EP4658058A1 - Contrôle energétique et hydrométrique de serres horticoles - Google Patents

Contrôle energétique et hydrométrique de serres horticoles

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EP4658058A1
EP4658058A1 EP24749471.9A EP24749471A EP4658058A1 EP 4658058 A1 EP4658058 A1 EP 4658058A1 EP 24749471 A EP24749471 A EP 24749471A EP 4658058 A1 EP4658058 A1 EP 4658058A1
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EP
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greenhouse
temperature
heat
energy
fluid
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EP24749471.9A
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Inventor
Patrice Harnois
Yves DUBÉ
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Les Industries Harnois Inc
Original Assignee
Les Industries Harnois Inc
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Publication date
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Priority claimed from FR2302817A external-priority patent/FR3146784B1/fr
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    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
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    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Definitions

  • the present invention relates to an energy and/or hydrometry control system in the field of greenhouse farming, in particular for horticultural greenhouses for market gardening production.
  • climate change the average rise in temperatures and the harmful effects caused are now known and recognized by a vast majority of civilians and recognized among the scientific community. It is recognized that rising temperatures are accompanied by peaks of extreme heat. It is recognized that the additional energy accumulated in our atmosphere pumps much more humidity into our oceans and lakes, this humidity occasionally transforms into violent phenomena but, in general, the humidity level is increasing in several regions of the globe. It is recognized that climate change is largely linked to human activities and its great propensity to use fossil energy, which energy is the main source of GHG emissions, particularly carbon dioxide (CO2).
  • CO2 carbon dioxide
  • Mechanized means equal energy, equal increase in CO 2 , and certainly increase in production costs. The challenge therefore is to Stahl the typical greenhouse, as well as its components, in order to achieve the best growing environment without adding to the climate problems already underway.
  • the first element to consider is the internal clearance height of the greenhouses.
  • the ambient air will rise while gaining temperature. Part of the excess energy accumulates at the top of the greenhouse and can be managed at this level.
  • a ridge height of 9m will provide a gradient of 10°C between the ground and the ridge of the greenhouse. Increased height and volume must be considered when designing a modern greenhouse.
  • temperatures rise indoors and outdoors
  • Conventional cooling systems consist of misters or evaporation panels located on a wall of the greenhouse or in a mixing chamber. The air passing through these panels drops in temperature but its relative humidity increases significantly. In a context where the outside air is increasingly hot and humid, this type of purely adiabatic system quickly becomes ineffective.
  • the first alternative to direct adiabatic cooling is the use of refrigeration units. Although functional when well designed, these units are very energy-intensive.
  • heat pumps also known as heat pumps
  • This solution is interesting but in its current form and use, this solution is incomplete and contributes little to reducing CO2 levels.
  • heat pumps can still consume energy if they are used incorrectly or if the heat pump usage parameters are not optimized.
  • the present invention proposes a solution aimed at remedying the stated problems.
  • the invention relates to a system and method for energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse.
  • the present invention proposes a perfect and complementary arrangement of the various energy sources while optimizing them.
  • the reduction in the use of fossil energy is significantly reduced, making it possible to achieve carbon neutrality, regardless of the season and/or climate, and external CO 2 becomes a usable source of fertilizer. and manageable.
  • the invention optimizes the use of heat pumps and other energy sources.
  • Cooling the greenhouse can be done in 2 phases.
  • the 1st cooling phase is a mechanical refrigeration phase while the optional 2nd is an adiabatic cooling phase via misters. It is recognized that cooling adiabatic is energy efficient but limited. When supported by a mechanized source the overall process becomes very efficient. It should be noted that the misters are located within the greenhouse enclosure, so the entire greenhouse becomes like a large mixing chamber where each change in phase or air characteristics takes place in the right place.
  • the invention presented here makes it possible to drastically reduce the need for fossil energy without banishing it.
  • the invention is based more on the optimization of resources, on its management and on the transfers of energy between the batteries (accumulators), which transfers are carried out at low cost and according to the night and day cycles.
  • the method according to the invention is intended to be implemented by a computer, via a computer program consisting of instructions adapted to implement at least each of the steps of this process.
  • the invention relates to an energy and hydrometric control system of a horticultural greenhouse, characterized in that it comprises: a first tank designed to contain a first fluid previously heated to a first temperature Te between approximately 45 and 90 °C using: one or more boilers; a heat exchange with a distribution loop of a second fluid previously heated to a second temperature using one or more heat pumps powered by electricity and programmed to produce heat; or the combined action of the boiler(s) and the heat exchange with the distribution loop; the boiler(s) and the distribution loop forming part of the control system, and the first tank being fluidly connected to a set of heating pipes installed in the greenhouse to heat the interior of the greenhouse; and another tank designed to contain a third fluid previously cooled to a temperature between approximately 2 and 10°C using the heat pump(s) powered by electricity and programmed to produce cold; the distribution loop and the other tank being fluidly connected to a set of radiators installed in the greenhouse to heat or cool the interior of the greenhouse.
  • the invention also relates to a method of energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse implementing the system as described above, characterized in that it comprises the following steps: a) measuring the outside temperature of the greenhouse (T ext ); b) i) when the measured exterior temperature T ext is lower than a threshold temperature (for example: T ext ⁇ 10 °C), the interior of the greenhouse is heated via the heating pipes supplied by the first fluid; ii) when the measured exterior temperature T ext is higher than the threshold temperature (for example T ext > 10 °C), the interior of the greenhouse is heated via the set of radiators supplied by the second fluid; or iii) when the measured exterior temperature T ext is equal to or greater than a useful temperature of the greenhouse, the interior of the greenhouse is cooled using said set of radiators supplied by the third fluid.
  • a threshold temperature for example: T ext ⁇ 10 °C
  • the system is characterized in that the distribution loop is configured to heat the second fluid to temperature Te when the temperature outside the greenhouse is high enough to use only the heat pump(s) to heat the first fluid in the first tank and the second fluid in the distribution loop.
  • the system is characterized in that it further comprises a second tank designed to contain the second fluid previously heated using the heat pump(s), said heat exchange then taking place between the first and the second tank, the second tank being fluidly connected to the set of radiators installed in the greenhouse to heat the interior of the greenhouse.
  • the invention relates to an energy and hydrometric control system of a horticultural greenhouse, characterized in that it comprises: a first energy cell at high temperature comprising a first tank designed to contain a first volume of a first fluid previously heated to a first temperature of at least 60°C using one or more boilers, the first stack being fluidly connected to a set of heating pipes installed in the greenhouse to heat the interior of the greenhouse ; a second medium temperature energy cell comprising a second reservoir designed to contain a second volume of a second fluid previously heated to a second temperature between approximately 40 and 60°C using one or more electrically powered heat pumps programmed to produce heat, the second stack being fluidly connected to a set of installed radiators in the greenhouse to heat the interior of the greenhouse; a third low temperature energy cell comprising a third reservoir designed to contain a third volume of said second fluid previously cooled to a third temperature of between approximately 2 and 10°C using the electrically powered heat pump(s) and programmed to produce cold, the third battery being fluidly connected to said set
  • the invention also relates to a method of energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse implementing the system as described above, characterized in that it comprises the following steps: a) the exterior temperature of the greenhouse is measured ( Text ); b) i) when the measured exterior temperature T ext is lower than a minimum operating threshold for the heat pumps (for example: T ext ⁇ 10°C), the interior of the greenhouse is heated via the heating pipes supplied by the first high-temperature energy cell; ii) when the measured exterior temperature T ext is within an optimal operating range of the heat pumps (for example between -10 °C and + 10 °C), the interior of the greenhouse is heated via the set of radiators powered by the second energy cell at medium temperature; or iii) when the measured exterior temperature is equal to or greater than a useful temperature of the greenhouse, the interior of the greenhouse is cooled using said set of radiators powered by the third energy cell at low temperature; and the method also being characterized in that, when the outside temperature approaches the minimum operating threshold of the heat pumps, the method comprises
  • the invention also relates to a computer program comprising instructions adapted to the implementation of each of the steps of the methods described above, when the program is executed on a computer.
  • the system is characterized in that it further comprises mechanized means and controllable air supply coming from outside the greenhouse to inject air at the ground level of the greenhouse, at the ridge level of the greenhouse, or at both levels in order to control the hydrometry of the greenhouse.
  • the system is characterized in that the first fluid comprises water and the second fluid comprises a high efficiency energy transport fluid such as glycol, oil or steam.
  • a high efficiency energy transport fluid such as glycol, oil or steam.
  • the system is characterized in that the first pile is also fluidly connected to a set of means, such as pipes, installed outside the greenhouse to melt the ice and/or snow present near the greenhouse.
  • the system is characterized in that: the boiler(s) are powered by fossil, electric, geothermal energies, or a mixture of these energies; and the heat pump(s) are powered by electricity produced by alternative energies such as hydraulic, wind, solar, geothermal, biofuel, or a mixture of these energies.
  • the system is characterized in that it further comprises adiabatic and controllable greenhouse cooling means installed in the greenhouse, such as misters, in order to control the hydrometry of the greenhouse.
  • the system is characterized in that it further comprises a hydrological station comprising at least one first probe for measuring the temperature inside the greenhouse, at least one second probe for measuring the temperature outside the greenhouse. greenhouse and at least one probe for measuring the humidity level inside the greenhouse.
  • the system is characterized in that the operation of the hydrological station and its probes, the boiler(s), the heat pump(s), the means mechanized and controllable supply of fresh air, and/or the heat transfer is programmable and controllable by a computer or an intelligent device equipped with computer software and connected to the various control elements of the greenhouse via a wired network or non-wired such as WiFi or Bluetooth.
  • the method is characterized in that it further comprises a step during which air is injected from outside the greenhouse at the ground level of the greenhouse, at the peak of the greenhouse, or at both levels in order to control the hydrometry of the greenhouse.
