Projet Technique : Refroidissement

d’une Serre






Schéma technique de l’installation








Le fonctionnement


Un panneau solaire capte l’énergie solaire qui est emmagasinée dans la batterie, le réfrigérateur prend l’énergie nécessaire à son fonctionnement dans la batterie, le compresseur se met en route, l’air extérieur est aspiré, réfrigéré puis envoyé dans le tube qui passe dans la serre. La serre se refroidie, le thermostat du frigo aura été préalablement réglé sur une température idéale pour les plantes. C’est ce thermostat qui met en route le système.




Données


- Volume de la serre (V): 5 m 3

- Humidité relative : 80%

- Température extérieure : 35°C

- Température souhaitée : 30°C

- Puissance électrique du compresseur (Pc) : 250 W

- Efficacité frigorifique de l’installation (E) : 3

- Puissance électrique du ventilateur (Pv): 25 W

- Nombre d’heures chaudes dans une journée (heure où la température atteint les 35°C) :6 h



Travail à réaliser


- Trouver la puissance frigorifique nécessaire

- Trouver la surface du panneau solaire

- Trouver la consommation électrique

- Calculer le coût d’investissement de l’installation



Puissance frigorifique nécessaire


La puissance frigorifique nécessaire pour abaisser la température de 35°C à 30°C est composée de deux termes :


- la puissance frigorifique de départ, pour passer de 35°C à 30°C,

- la puissance frigorifique de maintien, pour thermostater la serre à 30°C


Nous ferons fonctionner le compresseur dans une plage de températures comprise entre 28 et 32°C afin d’obtenir une température moyenne de 30°C.

Si la température de la serre passe au-dessus de 32 °C, le compresseur se met en marche. Quand la température passe sous les 28°C, le compresseur s’arrête.



Cette étude est réalisée à l’aide du diagramme de l’air humide (annexe1) et des tables de conversions humidité relative/humidité absolue (annexe 2) se trouvant en fin du document.



Lecture graphique du diagramme de l’air humide :



L’enthalpie, selon les différentes températures, est de :


- H(35°C) = 109 kJ/kg d’air sec

- H(32°C) = 94 kJ/kg d’air sec

- H(30°C) = 85 kJ/kg d’air sec

- H(28°C) = 76.5 kJ/kg d’air sec


Par lecture graphique du diagramme de correspondance humidité relative/humidité absolue et les tables donnant la masse volumique de l’air humide, les densités de l’air sec aux différentes températures sont de :



D(35°C) = 1.097 kg/m3

D(28°C) = 1.1365 kg/m3



Puissance frigorifique de départ:


Hd = (H(35°C) – H(28°C) ) * V serre *D(35°C)

= (109 –76.5) * 5 *1.097 = 178.26 kJ


Puissance frigorifique de maintien:


Hm = (H(32°C) – H(28°C) ) * V serre *D(32°C)

= (94 –76.5) * 5 *1.116 = 97.65 kJ



Temps de fonctionnement du compresseur au départ:


Td = Hd / Pc/60/E =178.26 /0.250/60/3 = 3.96 min


En pratique, il existe une déperdition d’énergie dûe au fait que la serre n’est pas vide (présence d’eau, de pots…), des « puits de chaleur » vont ralentir le refroidissement et consommer de l’énergie frigorifique.


On majorera le temps de fonctionnement à hauteur de 6 min.




Temps de fonctionnement du compresseur pour le maintien:



Td = Hm / Pc/60/E = 97.65 /0.250/60/3 = 2.17 min



En pratique, il existe une déperdition d’énergie dûe au fait que la serre n’est pas vide (présence d’eau, de pots…), des « puits de chaleur » vont ralentir le refroidissement et consommer de l’énergie frigorifique.


On majorera le temps de fonctionnement à hauteur de 4 min.


En supposant que la température remonte de 28°C à 32°C en 5 min (quand le compresseur est coupé !), le compresseur fonctionnera 40 cycles sur un total de 6h d’heures chaudes dans une journée soit 2.667 h / 6 h (Nm).


La consommation électrique totale du compresseur sera de :


Cp = (Nm * Pc + Td/60 ) * Pc = (2.667 +6/60) * 250 = 691.75 Wh




La consommation électrique de l’installation sera de :


Ct = Cp +Cventillateur =691.75 + 25*6 = 841.75 Wh



Calcul de la surface de panneau solaire nécessaire :


En France, la puissance lumineuse incidente est comprise entre 4.93 et 5.47 kWh/j/m2. Le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque est de l’ordre de 14.5%.



La puissance électrique récupérable est de :


Pu = Pt * 14.5% = 5.47*0.145 = 0.793 kWh soit près de 800 Wh.



Pour faire fonctionner notre installation à 100% de ses capacités, il faudra une surface de panneau solaire de :


S = Ct / Pu = 847.75 /800 = 1.059 m2 soit donc environ 1 m2.



