Projet Technique : Refroidissement
D’une serre
Schéma technique de l’installation
Un panneau solaire capte l’énergie solaire qui est emmagasiné dans la batterie, frigérateur prend l’énergie nécessaire a son fonctionnement dans la batterie, le compresseur se met en route l’air extérieur est aspirée, réfrigérée puis envoyer dans le tube qui passe dans la serre. La serre se refroidie, le thermostat du frigo aura été préalablement réglé sur une température idéal pour les plantes. C’est se thermostat qui met en route le système. |
Le fonctionnement
Données :
- Volume de la serre (V): 5 m 3
- Humidité relative : 80%
- Température extérieur : 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 a réaliser
- Trouver la puissance frigorifique nécessaire
- Trouver la surface de panneau solaire
- Trouver la consommation électrique
- Calculer le coût d’investissement de l’installation
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:
Delta 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:
Delta 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 = Delta Hd / Pc/60/E =178.26 /0.250/60/3 = 3.96 min
En pratique, il existe une déperdition d’énergie dû au fait que la serre n’est pas vide (présence d’eau, de pots…), des « puits de chaleur »
vont ralentir le refroidissement etconsommer de l’énergie frigorifique.
On majorera le temps de fonctionnement à hauteur de 6 min.
Temps de fonctionnement du compresseur pour le maintien:
Td = Delta Hm / Pc/60/E = 97.65 /0.250/60/3 = 2.17 min
En pratique, il existe une déperdition d’énergie dû 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 élever |
Installation autonome |
Installation a monté soi-même donc demande du temps libres |
Température réguler automatiquement |
Plus la serre est grande plus le panneau solaire devra fournir d’énergie donc superficie du panneau augmenter donc coût plus élever |
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 se qui a été calculer donc les données ne sont pas sur a 100% |
L’élément frigorifique (le réfrigérateur) se trouve dans les déchetteries donc gratuit
|
|
Cette installation peut être couplet 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’un m3 d’air humide La pression du mélange (air sec + vapeur d’eau) est égale à la somme des pressions q’aurait chacun des constituants s’il était seul à occuper le volume de l’ensemble. Donc dans un m3 d’air humide, on retrouve la somme des masses de 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 |
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