  • Figure 1 shows a first general diagram illustrating preferred embodiments of the invention
  • Figure 2 presents a diagram of a greenhouse seen from the front illustrating preferred modes of the invention
  • Figure 3 presents a diagram of a greenhouse seen from the side illustrating preferred modes of the invention.
  • Figure 4 presents a second general diagram illustrating preferred modes of the invention.
  • the present invention relates to a system (1) for energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse, as illustrated in Figure 4.
  • this system is adapted for use in greenhouses in regions with a temperate climate or hot.
  • the system (1) comprises a first tank (110) designed to contain a first fluid (F1) previously heated to a first temperature Te between approximately 45 and 90°C.
  • the first fluid (F1) is heated either using one or more boilers (120), preferably, the boiler(s) (120) are powered by fossil fuels, such as gas, electric, energy from biomass, energy from geothermal energy, or a mixture of these energies; either using a heat exchange (160) with a distribution loop (208) of a second fluid (F2) previously heated to a second temperature using one or more heat pumps (220) powered by electricity and programmed to produce heat.
  • the fluid (F1) can also be heated by the combined action of the boiler(s) (120) and the heat exchange (160) with the distribution loop (208).
  • the first tank (110) is fluidly connected to a set of heating pipes (130) installed in the greenhouse to heat the interior thereof. For example, water at approximately 60°C circulates in the heating pipes (130).
  • the system (1) also comprises another tank (310) designed to contain a third fluid (F3) previously cooled to a temperature between approximately 2 and 10 ° C using the heat pump(s) powered by the electricity and programmed to produce cold.
  • the distribution loop (208) and the other tank (310) being fluidly connected to a set of radiators installed in the greenhouse to heat or cool the interior of the greenhouse.
  • the invention also relates to a method for energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse implementing the system (1) as described above.
  • the method is characterized in that it comprises the following steps: a) the outside temperature of the greenhouse (T ext ) is measured; b) i) when the measured outside temperature T ext is lower than a threshold temperature (for example: T ext ⁇ 10 °C), the interior of the greenhouse is heated via the heating pipes supplied by the first fluid; ii) when the measured outside temperature T ext is higher than the threshold temperature (for example T ext > 10 °C), the interior of the greenhouse is heated via the set of radiators supplied by the second fluid; or iii) when the measured outside temperature T ext is equal to or higher than a useful temperature of the greenhouse, the interior of the greenhouse is cooled using said set of radiators (230) supplied by the third fluid (F3).
  • a threshold temperature for example: T ext ⁇ 10 °C
  • the system (1) is characterized in that the distribution loop (208) is configured to heat the second fluid (F2) to the second temperature at the temperature Te when the temperature outside the greenhouse is sufficiently high to use only the heat pump(s) to heat the first fluid in the first tank and the second fluid in the distribution loop.
  • the system (1) can further comprise a second tank (210) designed to contain the second fluid previously heated using the heat pump(s) (220), said heat exchange then taking place between the first and second tank.
  • a second tank (210) designed to contain the second fluid previously heated using the heat pump(s) (220), said heat exchange then taking place between the first and second tank.
  • the cold source comes from the distribution loop, preferably with glycol as the second fluid, which is coupled to heat pumps or other refrigerant sources.
  • glycol may be replaced by water.
  • the heat source comes from the boiler and/or the distribution loop (e.g. glycol). Again, in some regions with hot climates, glycol may be replaced by water.
  • the boiler will not be required, or only for safety purposes or to generate CO 2 (see details below on this subject).
  • the hot water distribution loops can all operate within a normal range of between approximately 45°C and 90°C without being limited and independently.
  • the present invention relates to a system (1) for energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse, as illustrated in Figure 1.
  • This second aspect of the system according to the present invention can be used under any what climate, especially colder temperate, continental or northern climates.
  • the system (1) comprises a first high-temperature energy cell (100) comprising a first tank (110) designed to contain a first volume (e.g. 3000 m 3 ) of a first fluid (F1), such as water, previously heated to a first temperature of at least 60 °C, preferably between 60 and 90 °C.
  • the first fluid e.g. water
  • the first fluid is heated using one or more boilers (120).
  • the boiler(s) (120) are powered by fossil fuels, such as gas, electricity, energy from biomass, energy from geothermal energy, or a mixture of these energies.
  • the first cell (100), in particular its tank (110) is fluidically connected to a set of heating pipes (130) installed in the greenhouse to heat the interior thereof.
  • the first stack (100) is also fluidically connected to a set of means, such as pipes (140), designed to be installed outside the greenhouse to melt ice and/or snow present in the vicinity of the greenhouse.
  • a set of means such as pipes (140)
  • the pipes (140) may be made of cast iron, steel (with or without fins), or any other suitable heat-conducting material.
  • the carbon dioxide - CO2 - (150) produced by the combustion of fossil energy in the boilers (120) can be captured and reused, at least in part and depending on its quality, to feed the plants in the greenhouse which will absorb this CO 2 , thus reducing the production of greenhouse gases (GHG).
  • GFG greenhouse gases
  • the system (1) also comprises a second energy cell (200) at medium temperature comprising a second reservoir (210) designed to contain a second volume (e.g. 2000 m 3 ) of a second fluid (F2) previously heated to a second temperature between approximately 40 and 60°C, preferably approximately 45°C.
  • the second fluid (F2) comprises a high-efficiency energy transport fluid, such as for example glycol, oil or steam.
  • the second fluid (F2) supplying the second battery (200) is heated using one or more heat pumps (220) running on electricity and programmed to produce heat.
  • a heat pump (PAC) also called heat pump in Canadian French, is a device for transferring thermal energy from a low temperature environment (cold source) to a high temperature environment (hot source). This device therefore makes it possible to reverse the natural direction of the spontaneous transfer of thermal energy.
  • a heat pump can be considered as a heating system, if we wish to increase the temperature of the hot source, or refrigeration, if we wish to lower the temperature of the cold spring.
  • the process is the basis of almost all air conditioners and refrigerators.
  • the process differs from conventional heating, in which a body is heated (by Joule effect, by combustion, or by any other process).
  • the heat pumps used are air-water or water-water type pumps.
  • the useful number of heat pumps will be determined as a function of different structural parameters, such as for example the volume of the greenhouse, and the climate.
  • the heat pumps (220) can be supplied with electricity produced by alternative energies (270) such as hydro, wind, solar, geothermal, biofuel, biomass or a mixture of these energies.
  • alternative energies such as hydro, wind, solar, geothermal, biofuel, biomass or a mixture of these energies.
  • non-fossil energy is possible due to the fact that the quantity of electricity necessary for the operation of the heat pumps and the heating of the second fluid between approximately 40 and 60 °C is less than the quantity of energy necessary to power the boilers (120) supplying the first battery and produce a first fluid at high temperature.
  • the second battery and its reservoir (210) are fluidly connected via a first fluid network (240) to a set of radiators (230) installed in the greenhouse to heat the interior thereof.
  • the hot cell tanks (110, 210) are installed outside the greenhouse or greenhouses.
  • hot batteries can be designed to supply heat to one or more greenhouses.
  • the system (1) also comprises a third energy cell (300) at low temperature comprising a third reservoir (310) designed to contain a third volume (e. 500 m 3 ) of said second fluid (F2) previously cooled to a third temperature included between approximately 2 and 10°C using the heat pump(s) described above.
  • the pumps are programmed to produce cold.
  • the third battery and its reservoir (310) are fluidly connected to the same radiators described above, via a second fluid network (340), both to cool or control the temperature of the greenhouse, but also to dehumidify the greenhouse.
  • the first and second energy cells (200, 300) are thermally connected to each other to allow an exchange or transfer of heat (160) from the first to the second cell, and this when the outside temperature is too low to use the heat pump(s) (220) to heat the second fluid (F2) of the second energy cell (200).
  • this heat transfer can be carried out with a heat exchanger, for example with a power of 2 MW.
  • a heat transfer can be carried out, at the rhythm of the diurnal and nocturnal cycles, from the low-temperature cell (300) to the medium-temperature cell (200) to maintain the temperature of the second fluid of the medium-temperature cell by using the heat extracted from the cold cell (300).
  • a water-water heat pump can be used.
  • a water-water heat pump in fact allows an energy transfer between the 3 °C and 45 °C cell, and this at a very low energy.
  • the system (1) also includes mechanized and controllable means for supplying fresh air (400) from outside the greenhouse to inject air at the ground level of the greenhouse (410), at the peak of the greenhouse (420), or at both levels in order to control the hydrometry of the greenhouse.
  • the system (1) also comprises adiabatic and controllable means (500) for cooling the greenhouse installed in the greenhouse, such as misters, in order to control the hydrometry of the greenhouse.
  • adiabatic and controllable means 500 for cooling the greenhouse installed in the greenhouse, such as misters, in order to control the hydrometry of the greenhouse.
  • the system (1) also comprises a hydrological station (600) comprising at least a first temperature measuring probe (610) inside the greenhouse, at at least one second temperature measuring probe (620) outside the greenhouse and at least one humidity measuring probe inside the greenhouse (630).
  • a hydrological station 600 comprising at least a first temperature measuring probe (610) inside the greenhouse, at at least one second temperature measuring probe (620) outside the greenhouse and at least one humidity measuring probe inside the greenhouse (630).
  • the operation of the hydrological station (600) and its probes, of the boiler(s) (120), of the heat pump(s) (220), of the mechanized and controllable means of supply fresh air (400), and/or the heat transfer (160) between the first and the second energy stack is programmable and controllable by a computer or an intelligent device equipped with computer software and connected to the various control elements of the greenhouse via a wired or non-wired network such as WiFi or Bluetooth.
  • the present invention also relates to a method of energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse, implementing the system as described in the present application and in which the set points must be adapted to the climates and technologies used. without limiting it.