Le coût d’un panneau solaire (connectique incluse) est de l’ordre de 1000-1500€/m2.


Critiques du Projet :



Points positifs

Points négatifs


Pollution quasiment inexistante


Coût du panneau solaire assez élevé


Installation autonome


Installation à monter soi-même donc demande du temps libre



Température régulée automatiquement


Plus la serre est grande plus le panneau solaire devra fournir d’énergie donc superficie du panneau augmentée donc coût plus élevé


Les pannes sont très rares car les différents éléments sont faits pour durer dans le temps


Pour un rendement maximum, le panneau solaire doit être exposé plein soleil


En cas de panne, les différents éléments sont facilement trouvables

Il y a un écart entre la réalité et ce qui a été calculé donc les données ne sont pas sûres a 100%


L’élément frigorifique (le réfrigérateur)

se trouve dans les déchetteries donc gratuit



Cette installation peut être couplée avec une petite éolienne maison

-Site d’un amateur pour en construire une cliquer ici à






Les Annexes de Travail





ANNEXE 1


ANNEXE 2

MASSE VOLUMIQUE en kg/m3 d’air humide : C’est la masse d’ 1m3 d’air humide. La pression du mélange (air sec + vapeur d’eau) est égale à la somme des pressions qu’aurait chacun des constituants s’il était seul à occuper le volume de l’ensemble. Donc dans 1m3 d’air humide, on retrouve la somme des masses des constituants, c’est la somme des masse volumiques de l’air sec et de la vapeur d’eau, aux pressions partielles et températures désignées.



