Plus c est venteux, plus la performance non intrinsèque des écrans thermiques est élevée. Ne pas négliger l isolation et l étanchéité de la serre Protéger davantage les serres du vent (brise-vent) Le manque d étanchéité d une serre diminue l atteinte du plein potentiel qu un écran thermique pourrait offrir. Il sera nécessaire de réaliser une étude complémentaire pour le démontrer.
Constats Rappel Les entreprises qui sont les plus performantes énergétiquement ont : Brise-vent Écrans thermiques Serres qui sont bien isolées et étanches Système de contrôle Systèmes bien conçus et entretenus
Côut écrans thermiques - Cas type Coûts d Investissement initial : 22,31$/m² Durée de vie utile: 8 à 10 ans Coût d entretien : 0,11$ / m² /an = (6% pour la vie durant) 0,055$/m²/an si utilisés 4 mois / an Automatisation du fonctionnement des écrans pour leur utilisation optimale (ordiné ou automate)
Économies mensuelles de combustible selon la normale climatique et une performance technique normale Consommation sans écran en m³ / m² Consommation avec écran en m³ / m² janv févr mars avr mai juin à août sept oct nov déc Total 15,6 12,9 10,5 5,6 2,4 2,3 5,8 9,4 14,0 78,6 11,3 9,4 7,7 4,1 1,7 1,5 4,2 6,7 10,1 56,6 Économie m³ / m² 4,4 3,5 2,8 1,5 0,7 0,8 1,7 2,7 4,0 22,0 Économie % 27,9 27,2 26,3 27,4 30,0 33,7 28,8 28,7 28,3 28,0 22,0 m³ pour 12 mois; 6,4 m³ pour la mi-février à juin; 11,6 m³ pour la mi-février à la fin novembre.
Période de retour sur l investissement (PRI) ajustée en tenant compte des économies sur les autres frais que le combustible Corrections Écrans Économie de gaz naturel pour autres frais Investissement PRI Période d'utilisation m³ / m² $ / m² $ /m² / an $ / m² ans Annuelle 21,2 9,169 0,449 22,310 2,3 Mi-février à fin novembre 11,4 4,931 0,191 22,310 4,4 Mi-février à mi-juin 6,4 2,768 0,114 22,310 7,7
Période de récupération de l'investissement en ans en rapport avec le prix du gaz naturel et le volume de gaz économisé
Autres considérations Date de début de culture Augmentation de de la superficie de serre chauffée Réduction de l intensité d utilisation du système de génération, et accroissement de la durée de vie Avec l éclairage artificiel, plus grande récupération de la chaleur émise par les lampes Amélioration de la sécurité d opération
Conclusion Chaque cas doit être évalué selon sa performance technique et financière ces derniers pouvant varier selon le producteur et ses serres. Garder une perspective à long terme par rapport à ses infrastructures et au marché de l énergie.
Références Rapport complet du projet disponible sur site Web du CIDES www.cides.qc.ca/rapports/ingenierie/rapport_ecrans_thermiques_versi on_finale.pdf Article dans AQME www.myvirtualpaper.com/doc/edition-sur-mesure/maitrisedelenergie-2-2/2011060302/
Résultats énergétiques bruts Résultats bruts Durée des périodes nonéquivalente Demande de chauffe nonéquivalente Économies gaz naturel: Nuit = 5 471 m 3 (29,7%) 24 h = 5 069 m 3 (21,2%) Ratio efficacité énergétique: Nuit = 33,1 % d économie 24 h = 27,9 % d économie Résultats sans écrans thermiques Données Unités Nuit Jour 24 h Durée période (28 jours) h 290 382 672 Moyenne par jour h 10,4 13,6 24,0 Température moyenne ext. o C 4,3 7,8 6,3 Température moyenne int. o C 19,0 22,6 21,0 Consigne de chauffe réelle o C 18,3 17,9 18,0 Humidité