  • the method includes the following steps: a) we measure the exterior temperature Text of the greenhouse, for example with the exterior probe (620); b) i) when the measured exterior temperature T ext is lower than a minimum operating threshold for the heat pumps (for example: T ext ⁇ 10 °C), the interior of the greenhouse is heated via the heating pipes supplied by the first high-temperature energy cell; ii) when the measured exterior temperature T ext is within an optimal operating range of the heat pumps (for example between -10 °C and + 10 °C), the interior of the greenhouse is heated via the set of radiators powered by the second energy cell at medium temperature; or iii) when the temperature when the measured exterior temperature is equal to or greater than a useful temperature of the greenhouse, the interior of the greenhouse is cooled using said set of radiators powered by the third energy cell at low temperature; and when the measured outside temperature T ext approaches the minimum threshold for adequate operation of the heat pump(s), the method then comprises: d) a step during which a heat exchange is carried out from the first to the second energy
  • the minimum threshold and the minimum operating range of the heat pump(s) depend in particular on the power of the heat pumps and the technology. These operating parameters can therefore change over time and would not be a limiting element of the present invention. To date, a minimum operating threshold temperature is around -12 / -10 °C.
  • the method can also include a step during which air coming from outside the greenhouse is injected at the ground level of the greenhouse, at the level of the ridge of the greenhouse, or at both levels in order to to control the hydrometry of the greenhouse.
  • the method can also include a step during which a heat transfer is carried out, in rhythm with the diurnal and night cycles, from the low temperature battery (300) to the medium temperature battery (200) to maintain the temperature of the second fluid of the medium temperature cell using the heat extracted from the cold cell (300).
  • a heat transfer is carried out, in rhythm with the diurnal and night cycles, from the low temperature battery (300) to the medium temperature battery (200) to maintain the temperature of the second fluid of the medium temperature cell using the heat extracted from the cold cell (300).
  • a water-water type heat pump can be used for this heat exchange.
  • the present invention relates to a method of energy and hydrometric control of a horticultural greenhouse which comprises the following steps: a) the exterior temperature of the greenhouse is measured, for example with the exterior probe (620); b) i) when the measured exterior temperature is lower than approximately -10 ° C, the interior of the greenhouse is heated using a set of heating pipes (130) installed in the greenhouse and supplied by a first fluid (F1) coming from a first high temperature energy cell (100) comprising a first reservoir (110) designed to contain a first volume of the first fluid (F1) previously heated to a first temperature of at least 60 ° C at using one or more boilers (120); ii) when the outside temperature measured is between approximately -10 °C and + 10 °C, the interior of the greenhouse is heated using a set of radiators (230) installed in the greenhouse and supplied by a second fluid (F2) coming from a second medium temperature energy cell (200) comprising a second reservoir (210) designed to contain a second volume of the second fluid (F2) previously
  • the method comprises: d) a step during which a heat exchange is carried out from the first to the second energy cell to heat the second fluid of the second energy cell.
  • the method further comprises a step during which the ice and/or snow present near the greenhouse is melted via a set of means, such as pipes (140), installed outside of the greenhouse fluidly connected to the first stack (100).
  • these pipes (140) can be made of cast iron, steel (with or without fins), or any other suitable conductive materials.
  • the method further comprises a step during which the hydrometry of the greenhouse is controlled via adiabatic and controllable greenhouse cooling means installed in the greenhouse, such as misters (500).
  • the method also includes a step during which the temperature inside the greenhouse, the temperature outside the greenhouse and the humidity level inside the greenhouse are measured.
  • these measurements are preferably carried out using probes or sensors installed in the greenhouse (temperature (610) or hydrometry (630) and outside the greenhouse (temperature (620)).
  • the method further comprises a step during which the operation of the various control elements of the greenhouse is programmed and controlled by a computer or an intelligent device equipped with computer software and connected to said elements via a network wired or non-wired such as Wifi or Bluetooth.
  • the various control elements of the greenhouse including the hydrological station (600) equipped with probes (610, 620, 630) for measuring the temperature and humidity level, the boiler(s) (120), the heat pump(s) (220), the mechanized and controllable means of supplying fresh air (400), and/or the heat transfer between the first and the second energy cell (160), or between the second and the third cell (not illustrated ).
  • the present invention relates to a computer program comprising instructions adapted to the implementation of each of the steps of the methods described in the present application the method, when the program is executed on a computer.
  • Figures 2 and 3 illustrate a greenhouse, and in particular the mechanical air supply means (400) as discussed above, and the circulation of air in the greenhouse via vertical direction fans (VAF) or horizontal (HAF).
  • VAF vertical direction fans
  • HAF horizontal
  • Figures 2 and 3 illustrate a greenhouse, and in particular the mechanical air supply means (400) as discussed above, and the circulation of air in the greenhouse via vertical direction fans (VAF) or horizontal (HAF).
  • VAF vertical direction fans
  • HAF horizontal
  • the system allows a thermal connection (160) between the high temperature loop (100) and the medium temperature loop (200), thus making it possible to discharge a large quantity of energy when the heat pump network becomes ineffective (very low temperature );
  • the system allows the inclusion of a medium temperature hot water loop (200) allowing the use of alternative energy sources (270), such as solar concentrators, wind power, hydraulics and geothermal;
  • the system according to the invention makes it possible to combine a mechanized means of supplying fresh air (400) with the distribution of heating providing a large quantity of CO 2 to the plants in the greenhouse;
  • the system according to the invention makes it possible to combine a mechanical and adiabatic cooling system (500) inside a raised enclosure (see Figures 2 and 3). This combination transforms the greenhouse into a mixing chamber where conditions are optimal and energy gradients form naturally.
  • Air supply at ground level (410) makes it possible to increase the density of CO2 and increase productivity at lower cost, due to the fact that CO 2 is heavier than air;
  • the present invention mainly applies to different greenhouse crops.
  • the variety and/or type of plants have no effect on the patent and this patent remains applicable in all respects.
  • the present invention applies regardless of the shape of the greenhouse, its size, its height, its covering, etc. ;
  • the various fluids used in the energy loops coming from the heat pumps (220) are mainly intended to be glycol or water without being limited to this.
  • the boilers (120) are potentially powered by natural gas, propane or electricity, but are not limited to this.
  • the present invention applies regardless of the size of the boilers (120), the source of supply thereof, their type;
  • the present invention applies regardless of the type of heat pump (220) used (air-air / air-water / water-water);
  • the temperatures cited (90°C, 60°C, 45°C, 3°C) will potentially be optimal at a specific time during the year. Any adjustment or calibration different from these temperatures has no effect on the protection conferred by the patent;
  • Temperature ranges may differ from region to region and/or country to country. Variation in these energy use ranges has no effect on the protection conferred by the patent;
  • Temperature range giving optimal operation of heat pumps maximizing the COP is the following -10 °C ⁇ Text ⁇ 45 °C.
  • the sizing of heat pumps is equal to or greater than 35% of the peak heating power and 120% of the peak cooling power.
  • the sizing of reserves is based on cumulative needs outside the range, i.e. periods of extreme cold or heat waves.
  • the high temperature circuit is powered by third-party energy.
  • CO2 can be added to the greenhouse via the supply system
  • the greenhouse can be used like a conventional greenhouse; b) We can maximize the use of natural ventilation (very energy efficient); c) The 45°C and 3°C circuits (200, 300) can be used depending on current needs; d) The 90°C Battery (100) can be used in hold mode; e) VAF and HAF can be used at normal speed;

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Abstract

L'invention concerne un système et une méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d'une serre horticole. La présente invention propose un agencement parfait et complémentaires de diverses sources d'énergie tout en les optimisant. La diminution de l'utilisation de l'énergie fossile est réduite de façon significative rendant ainsi possible l'atteinte de la carboneutralité et ce, peu importe la saison et/ou le climat, et le CO2 extérieur devient une source d'engrais utilisable et gérable. En particulier, l'invention optimise l'utilisation des pompes à chaleur et autres sources d'énergie, de préférence des sources d'énergie alternative telles que l'énergie hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, du biocarburant, ou un mélange de ces énergies.

Description

CONTRÔLE ENERGÉTIQUE ET HYDROMÉTRIQUE DE SERRES HORTICOLES
La présente demande de brevet revendique la priorité des demandes de brevets français no. FR 2 300 960 déposée le 2 février 2023, et no. FR 2 302 817 déposée le 24 mars 2023, le contenu de ces demandes étant introduit ici par référence.
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne un système de contrôle de l’énergie et/ou de l’hydrométrie dans le domaine de la serriculture, en particulier pour les serres horticoles pour la production maraichère.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Les changements climatiques, la hausse moyenne des températures ainsi que les effets néfastes engendrés sont maintenant connus et reconnus par une vaste majorité de civils et reconnus parmi la communauté scientifique. Il est reconnu que la hausse des températures s’accompagne avec des pointes de chaleur extrême. Il est reconnu que l’énergie additionnelle accumulée dans notre atmosphère pompe beaucoup plus d’humidité au sein de nos océans et lacs, cette humidité se transforme de façon occasionnelle en phénomènes violents mais, de façon générale, le taux d’humidité est en hausse dans plusieurs régions du globe. Il est reconnu que les changements climatiques sont en bonne partie liés aux activités humaines et à sa grande propension à utiliser de l’énergie fossile, laquelle énergie est la source principale des émanations de GES, notamment du dioxide de carbone (CO2).
Il est reconnu également que les activités agricoles sont grandement reliées au climat. Tout changement entraine de nouveaux défis et parfois des contraintes insurmontables. Il va de soi que l’agriculture plein champ est davantage frappée par ces changements. Cependant, les productions sous protection (serres ou autres) sont également touchées et la tendance actuelle du climat fait en sorte que de nouvelles technologies seront requises. La hausse des températures extérieures a un impact direct sur la température intérieure des serres. La hausse du taux d’humidité extérieur a aussi un effet direct sur le climat intérieur de la serre, et sur le niveau de production des plantes. Un trop haut taux d’humidité peut empêcher les plantes de respirer, diminuer l’efficacité de la photosynthèse et favoriser le développement de maladies, de champignons, etc. Puisque le CO2 est un élément essentiel aux plantes, il est reconnu que le seul point positif (probable) des changements climatiques est la hausse de concentration de CO2 laquelle favorise une croissance accélérer des plantes. Mais comment faire pour en tirer parti et comment faire pour en consommer plus que l’on en génère ?