Masse volumique de l’air sous 1013 mbars

Ts température sèche en °C

Hr l’humidité relative


Ts

100% Hr

90% Hr

80% Hr

70% Hr

60% Hr

50% Hr

40% Hr

30% Hr

20% Hr

10% Hr

1% Hr

-10 °C

1,340

1,340

1,340

1,340

1,341

1,341

1,341

1,341

1,341

1,341

1,341

-9 °C

1,335

1,335

1,335

1,335

1,335

1,336

1,336

1,336

1,336

1,336

1,336

-8 °C

1,330

1,330

1,330

1,330

1,330

1,330

1,331

1,331

1,331

1,331

1,331

-7 °C

1,324

1,325

1,325

1,325

1,325

1,325

1,326

1,326

1,326

1,326

1,326

-6 °C

1,319

1,320

1,320

1,320

1,320

1,320

1,321

1,321

1,321

1,321

1,321

-5 °C

1,314

1,314

1,315

1,315

1,315

1,315

1,316

1,316

1,316

1,316

1,316

-4 °C

1,309

1,309

1,310

1,310

1,310

1,310

1,311

1,311

1,311

1,311

1,311

-3 °C

1,304

1,304

1,305

1,305

1,305

1,305

1,306

1,306

1,306

1,306

1,307

-2 °C

1,299

1,299

1,300

1,300

1,300

1,301

1,301

1,301

1,301

1,302

1,302

-1 °C

1,294

1,295

1,295

1,295

1,295

1,296

1,296

1,296

1,296

1,297

1,297

0 °C

1,289

1,290

1,290

1,290

1,290

1,291

1,291

1,291

1,292

1,292

1,292

1 °C

1,284

1,285

1,285

1,285

1,286

1,286

1,286

1,287

1,287

1,287

1,288

2 °C

1,279

1,280

1,280

1,281

1,281

1,281

1,282

1,282

1,282

1,283

1,283

3 °C

1,275

1,275

1,275

1,276

1,276

1,276

1,277

1,277

1,277

1,278

1,278

4 °C

1,270

1,270

1,271

1,271

1,271

1,272

1,272

1,272

1,273

1,273

1,274

5 °C

1,265

1,265

1,266

1,266

1,267

1,267

1,267

1,268

1,268

1,269

1,269

6 °C

1,260

1,261

1,261

1,261

1,262

1,262

1,263

1,263

1,264

1,264

1,264

7 °C

1,255

1,256

1,256

1,257

1,257

1,258

1,258

1,259

1,259

1,260

1,260

8 °C

1,250

1,251

1,251

1,252

1,252

1,253

1,253

1,254

1,254

1,255

1,255

9 °C

1,246

1,246

1,247

1,247

1,248

1,248

1,249

1,249

1,250

1,251

1,251

10 °C

1,241

1,241

1,242

1,243

1,243

1,244

1,244

1,245

1,245

1,246

1,247

11 °C

1,236

1,237

1,237

1,238

1,239

1,239

1,240

1,240

1,241

1,242

1,242

12 °C

1,231

1,232

1,233

1,233

1,234

1,235

1,235

1,236

1,237

1,237

1,238

13 °C

1,227

1,227

1,228

1,229

1,229

1,230

1,231

1,231

1,232

1,233

1,234

14 °C

1,222

1,223

1,223

1,224

1,225

1,226

1,226

1,227

1,228

1,229

1,229

15 °C

1,217

1,218

1,219

1,220

1,220

1,221

1,222

1,223

1,223

1,224

1,225

16 °C

1,212

1,213

1,214

1,215

1,216

1,217

1,217

1,218

1,219

1,220

1,221

17 °C

1,208

1,209

1,210

1,210

1,211

1,212

1,213

1,214

1,215

1,216

1,217

18 °C

1,203

1,204

1,205

1,206

1,207

1,208

1,209

1,210

1,211

1,211

1,212

19 °C

1,198

1,199

1,200

1,201

1,202

1,203

1,204

1,205

1,206

1,207

1,208

20 °C

1,194

1,195

1,196

1,197

1,198

1,199

1,200

1,201

1,202

1,203

1,204

21 °C

1,189

1,190

1,191

1,192

1,193

1,194

1,196

1,197

1,198

1,199

1,200

22 °C

1,184

1,185

1,187

1,188

1,189

1,190

1,191

1,192

1,194

1,195

1,196

23 °C

1,179

1,181

1,182

1,183

1,184

1,186

1,187

1,188

1,189

1,191

1,192

24 °C

1,175

1,176

1,177

1,179

1,180

1,181

1,183

1,184

1,185

1,187

1,188

25 °C

1,170

1,171

1,173

1,174

1,176

1,177

1,178

1,180

1,181

1,183

1,184

26 °C

1,165

1,167

1,168

1,170

1,171

1,173

1,174

1,176

1,177

1,178

1,180

27 °C

1,160

1,162

1,164

1,165

1,167

1,168

1,170

1,171

1,173

1,174

1,176

28 °C

1,156

1,157

1,159

1,161

1,162

1,164

1,165

1,167

1,169

1,170

1,172

29 °C

1,151

1,153

1,154

1,156

1,158

1,160

1,161

1,163

1,165

1,166

1,168

30 °C

1,146

1,148

1,150

1,151

1,153

1,155

1,157

1,159

1,161

1,163

1,164

31 °C

1,141

1,143

1,145

1,147

1,149

1,151

1,153

1,155

1,157

1,159

1,161

32 °C

1,136

1,138

1,140

1,142

1,144

1,146

1,149

1,151

1,153

1,155

1,157

33 °C

1,131

1,133

1,136

1,138

1,140

1,142

1,144

1,146

1,149

1,151

1,153

34 °C

1,126

1,129

1,131

1,133

1,136

1,138

1,140

1,142

1,145

1,147

1,149

35 °C

1,121

1,124

1,126

1,129

1,131

1,133

1,136

1,138

1,141

1,143

1,145

36 °C

1,116

1,119

1,122

1,124

1,127

1,129

1,132

1,134

1,137

1,139

1,142

37 °C

1,111

1,114

1,117

1,119

1,122

1,125

1,127

1,130

1,133

1,135

1,138

38 °C

1,106

1,109

1,112

1,115

1,118

1,120

1,123

1,126

1,129

1,132

1,134

39 °C

1,101

1,104

1,107

1,110

1,113

1,116

1,119

1,122

1,125

1,128

1,131

40 °C

1,096

1,099

1,102

1,105

1,109

1,112

1,115

1,118

1,121

1,124

1,127

41 °C

1,091

1,094

1,098

1,101

1,104

1,107

1,111

1,114

1,117

1,120

1,124

42 °C

1,086

1,089

1,093

1,096

1,099

1,103

1,106

1,110

1,113

1,117

1,120

43 °C

1,081

1,084

1,088

1,091

1,095

1,099

1,102

1,106

1,109

1,113

1,116

44 °C

1,075

1,079

1,083

1,087

1,090

1,094

1,098

1,102

1,105

1,109

1,113

45 °C

1,070

1,074

1,078

1,082

1,086

1,090

1,094

1,098

1,102

1,106

1,109

46 °C

1,064

1,069

1,073

1,077

1,081

1,085

1,089

1,094

1,098

1,102

1,106

47 °C

1,059

1,063

1,068

1,072

1,076

1,081

1,085

1,089

1,094

1,098

1,103

48 °C

1,053

1,058

1,063

1,067

1,072

1,076

1,081

1,085

1,090

1,095

1,099

49 °C

1,048

1,053

1,057

1,062

1,067

1,072

1,077

1,081

1,086

1,091

1,096

50 °C

1,042

1,047

1,052

1,057

1,062

1,067

1,072

1,077

1,082

1,087

1,092

51 °C

1,036

1,042

1,047

1,052

1,057

1,063

1,068

1,073

1,078

1,084

1,089

52 °C

1,030

1,036

1,041

1,047

1,053

1,058

1,064

1,069

1,075

1,080

1,086

53 °C

1,025

1,030

1,036

1,042

1,048

1,053

1,059

1,065

1,071

1,076

1,082

54 °C

1,019

1,025

1,031

1,037

1,043

1,049

1,055

1,061

1,067

1,073

1,079

55 °C

1,012

1,019

1,025

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