relative de la serre % 77,5 70,7 73,7 Demande de chauffe DJ c 177 160 337 Intensité de la demande chauffe DJ c /h 0,61 0,42 0,50 Consommation de gaz naturel m 3 18 416 5 499 23 915 Intensité énergétique m 3 /m 2 3,76 0,86 5,07 Ratio d'efficacité énergétique m 3 /m 2 /100 DJ c 2,20 0,73 1,50 kwh/pi 2 /100 DJ c 1,62 0,53 1,10 Résultats avec écrans thermiques Données Unités Nuit Jour 24 h Durée période (28 jours) h 276 396 672 Moyenne par jour h 9,9 14,1 24,0 Température moyenne ext. o C 3,0 6,9 5,3 Température moyenne int. o C 19,2 22,4 21,1 Consigne de chauffe réelle o C 18,4 17,9 18,1 Humidité relative de la serre % 76,7 72,8 74,4 Demande de chauffe DJ c 186 182 368 Intensité de la demande chauffe DJ c /h 0,67 0,46 0,55 Consommation de gaz naturel m 3 12 944 5 901 18 846 Intensité énergétique m 3 /m 2 2,64 0,93 3,99 Ratio d'efficacité énergétique m 3 /m 2 /100 DJ c 1,47 0,69 1,08 kwh/pi 2 /100 DJ c 1,08 0,50 0,80
Résultats énergétiques normalisés Pourquoi normaliser les résultats bruts? Périodes d utilisation des écrans équivalentes Besoin de chauffe équivalent basé sur le modèle suivant: Température selon la normale climatique 1 journée de février 14 journées de mars 13 journées d avril Horaire des écrans suivant exactement le lever et coucher du soleil Économies normalisées de gaz naturel : Nuit = 8 743 m 3 (33,1%) 24 h = 9 061m 3 (23,5%) Données Unités Nuit Jour 24 h Durée période (28 jours) h 321 351 672 Moyenne par jour h 11,5 12,5 24,0 Température moyenne ext. o C -0,2 2,3 1,1 Consigne de chauffe o C 18,4 17,9 18,1 Demande de chauffe normalisée DJ c 254 223 477 Intensité de la demande chauffe DJ c /h 0,79 0,64 0,71 Consommation de gaz naturel m 3 26 393 12 091 38 485 Intensité énergétique m 3 /m 2 5,6 2,6 8,2 Ratio d'efficacité énergétique m 3 /m 2 /100 DJ c 2,20 1,15 1,71 kwh/pi 2 /100 DJ c 1,62 0,84 1,25 Données Unités Nuit Jour 24 h Durée période (28 jours) h 321 351 672 Moyenne par jour h 11,5 12,5 24,0 Température moyenne ext. o C -0,2 2,3 1,1 Consigne de chauffe o C 18,4 17,9 18,1 Demande de chauffe normalisée DJ c 254 223 477 Intensité de la demande chauffe DJ c /h 0,79 0,64 0,71 Consommation de gaz naturel m 3 17 650 11 773 29 423 Intensité énergétique m 3 /m 2 3,74 2,49 6,23 Ratio d'efficacité énergétique Économies de gaz naturel Résultats sans écrans thermiques Résultats avec écrans thermiques m 3 /m 2 /100 DJ c 1,47 1,12 1,31 kwh/pi 2 /100 DJ c 1,08 0,82 0,96 Différence entre les traitements sans écrans et avec écrans m 3 8 743 318 9 061 % 33,1 2,6 23,5 Ratio d'efficacité énergétique m 3 /m 2 /100 DJ c 0,73 0,03 0,40 kwh/pi 2 /100 DJ c 0,54 0,02 0,30
Données & résultats Traitement Vitesse moyenne du vent Cadrans SO NE Total km/h km/h km/h Sans écrans 8,7 9,7 9,2 Avec écrans 10,9 9,3 10,2 Note : Classes de vent de 0 km/h à 26 km/h Fréquence normalisée des données du vent
Données & résultats (suite) Intensité du vent Sans écrans Ratio de nuit Avec écrans Variation (km/h) (m³/m²/100 DJ c ) (m³/m²/100 DJ c ) (%) 0 2,05 1,50 26,8 5 2,13 1,50 29,6 10 ( moyenne) 2,20 1,50 31,8 15 2,28 1,50 34,2 20 2,35 1,50 36,2 25 2,45 1,50 38,8 Selon la courbe de tendance : L écran stabilise la consommation d énergie pour un besoin donnée indépendamment de l intensité du vent. Plus c est venteux, plus la performance non intrinsèque des écrans thermiques est élevée.