Paradoxalement, Il est reconnu qu’une serre a régulièrement besoin d’un système de chauffage afin de maintenir la température à un niveau optimum et afin d’éviter le point de rosée. Dans le contexte actuel, le chauffage est souvent relié à la consommation d’énergie fossile donc de CO2. La présente invention s’attaque à ce problème en minimisant l’apport d’énergie fossile.
Depuis plus de 50 ans, la serriculture utilise des moyens de ventilation simples et naturels, et ce, sous différentes formes, différents types d’ouvrants et différents mécanismes. Dans le contexte actuel et futur, les serres traditionnelles munies de ventilation naturelle trouveront rapidement leur point limite et deviendront de moins en moins efficaces.
Les fabricants de serres et les producteurs qui les utilisent font donc face à un défi de taille. Comment produire des fruits et des légumes de façon continue dans un contexte de changements climatiques évidents. Comment produire de façon efficace, comment contribuer au ralentissement de la hausse des températures, comment réduire l’empreinte carbone, comment réduire l’utilisation d’énergie fossile, comment fabriquer concevoir des serres offrant le climat requis aux plantes. Des questions pertinentes demandant une action, des solutions et menant à l’invention ici présente.
Puisque la réfrigération (contrôle de la température interne) via des moyens naturels est de moins en moins appropriée ou insuffisante, il faut donc se tourner vers des moyens mécanisés. Moyens mécanisés égalent énergie, égalent augmentation des CO2, et assurément augmentation des coûts de production. Le défi est donc de réinventer la serre typique, ainsi que ses composantes, afin d’atteindre le meilleur environnement de croissance sans ajouter aux problèmes climatiques déjà en cours.
Le premier élément à considérer est la hauteur de dégagement interne des serres. De façon naturelle, l’air ambiant va s’élever tout en gagnant en température. Une partie de surplus d’énergie s’accumule au faîte de la serre et peut être gérer à ce niveau. Une hauteur au faîtage de 9m procurera un gradient de 10 °C entre le sol et le faîtage de la serre. Une hauteur et un volume accrus doivent être considérés au moment de la conception d’une serre moderne. Lorsque les températures augmentent (intérieur et extérieur), il est très probable d’arriver à un point où l’enthalpie (énergie interne) de l’air extérieur est supérieure à l’enthalpie de l’air interne. Rendu à ce point, les mécanismes de refroidissement naturel ne fonctionnent plus et il faut définitivement passer à des moyens mécanisés. Les systèmes classiques de refroidissement sont constitués de brumisateurs ou de panneaux d’évaporation localisés sur un mur de la serre ou dans une chambre de mélange. L’air passant à travers ces panneaux baisse en température mais son humidité relative augmente beaucoup. Dans un contexte où l’air extérieur est de plus en plus chaud et humide, ce genre de système purement adiabatique devient rapidement inopérant.
La première alternative au refroidissement adiabatique direct est l’utilisation d’unités réfrigérantes. Quoique fonctionnelles lorsque bien conçues, ces unités sont très énergivores.
Une deuxième alternative est celle de l’utilisation de pompes à chaleur, connues aussi sous le nom de thermopompes, avec ou sans accumulateur d’énergie. Cette solution est intéressante mais sous sa forme et utilisation actuelle, cette solution est incomplète et contribue peu à la baisse du niveau de CO2. De plus, les pompes à chaleur peuvent être encore énergivores si elles sont mal utilisées ou si les paramètres d’utilisation des pompes à chaleur ne sont pas optimisés.
OBJET DE L’INVENTION
La présente invention propose une solution visant à remédier aux problèmes énoncés. L’invention porte sur un système et une méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole
La présente invention propose un agencement parfait et complémentaires des diverses sources d’énergie tout en les optimisant. La diminution de l’utilisation de l’énergie fossile est réduite de façon significative rendant ainsi possible l’atteinte de la carboneutralité et ce, peu importe la saison et/ou le climat, et le CO2 extérieur devient une source d’engrais utilisable et gérable. De fait, l’invention optimise l’utilisation des pompes à chaleur et autres sources d’énergie.
Le refroidissement de la serre peut s’effectuer en 2 phases. La 1ère phase de refroidissement est une phase de réfrigération mécanique tandis que la 2eme optionnelle est une phase de refroidissement adiabatique via des brumisateurs. Il est reconnu que le refroidissement adiabatique est peu énergivore mais limité. Lorsque qu’appuyer par une source mécanisée le procédé global devient très efficace. Il est a noté que les brumisateurs sont situés dans l’enceinte de la serre, alors la serre au complet devient comme une grande chambre de mélange où chaque changement de phase ou de caractéristiques de l’air s’effectue au bon endroit.
L’invention ici présente permet de diminuer drastiquement les besoins en énergie fossile sans toutefois le bannir. L’invention repose davantage sur l’optimisation des ressources, sur sa gestion et sur les transferts d’énergie entre les piles (accumulateurs), lesquels transferts se font à faible cout et au gré des cycles nocturnes et diurnes.
Le procédé selon l’invention a pour vocation d’être mis en œuvre par un ordinateur, par l’intermédiaire d’un programme d’ordinateur constitué d’instructions adaptées pour mettre en œuvre au moins chacune des étapes de ce procédé.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
Selon un premier aspect, l’invention concerne un système de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole, caractérisé en ce qu’il comprend : un premier réservoir conçu pour contenir un premier fluide préalablement chauffé à une première température Te comprise entre environ 45 et 90 °C à l’aide: d’une ou plusieurs chaudières; d’un échange thermique avec une boucle de distribution d’un deuxième fluide préalablement chauffé à une deuxième température à l’aide d’une ou plusieurs pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire de la chaleur; ou de l’action combinée de ou des chaudières et de l’échange thermique avec la boucle de distribution; la ou les chaudières et la boucle de distribution faisant parties du système de contrôle, et le premier réservoir étant reliées fluidiquement à un ensemble de tuyaux de chauffe installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre; et un autre réservoir conçu pour contenir un troisième fluide préalablement refroidi à une température comprise entre environ 2 et 10 °C à l’aide de la ou des pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire du froid; la boucle de distribution et l’autre réservoir étant reliés fluidiquement à un ensemble de radiateurs installés dans la serre pour chauffer ou refroidir l’intérieur de la serre. Selon ce premier aspect, l’invention concerne aussi une méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole mettant en œuvre le système tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu’elle comprend les étapes suivantes: a) on mesure la température extérieure de la serre ( Text); b) i) quand la température extérieure Text mesurée est inférieure à une température seuil (par exemple : Text ≤ 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via les tuyaux de chauffe alimentés par le premier fluide; ii) quand la température extérieure Text mesurée est supérieure la température seuil (par exemple Text > 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via l’ensemble de radiateurs alimentés par le second fluide; ou iii) quand la température extérieure Text mesurée est égale ou supérieure à une température utile de la serre, on refroidi l’intérieur de la serre à l’aide dudit ensemble de radiateurs alimentée par le troisième fluide.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention selon ce premier aspect, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
Le système est caractérisé en ce que la boucle de distribution est configurée pour chauffer le deuxième fluide à la température Te quand la température extérieure à la serre est suffisamment haute pour n’utiliser que la ou des pompes à chaleur pour chauffer le premier fluide dans le premier réservoir et le second fluide de la boucle de distribution.
Le système est caractérisé en ce qu’il comprend en outre un second réservoir conçu pour contenir le deuxième fluide préalablement chauffé à l’aide de la ou des pompes à chaleur, ledit échange thermique se faisant alors entre le premier et le second réservoir, le second réservoir étant relié fluidiquement à l’ensemble de radiateurs installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre.
Selon un second aspect, l’invention concerne un système de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole, caractérisé en ce qu’il comprend : une première pile énergétique à température élevée comprenant un premier réservoir conçu pour contenir un premier volume d’un premier fluide préalablement chauffé à une première température d’au moins 60 °C à l’aide de une ou plusieurs chaudières, la première pile étant reliée fluidiquement à un ensemble de tuyaux de chauffe installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre; une deuxième pile énergétique à température moyenne comprenant un deuxième réservoir conçu pour contenir un deuxième volume d’un second fluide préalablement chauffé à une deuxième température comprise entre environ 40 et 60 °C à l’aide d’une ou plusieurs pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire de la chaleur, la deuxième pile étant reliée fluidiquement à un ensemble de radiateurs installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre; une troisième pile énergétique à température basse comprenant un troisième réservoir conçu pour contenir un troisième volume dudit second fluide préalablement refroidi à une troisième température comprise entre environ 2 et 10 °C à l’aide de la ou des pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire du froid, la troisième pile étant reliée fluidiquement audit ensemble de radiateurs installés dans la serre pour refroidir l’intérieur de la serre; et en ce que : les première et deuxième piles énergétiques sont reliées thermiquement entre elles pour permettre un échange de chaleur de la première vers la deuxième pile quand la température extérieure est trop basse pour utiliser la ou des pompes à chaleur pour chauffer le second fluide de la deuxième pile énergétique.
L’invention concerne aussi une méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole mettant en œuvre le système tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu’elle comprend les étapes suivantes: a) on mesure la température extérieure de la serre (Text); b) i) quand la température extérieure Text mesurée est inférieure à un seuil minimal de fonctionnement des pompes à chaleur (par exemple : Text ≤ 10°C), on chauffe l’intérieur de la serre via les tuyaux de chauffe alimentés par la première pile énergétique à température élevée; ii) quand la température extérieure Text mesurée est comprise dans une plage optimale de fonctionnement des pompes à chaleur (par exemple entre -10 °C et + 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via l’ensemble de radiateurs alimentés par la deuxième pile énergétique à température moyenne; ou iii) quand la température extérieure mesurée est égale ou supérieure à une température utile de la serre, on refroidi l’intérieur de la serre à l’aide dudit ensemble de radiateurs alimentée par la troisième pile énergétique à température basse; et la méthode étant également caractérisée en ce que, lorsque la température extérieure approche le seuil minimal de fonctionnement des pompes à chaleur, la méthode comprend : c) une étape lors de laquelle on effectue un échange de chaleur de la première pile vers la deuxième pile énergétique pour chauffer le second fluide de la deuxième pile énergétique.
L’invention concerne aussi un programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes des méthodes décrites ci-dessus, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention selon le premier ou le second aspect de celle-ci, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : le système est caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air provenant de l’extérieur de la serre pour injecter l’air au niveau du sol de la serre, au niveau du faîte de la serre, ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
Le système est caractérisé en ce que le premier fluide comprend de l’eau et le second fluide comprend un fluide de transport d’énergie à haute efficacité tel que du glycol, une huile ou de la vapeur.
Le système est caractérisé en ce que la première pile est aussi reliée fluidiquement à un ensemble de moyens, tels que des tuyaux, installés à l’extérieur de la serre pour faire fondre la glace et/ou la neige présentes à proximité de la serre.
Le système est caractérisé en ce que : la ou les chaudières sont alimentée par des énergies fossiles, électriques, géothermiques, ou un mélange de ces énergies; et la ou les pompes thermiques sont alimentées en électricité produite par des énergies alternatives telles que l’énergie hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, du biocarburant, ou un mélange de ces énergies.
Le système est caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens adiabatiques et contrôlables de refroidissement de la serre installés dans la serre, tels que des brumisateurs, afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
Le système est caractérisé en ce qu’il comprend en outre une station hydrologique comprenant au moins une première sonde de mesure de la température à l’intérieur de la serre, au moins une deuxième sonde de mesure de la température à l’extérieur de la serre et au moins une sonde de mesure du taux d’humidité à l’intérieur de la serre.
Le système est caractérisé en ce le fonctionnement de la station hydrologique et de ses sondes, de la ou des chaudières, de la ou des pompes thermiques, des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air frais, et/ou le transfert de chaleur est programmable et contrôlable par un ordinateur ou un appareil intelligent muni d’un logiciel informatique et relié aux différents éléments de contrôle de la serre via un réseau filaire ou non filaire tel que le WiFi ou Bluetooth.
La méthode est caractérisée en ce qu’elle comprend en outre une étape lors de laquelle on injecte de l’air provenant de l’extérieur de la serre au niveau du sol de la serre, au niveau du faîte de la serre, ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
La figure 1 présente un premier diagramme général illustrant des modes préférentiels de l’invention ;
La figure 2 présente un schéma d’une serre vue de face illustrant des modes préférentiels de l’invention ;
La figure 3 présente un schéma d’une serre vue de côté illustrant des modes préférentiels de l’invention ; et
La figure 4 présente un second diagramme général illustrant des modes préférentiels de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un système (1) de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole, tel qu’illustré sur la Figure 4. Préférentiellement, ce système est adapté pour une utilisation des serres dans régions au climat tempéré ou chaud.
Le système (1) comprend un premier réservoir (110) conçu pour contenir un premier fluide (F1) préalablement chauffé à une première température Te comprise entre environ 45 et 90 °C. Le premier fluide (F1) est chauffé soit à l’aide d’une ou plusieurs chaudières (120), de préférence, la ou les chaudières (120) sont alimentées par des énergies fossiles, tel que du gaz, électriques, de l’énergie issue de la biomasse, de l’énergie issue de la géothermique, ou un mélange de ces énergies ; soit à l’aide d’un échange thermique (160) avec une boucle de distribution (208) d’un deuxième fluide (F2) préalablement chauffé à une deuxième température à l’aide d’une ou plusieurs pompes à chaleur (220) alimentées à l’électricité et programmées pour produire de la chaleur. Le fluide (F1) peut aussi être chauffé par l’action combinée de ou des chaudières (120) et de l’échange thermique (160) avec la boucle de distribution (208). La premier réservoir (110) est relié fluidiquement à un ensemble de tuyaux de chauffe (130) installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de celle-ci. Par exemple, de l’eau à environ 60 °C circule dans les tuyaux de chauffe (130). Le système (1) comprend aussi une autre réservoir (310) conçu pour contenir un troisième fluide (F3) préalablement refroidi à une température comprise entre environ 2 et 10 °C à l’aide de la ou des pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire du froid. La boucle de distribution (208) et l’autre réservoir (310) étant reliés fluidiquement à un ensemble de radiateurs installés dans la serre pour chauffer ou refroidir l’intérieur de la serre.
Selon ce premier aspect, l’invention concerne aussi une méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole mettant en œuvre le système (1) tel que décrit ci-dessus. La méthode est caractérisée en ce qu’elle comprend les étapes suivantes: a) on mesure la température extérieure de la serre (Text); b) i) quand la température extérieure Text mesurée est inférieure à une température seuil (par exemple : Text ≤ 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via les tuyaux de chauffe alimentés par le premier fluide; ii) quand la température extérieure Text mesurée est supérieure la température seuil (par exemple Text > 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via l’ensemble de radiateurs alimentés par le second fluide; ou iii) quand la température extérieure Text mesurée est égale ou supérieure à une température utile de la serre, on refroidi l’intérieur de la serre à l’aide dudit ensemble de radiateurs (230) alimentée par le troisième fluide (F3).
Selon un mode préférentiel, le système (1) est caractérisé en ce que la boucle de distribution (208) est configurée pour chauffer le deuxième fluide (F2) à la deuxième température à la température Te quand la température extérieure à la serre est suffisamment haute pour n’utiliser que la ou des pompes à chaleur pour chauffer le premier fluide dans le premier réservoir et le second fluide de la boucle de distribution.
Selon un mode préférentiel, le système (1) peut comprendre en outre un second réservoir (210) conçu pour contenir le deuxième fluide préalablement chauffé à l’aide de la ou des pompes à chaleur (220), ledit échange thermique se faisant alors entre le premier et le second réservoir. Ce mode préférentiel sera décrit plus en détail dans la description qui suit du second aspect de l’invention illustré notamment sur la Figure 1. Ce premier aspect de l’invention présente les particularités suivantes.
• Il convient principalement aux régions ayant une demande en chauffage minimale (incluant le sud des États-Unis ou des pays comme le Mexique), mais sans s’y limiter.
• La source de froid provient de la boucle de distribution, de préférence avec comme second fluide du glycol, laquelle est accouplée aux pompes à chaleur ou autres sources réfrigérante. Dans certaines régions au climat chaud, le glycol pourra être remplacé par de l’eau.
• La source de chaleur provient de la chaudière et/ou de la boucle de distribution (ex. au glycol). Là encore, dans certaines régions au climat chaud, le glycol pourra être remplacé par de l’eau.
• De plus, dans certains cas, la chaudière sera non requise, ou seulement pour fin de sécurité ou pour générer du CO2 (voir détails ci-après à ce sujet).
• Les boucles de distribution d’eaux chaudes peuvent toutes fonctionner dans une plage normale soit entre environ 45 °C et 90 °C sans y être limitée et de façon indépendante.
• Le lien énergétique entre la boucle de distribution et le premier réservoir est bidirectionnel, mais sans s’y contraindre.
• Les plages d’utilisations des différents systèmes sont modifiées et sont plus aléatoires car dans les régions chaudes le besoin en déshumidification peut avoir préséance sur tout le reste.
Selon un second aspect, la présente invention concerne un système (1) de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole, tel qu’illustré sur la Figure 1. Ce second aspect du système selon la présente invention peut être utilisé sous n’importe quel climat, en particulier des climats tempérés, continentaux ou nordiques plus froids.
Le système (1) comprend une première pile énergétique (100) à température élevée comprenant un premier réservoir (110) conçu pour contenir un premier volume (ex. 3000 m3) d’un premier fluide (F1), tel que de l’eau, préalablement chauffé à une première température d’au moins 60 °C, de préférence entre 60 et 90 °C. Le premier fluide (ex. eau) est chauffé à l’aide d’une ou plusieurs chaudières (120). De préférence, la ou les chaudières (120) sont alimentées par des énergies fossiles, tel que du gaz, électriques, de l’énergie issue de la biomasse, de l’énergie issue de la géothermique, ou un mélange de ces énergies. La première pile (100), en particulier son réservoir (110), est reliée fluidiquement à un ensemble de tuyaux de chauffe (130) installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de celle-ci. Par exemple, de l’eau à environ 60 °C circule dans les tuyaux de chauffe (130). Selon un mode préférentiel, la première pile (100) est aussi reliée fluidiquement à un ensemble de moyens, tels que des tuyaux (140), conçus pour être installés à l’extérieur de la serre pour faire fondre la glace et/ou la neige présentes à proximité de celle-ci. Par exemple, de l’eau à environ 90 °C circule dans les tuyaux (140). Les tuyaux (140) peuvent être en fonte, en acier (avec ou sans ailettes), ou tout autre matériaux conducteurs de chaleur appropriés.
Tel qu’illustrée sur la Figure 1 ou 4, le dioxyde de carbone - CO2 - (150) produit par la combustion d’énergie fossile dans les chaudières (120) peut être capté et réutilisé, au moins en partie et selon sa qualité, pour alimenter les plantes de la serre qui absorberont ce CO2, diminuant ainsi la production de gaz à effet de serre (GES).
Le système (1) comprend aussi une deuxième pile énergétique (200) à température moyenne comprenant un deuxième réservoir (210) conçu pour contenir un deuxième volume (ex. 2000 m3) d’un second fluide (F2) préalablement chauffé à une deuxième température comprise entre environ 40 et 60 °C, de préférence environ 45 °C. De préférence, le second fluide (F2) comprend un fluide de transport d’énergie à haute efficacité, tel que par exemple du glycol, une huile ou de la vapeur.
Le second fluide (F2) alimentant la deuxième pile (200) est chauffé à l’aide d’une ou plusieurs pompes à chaleur (220) fonctionnant à l’électricité et programmées pour produire de la chaleur. Une pompe à chaleur (PAC), aussi appelée thermopompe en français canadien, est un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un milieu à basse température (source froide) vers un milieu à haute température (source chaude). Ce dispositif permet donc d'inverser le sens naturel du transfert spontané de l'énergie thermique. Selon le sens de fonctionnement du dispositif de pompage, une pompe à chaleur peut être considérée comme un système de chauffage, si l'on souhaite augmenter la température de la source chaude, ou de réfrigération, si l'on souhaite abaisser la température de la source froide. Pour la production de froid, le procédé est à la base de la quasi-totalité des climatiseurs et réfrigérateurs. Pour la production de chaleur, le procédé diffère du chauffage classique, dans lequel un corps est chauffé (par effet Joule, par combustion, ou par tout autre procédé).
Selon un mode préférentiel, les pompes à chaleur utilisées sont des pompes de types air-eau ou eau-eau.
Selon un mode préféré de l’invention, le nombre utile de pompes à chaleur sera déterminé en fonction de différents paramètre structurels, tel que par exemple le volume de la serre, et du climat. De plus, de préférence, les pompes thermiques (220) peuvent être alimentées en électricité produite par des énergies alternatives (270) telles que l’énergie hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, du biocarburant, de la biomasse ou un mélange de ces énergies. Là encore, l’utilisation d’énergie non-fossiles est possible par le fait que la quantité d’électricité nécessaire au fonctionnement des pompes à chaleur et le chauffage du second fluide entre environ 40 et 60 °C est inférieure à la quantité d’énergie nécessaire pour alimenter les chaudières (120) alimentant la première pile et produire un premier fluide à haute température.
La deuxième pile et son réservoir (210) sont reliés fluidiquement via un premier réseau fluidique (240) à un ensemble de radiateurs (230) installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de celle-ci.
De façon préférentielle, les réservoirs des piles chaudes (110, 210) sont installés à l’extérieurs de la serre ou des serres. En effet, les piles chaudes peuvent être conçues pour alimenter en chaleur une ou plusieurs serres.
Le système (1) comprend également une troisième pile énergétique (300) à température basse comprenant un troisième réservoir (310) conçu pour contenir un troisième volume (e. 500 m3) dudit second fluide (F2) préalablement refroidi à une troisième température comprise entre environ 2 et 10 °C à l’aide de la ou des pompes à chaleur décrites ci-dessus. Dans ce cas, les pompes sont programmées pour produire du froid. La troisième pile et son réservoir (310) sont reliés fluidiquement aux mêmes radiateurs décrits ci-dessus, via un second réseau fluidique (340), à la fois pour refroidir ou contrôler la température de la serre, mais aussi pour déshumidifier la serre.
Selon la présente invention, les première et deuxième piles énergétiques (200, 300) sont reliées thermiquement entre elles pour permettre un échange ou transfert de chaleur (160) de la première vers la deuxième pile, et ce quand la température extérieure est trop basse pour utiliser la ou des pompes à chaleur (220) pour chauffer le second fluide (F2) de la deuxième pile énergétique (200). Ceci représente un avantage de la présente invention, en particulier dans les régions du monde, comme la Canada ou le nord de l’Europe, où les températures en hivers peuvent descendre bien en dessous de -10 °C. Selon un mode préférentiel, ce transfert de chaleur peut être réalisé avec un échangeur de chaleur, par exemple de puissance de 2MW. Selon un mode préférentiel, un transfert de chaleur peut être réalisé, au rythme des cycles diurnes et nocturnes, de la pile à basse température (300) vers la pile à moyenne température (200) pour maintenir la température du second fluide de la pile à moyenne température en utilisant la chaleur extraite de la pile froide (300). Par exemple, une pompe à chaleur de type eau-eau peut être utilisée. Une pompe à chaleur eau-eau permet en effet un transfert d’énergie entre la pile 3 °C et 45 °C, et ce à un énergétique très bas.
Le système (1) comprend également des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air frais (400) provenant de l’extérieur de la serre pour injecter de l’air au niveau du sol de la serre (410), au niveau du faîte de la serre (420), ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre. Ces moyens seront décrits plus en détails ci-après en référence aux Figures 2 et 3.
Selon un mode préférentiel de l’invention, le système (1) comprend également des moyens adiabatiques et contrôlables de refroidissement (500) de la serre installés dans la serre, tels que des brumisateurs, afin de contrôler l’hydrométrie de la serre. Là encore, ces moyens seront décrits plus en détails ci-après en référence aux Figures 2 et 3.
Selon un mode préférentiel de l’invention illustré sur la Figure 1 , le système (1) comprend également une station hydrologique (600) comprenant au moins une première sonde de mesure de la température (610) à l’intérieur de la serre, au moins une deuxième sonde de mesure de la température (620) à l’extérieur de la serre et au moins une sonde de mesure du taux d’humidité à l’intérieur de la serre (630).
Selon un mode préférentiel de l’invention, le fonctionnement de la station hydrologique (600) et de ses sondes, de la ou des chaudières (120), de la ou des pompes thermiques (220), des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air frais (400), et/ou le transfert de chaleur (160) entre la première et la deuxième pile énergétique est programmable et contrôlable par un ordinateur ou un appareil intelligent muni d’un logiciel informatique et relié aux différents éléments de contrôle de la serre via un réseau filaire ou non filaire tel que le WiFi ou Bluetooth.
Selon le deuxième aspect, la présente invention concerne aussi une méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole, mettant en œuvre le système tel que décrit dans la présente demande et dans laquelle les points de consignes doivent être adaptés au climats et technologies utilisées sans si limiter. La méthode comprend les étapes suivantes: a) on mesure la température extérieure Text de la serre, par exemple avec la sonde extérieure (620); b) i) quand la température extérieure Text mesurée est inférieure à un seuil minimal de fonctionnement des pompes à chaleur (par exemple : Text ≤ 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via les tuyaux de chauffe alimentés par la première pile énergétique à température élevée; ii) quand la température extérieure Text mesurée est comprise dans une plage optimale de fonctionnement des pompes à chaleur (par exemple entre -10 °C et + 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via l’ensemble de radiateurs alimentés par la deuxième pile énergétique à température moyenne; ou iii) quand la température quand la température extérieure mesurée est égale ou supérieure à une température utile de la serre, on refroidi l’intérieur de la serre à l’aide dudit ensemble de radiateurs alimentée par la troisième pile énergétique à température basse; et lorsque la température extérieure Text mesurée approche le seuil minimal de fonctionnement adéquat de la ou des pompes à chaleur, la méthode comprend alors : d) une étape lors de laquelle on effectue un échange de chaleur de la première vers la deuxième pile énergétique pour chauffer le second fluide de la deuxième pile énergétique.
Le seuil minimal et la plage minimale de fonctionnement de la ou des pompes à chaleurs dépends notamment de la puissance des pompes à chaleurs et de la technologie. Ces paramètres de fonctionnement peuvent donc évoluer dans le temps et ne seraient être un élément limitant de la présente invention. A ce jour, une température minimale seuil de fonctionnement se situe autour d’environ -12 / -10 °C.
Selon un mode préférentiel, la méthode peut comprendre aussi une étape lors de laquelle on injecte de l’air provenant de l’extérieur de la serre au niveau du sol de la serre, au niveau du faîte de la serre, ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
Selon un mode préférentiel, la méthode peut comprendre aussi une étape lors de laquelle on réalise un transfert de chaleur, au rythme des cycles diurnes et nocturnes, de la pile à basse température (300) vers la pile à moyenne température (200) pour maintenir la température du second fluide de la pile à moyenne température en utilisant la chaleur extraite de la pile froide (300). Par exemple, tel que mentionné ci-dessus, on peut utiliser pour cet échange de chaleur une pompe à chaleur de type eau-eau peut être utilisée. Selon un autre aspect, la présente invention concerne une méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole qui comprend les étapes suivantes: a) on mesure la température extérieure de la serre, par exemple avec la sonde extérieure (620); b) i) quand la température extérieure mesurée est inférieure à environ -10 °C , on chauffe l’intérieur de la serre à l’aide d’un ensemble de tuyaux de chauffe (130) installés dans la serre et alimentés par un premier fluide (F1) provenant d’une première pile énergétique à température élevée (100) comprenant un premier réservoir (110) conçu pour contenir un premier volume du premier fluide (F1) préalablement chauffé à une première température d’au moins 60 °C à l’aide de une ou plusieurs chaudières (120); ii) quand la température extérieure mesurée est comprises entre environ -10 °C et + 10 °C, on chauffer l’intérieur de la serre à l’aide d’un ensemble de radiateurs (230) installés dans la serre et alimentés par un second fluide (F2) provenant d’une deuxième pile énergétique à température moyenne (200) comprenant un deuxième réservoir (210) conçu pour contenir un deuxième volume du second fluide (F2) préalablement chauffé à une deuxième température comprise entre environ 40 et 60 °C, à l’aide d’une ou plusieurs pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire de la chaleur; ou iii) quand la température extérieure mesurée est égale ou supérieure à + 10 °C, on refroidi l’intérieur de la serre à l’aide dudit ensemble de radiateurs (230) installés dans la serre et alimentée par le second fluide (F2) provenant d’une troisième pile énergétique à température basse (300) comprenant un troisième réservoir (310) conçu pour contenir un troisième volume du second fluide (F2) préalablement refroidi à une troisième température comprise entre environ 2 et 10 °C à l’aide de la ou des pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire du froid; et c) on injecte de l’air provenant de l’extérieur de la serre au niveau du sol de la serre (410), au niveau du faîte de la serre (420), ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
Lorsque la température extérieure approche une température limite de fonctionnement adéquat de la ou des pompes à chaleur, la méthode comprend : d) une étape lors de laquelle on effectue un échange de chaleur de la première vers la deuxième pile énergétique pour chauffer le second fluide de la deuxième pile énergétique. Selon un mode préférentiel, la méthode comprend en outre une étape lors de laquelle on fait fondre la glace et/ou la neige présentes à proximité de la serre via un ensemble de moyens, tels que des tuyaux (140), installés à l’extérieur de la serre reliée fluidiquement à la première pile (100). Tel que déjà mentionné, ces tuyaux (140) peuvent être en fonte, en acier (avec ou sans ailettes), ou tout autre matériaux conducteurs appropriés.
Selon un mode préférentiel, la méthode comprend en outre une étape lors de laquelle on contrôle l’hydrométrie de la serre via des moyens adiabatiques et contrôlables de refroidissement de la serre installés dans la serre, tels que des brumisateurs (500).
Selon un mode préférentiel, la méthode comprend en outre une étape lors de laquelle on mesure la température à l’intérieur de la serre, la température à l’extérieur de la serre et le taux d’humidité à l’intérieur de la serre. Tel que mentionné ci-dessus, ces mesures sont préférentiellement effectuées à l’aide de sondes ou capteurs installés dans la serre (température (610) ou hydrométrie (630) et à l’extérieur de la serre (température (620)).
Selon un mode préférentiel, la méthode comprend en outre une étape lors de laquelle on programme et on contrôle le fonctionnement des différents éléments de contrôle de la serre par un ordinateur ou un appareil intelligent muni d’un logiciel informatique et relié auxdits éléments via un réseau filaire ou non filaire tel que le Wifi ou Bluetooth. Les différents éléments de contrôle de la serre comprenant la station hydrologique (600) munies de sondes (610, 620, 630) de mesure de la température et du taux d’humidité, la ou des chaudières (120), la ou des pompes thermiques (220), les moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air frais (400), et/ou les transfert de chaleur entre la première et la deuxième pile énergétique (160), ou entre la deuxième et la troisième pile (non illustré).
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes des méthodes décrites dans la présente demande la méthode, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.
Les figures 2 et 3 illustrent une serre, et en particulier les moyens mécanique d’adduction d’air (400) tel que discuté ci-dessus, et la circulation de l’air dans la serre via des ventilateurs à direction verticale (VAF) ou horizontale (HAF). Les données métriques indiquées sur les Figures 2 et 3 sont à titre indicatif seulement et ne seraient en aucun cas limitative de l’invention. L’utilisation des ventilateurs est aussi décrite en partie ci-après. La figure 2 en particulier illustre une adduction d’Air par le faîte de la serre (410), et la Figure 3 montre une adduction d’air par le sol ou le bas de la serre (420). Les deux systèmes d’adduction peuvent être présents. Dans la figure 3, la référence 450 représente le niveau du sol, et la référence 460 représente des conduites souterraines. La figure 2 montre aussi la possibilité d’avoir des éléments structurels en hauteur ou suspendus dans la serre, par exemple une table (430) dans la zone de germination (440).
L’invention telle que décrite ici procure plusieurs avantages. Parmi ces avantages, on peut citer ceux qui suivent :
A) Le système décrit introduit une dissociation des réseaux de chauffage afin de maximiser le potentiel des thermopompes (220); tout en conservant les requis pour la fonte des neiges et les grands froids de par l’utilisation combinée de chaudières (120);
B) Le système décrit utilise trois réservoirs d’eau (110, 210, 310) de piles énergétiques, a des températures différentes, au lieu de un seul réservoir ou pile;
C) Le système permet une connexion thermique (160) entre la boucle haute température (100) et la boucle moyenne température (200), permettant ainsi de déverser une grande quantité d’énergie lorsque que le réseau de thermopompes devient inefficace (très basse température);
D) Le système permet l’inclusion d’une boucle d’eau chaude à moyenne température (200) permettant l’utilisation de sources d’énergie alternatives (270), tel que des concentrateurs solaires, l’éolien, l’hydraulique et le géothermique;
E) Le système selon l’invention permet de combiner un moyen mécanisé d’adduction d’air frais (400) à la distribution de chauffage procurant une grande quantité de CO2 aux plantes de la serre;
F) Le système selon l’invention permet de combiner un système de refroidissement mécanique et adiabatique (500) à l’intérieur d’une enceinte surélevée (voir Figures 2 et 3). Cette combinaison transforme la serre en une chambre de mélange où les conditions sont optimales et où les gradients d’énergie se forment de façon naturelle.
Bénéfices de l’invention :
1) Optimise l’utilisation des thermopompes (220);
2) Diminue les GES car 80% de l’énergie vient des thermopompes (200); (base annuelle) ;
3) Permet d’utiliser des thermopompes (220) à haute efficacité pour le chauffage et la climatisation ; 4) Permet l’utilisation de boucles primaires d’énergie (ex. au glycol), permettant de faire fonctionner les thermopompes (220) de façon indépendante, en bloc ou en cascade, et ce dans toutes les régions du monde.
5) Permet l’intégration de concentrateurs solaires ou tout autre source d’énergie (270) via une interface au niveau de la boucle de glycol. Le réseautage et le transport de l’énergie dans les boucles d’énergie sont configurables en utilisant des fluides à haute efficacité (F2).
6) Permet de déshumidifier l’air de la zone de culture en tout temps via le réseau relié à la pile énergétique à basses températures (300) à environ 3 °C;
7) La déshumidification via la pile énergétique à basses températures (300) à environ 3 °C, permet d’améliorer de façon importante le rendement des systèmes de brumisation (500).
8) Très grande flexibilité au niveau de la gestion du climat;
9) L’adduction d’air au niveau du sol (410) permet d’augmenter la densité de CO2 et d’augmenter la productivité à moindre coût, du fait que le CO2 est plus lourd que l’air ; et
10) Permet une expansion facile du réseau énergétique via son réseau de glycol. Par exemple, la configuration en parallèle des thermopompes ne nécessite qu’un branchement au réseau en cas d’ajout.
Domaine d’application et étendu:
La présente invention s’applique principalement aux différentes cultures sous serres. La variété et/ou le type de plantes n’ont aucun effet sur le brevet et ce brevet demeure en tout point applicable.
La présente invention s’applique peu importe la forme de la serre, sa grandeur, sa hauteur, son recouvrement etc. ;
Les divers fluides utilisés dans les boucles d’énergie alternative sont principalement prévus pour être de la vapeur, de l’huile et du glycol sans s’y limiter.
Les divers fluides utilisés dans les boucles d’énergie venant des thermopompes (220) sont principalement prévus pour être du glycol ou de l’eau sans s’y limiter.
Les chaudières (120) sont potentiellement alimentées en gaz naturel, propane ou électricité sans toutefois s’y limiter.
La présente invention s’applique peu importe le dimensionnement des chaudières (120), la source d’approvisionnement de celles-ci, leur type ;
La présente invention s’applique peu importe le type de thermopompes (220) utilisé (air-air / air-eau / eau-eau) ; Les températures citées (90 °C, 60 °C, 45 °C, 3 °C) seront potentiellement optimales à un moment précis au cours de l’année. Tout ajustement ou calibration différentes de ces températures n’a aucun effet sur la protection conférée par le brevet ;
La forme, les dimensions, le type de piles d’énergie n’ont aucun effet sur la protection conférée par le brevet ;
L’utilisation de diverses sources d’énergie électrique (270) tel que le réseau (280), l’éolien ou le solaire ne sont qu’a titre indicatif, l’utilisation de toutes autres sources d’énergie n’a aucun effet n’a aucun effet sur la protection conférée par le brevet ;
Les plages de températures peuvent différer d’une région à l’autre et/ou d’un pays à l’autre. La variation de ces plages d’utilisation d’énergie n’a aucun effet sur la protection conférée par le brevet ;
L’utilisation ou non de mécanisme de ventilation naturelle (400) n’a aucun effet sur le brevet et ce brevet demeure en tout point applicable ; et
Le dimensionnement des éléments mécaniques, le type, le débit, le voltage etc.. Lesquels approvisionnent la serre en air et en CO2 n’ont aucun effet sur le brevet et ce brevet demeure en tout point applicable.
LOGIQUE DE GESTION MINIMISANT LES COUTS EN ÉNERGIE(S) ET CO2
Solution optimale = Fonction minimisant les 2 variables suivantes : Coûts énergétiques & Émission de CO2
Hypothèses de départ:
1) Plage de température donnant un fonctionnement optimal des pompes à chaleur maximisant le COP est les suivant -10 °C < Text < 45 °C.
2) Le dimensionnement des pompes à chaleur est égal ou supérieur à 35% de la puissance de pointe de chauffage et 120% de la puissance de pointe en refroidissement.
3) Le dimensionnement des réserves (piles) est en fonction des besoins cumulés hors plage, i.e. périodes de grands froids ou caniculaires.
4) Le circuit haute température est alimenté par une énergie tierce.
Ces hypothèses peuvent varier d’un site à l’autre, d’une culture à une autre et/ou selon les technologies choisies (pompes à chaleur).
Consignes de gestion primaires : A) Si Text (température extérieure) est dans la plage optimale de fonctionnement (par exemple : Text > 10 °C) on favorise les pompes à chaleur;
B) Si Text est inférieure au seuil minimal de fonctionnement des pompes à chaleur (par exemple : Text < 10 °C) , on utiliser en premier lieu l’énergie accumulée dans les 2 piles (100, 200);
C) Si la période de froid se prolonge et/ou que la pile 45 °C (200) devient faible, on effectue un transfert d’énergie entre les piles;
D) Au fil des saisons et sur une base régulière (ex. bi hebdomadaire), on peut revoir les consignes de puissance des pompes à chaleur à savoir quel pourcentage de l’énergie disponible sera utilisé pour le chaud et quel pourcentage sera utilisé pour le froid. Ces calculs tiennent compte de préférence des éléments suivants : besoins énergétiques requis selon les prévisions météo et degré-jour calculés, état des piles, apport quotidien d’énergie de fonctionnement (ex : lampes, puissance motrice)
E) S’il n’y a aucun besoin d’énergie fossile, on peut ajouter du CO2 dans la serre via le système d’adduction;
F) On fait diminuer (si possible) la température du réseau haute température à 45 ou 60 °C en période estivale;
G) On peut toujours maximiser l’utilisation de la pile centrale (45 °C).
Consignes journalières :
En période hivernale (diurne) et en période normale : a) On peut utiliser la serre comme une serre conventionnelle ; b) On peut maximiser l’utilisation de la ventilation naturelle (très peu énergivore); c) On peut utiliser les circuits 45 °C et 3 °C (200, 300) selon les besoins en cours ; d) On peut utiliser la Pile 90 °C (100) en mode de maintien ; e) On peut utiliser les VAF et HAF en vitesse normale ;
En période caniculaire et/ou lorsque l’enthalpie de l’air extérieure devient supérieure à celle que l’on mesure au faitage de la serre : a) On peut passer en mode semi ou totalement fermé (ces deux modes minimisant les échanges gazeux avec l’extérieur, voir les éviter pendant un certain laps de temps); b) On peut passer en mode gestion du climat par stratification ; c) On peut activer l’adduction d’air en mode minimal et maintenir une légère pression positive ; d) On peut utiliser les vitesses des HAF et VAF au seuil minimal ; e) On peut déshumidifier avec les circuits 3 °C et 45 °C et réhumidifier avec le système de brumisation (500) lorsque nécessaire, i.e. on s’assurer que l’air passe d’un stade frais et sec au niveau du sol à un mode chaud et humide au faîtage. Alors et à certaines occasions, il est possible que l’on ait à privilégier le réseau aérien de brumisation. Un air chaud sec aura tendance à se dé-stratifier. On peut avoir des sondes complètes à plus d’un niveau afin de connaître en temps réel les caractéristiques de l’air. Le système mécanique situé au sol (410) peut permettre d’enlever des grammes de H2O alors que les brumisateurs (500) aériens en ajoutent. Ces deux réseaux ne sont pas en concurrences, ils sont deux outils distincts permettant d’atteindre les changements de phase naturel de l’air et de l’eau à un cout moindre. f) On utilise la Pile 90 °C en mode maintien;
En période hivernale nocturne et/quand l’énergie est à 80% utilisée pour le chauffage : a) On peut passer en mode de stratification car dans ce cas il est préférable de bien mélanger l’air afin de conserver un maximum de chaleur au niveau de la zone de culture et afin de diminuer les risques de condensation; b) On peut utiliser les Vitesse des HAF et VAF en mode maximal; c) on peut activer l’adduction d’air en mode minimal et maintenir une légère pression positive. Cette option est importante lors de grands froids et lorsque venteux. Tout comme pendant les périodes caniculaires, il est important de préserver l’intégrité de l’enveloppe du bâtiment en contrecarrant les infiltrations non désirées reliées au écarts de pression; d) On peut gérer les piles et énergies selon les consignes primaires;
Bien qu’elle ait été décrite à l’aide d’une ou plusieurs incarnations préférées, il faut bien comprendre que la présente invention peut être utilisée, employée et/ou incarnée dans une multitude d’autres formes. Ainsi, les revendications qui suivent doivent être interprétées de façon à inclure ces différentes formes tout en restant à l’extérieur des limites fixées par l’art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole, comprenant : un premier réservoir conçu pour contenir un premier fluide (F1) préalablement chauffé à une première température Te comprise entre environ 45 et 90 °C à l’aide : de une ou plusieurs chaudières, d’un échange thermique avec une boucle de distribution d’un deuxième fluide (F2) préalablement chauffé à une deuxième température à l’aide d’une ou plusieurs pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire de la chaleur, ou de l’action combinée de la ou des chaudières et de l’échange thermique avec la boucle de distribution; la ou les chaudières et la boucle de distribution faisant parties du système de contrôle, et le premier réservoir étant reliées fluidiquement à un ensemble de tuyaux de chauffe installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre; et un autre réservoir conçu pour contenir un troisième fluide (F3) préalablement refroidi à une température comprise entre environ 2 et 10 °C à l’aide de la ou des pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire du froid; la boucle de distribution et l’autre réservoir étant reliés fluidiquement à un ensemble de radiateurs installés dans la serre pour chauffer ou refroidir l’intérieur de la serre.
2. Le système selon la revendication 1 , dans lequel la boucle de distribution est configurée pour chauffer le deuxième fluide à la température Te quand la température extérieure à la serre est suffisamment haute pour n’utiliser que la ou les pompes à chaleur pour chauffer le premier fluide dans le premier réservoir et le second fluide (F2) de la boucle de distribution.
3. Le système selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un second réservoir conçu pour contenir le deuxième fluide préalablement chauffé à l’aide de la ou des pompes à chaleur, ledit échange thermique se faisant alors entre le premier et le second réservoir, le second réservoir étant relié fluidiquement à l’ensemble de radiateurs installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre.
4. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air provenant de l’extérieur de la serre pour injecter l’air au niveau du sol de la serre, au niveau du faîte de la serre, ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
5. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier fluide (F1) comprend de l’eau et le second fluide (F2) comprend un fluide de transport d’énergie à haute efficacité tel que du glycol, une huile ou de la vapeur.
6. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le premier réservoir est aussi relié fluidiquement à un ensemble de moyens, tels que des tuyaux, installés à l’extérieur de la serre pour faire fondre la glace et/ou la neige présentes à proximité de la serre.
7. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel: la ou les chaudières sont alimentées par des énergies fossiles, électriques, géothermiques, ou un mélange de ces énergies; et la ou les pompes thermiques sont alimentées en électricité produite par des énergies alternatives choisies parmi l’énergie hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, du biocarburant, et un mélange de ces énergies.
8. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre des moyens adiabatiques et contrôlables de refroidissement de la serre installés dans la serre, tels que des brumisateurs, afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
9. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une station hydrologique comprenant au moins une première sonde de mesure de la température à l’intérieur de la serre, au moins une deuxième sonde de mesure de la température à l’extérieur de la serre et au moins une sonde de mesure du taux d’humidité à l’intérieur de la serre.
10. Le système selon la revendication 9, dans lequel le fonctionnement de la station hydrologique et de ses sondes, de la ou des chaudières, de la ou des pompes thermiques, des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air frais, et/ou le transfert de chaleur est programmable et contrôlable par un ordinateur ou un appareil intelligent muni d’un logiciel informatique et relié aux différents éléments de contrôle de la serre via un réseau filaire ou non filaire tel que le Wifi ou Bluetooth.
11. Méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole mettant en œuvre le système tel que revendiqué dans l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes: a) on mesure la température extérieure de la serre (Text) b) i) quand la température extérieure Text mesurée est inférieure à une température seuil (par exemple : Text< 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via les tuyaux de chauffe alimentés par le premier fluide; ii) quand la température extérieure Text mesurée est supérieure la température seuil (par exemple Text > 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via l’ensemble de radiateurs alimentés par le second fluide; ou iii) quand la température extérieure Text mesurée est égale ou supérieure à une température utile de la serre, on refroidi l’intérieur de la serre à l’aide dudit ensemble de radiateurs alimentée par le troisième fluide.
12. La méthode selon la revendication 11 , comprenant en outre une étape lors de laquelle on injecte de l’air provenant de l’extérieur de la serre au niveau du sol de la serre, au niveau du faîte de la serre, ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
13. Programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes de la méthode de conception selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.
14. Système de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole, comprenant : une première pile énergétique à température élevée comprenant un premier réservoir conçu pour contenir un premier volume d’un premier fluide préalablement chauffé à une première température d’au moins 60 °C à l’aide de une ou plusieurs chaudières, la première pile étant reliée fluidiquement à un ensemble de tuyaux de chauffe installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre; une deuxième pile énergétique à température moyenne comprenant un deuxième réservoir conçu pour contenir un deuxième volume d’un second fluide préalablement chauffé à une deuxième température comprise entre environ 40 et 60 °C à l’aide d’une ou plusieurs pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire de la chaleur, la deuxième pile étant reliée fluidiquement à un ensemble de radiateurs installés dans la serre pour chauffer l’intérieur de la serre; une troisième pile énergétique à température basse comprenant un troisième réservoir conçu pour contenir un troisième volume dudit second fluide préalablement refroidi à une troisième température comprise entre environ 2 et 10 °C à l’aide de la ou des pompes à chaleur alimentées à l’électricité et programmées pour produire du froid, la troisième pile étant reliée fluidiquement audit ensemble de radiateurs installés dans la serre pour refroidir l’intérieur de la serre; et dans lequel: les première et deuxième piles énergétiques sont reliées thermiquement entre elles pour permettre un échange de chaleur de la première vers la deuxième pile quand la température extérieure est trop basse pour utiliser la ou des pompes à chaleur pour chauffer le second fluide de la deuxième pile énergétique.
15. Le système selon la revendication 14, comprenant en outre des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air provenant de l’extérieur de la serre pour injecter l’air au niveau du sol de la serre, au niveau du faîte de la serre, ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
16. Le système selon la revendication 14 ou 15, dans lequel le premier fluide comprend de l’eau et le second fluide comprend un fluide de transport d’énergie à haute efficacité tel que du glycol, une huile ou de la vapeur.
17. Le système selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel la première pile est aussi reliée fluidiquement à un ensemble de moyens, tels que des tuyaux, installés à l’extérieur de la serre pour faire fondre la glace et/ou la neige présentes à proximité de la serre.
18. Le système selon l’une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel: la ou les chaudières sont alimentée par des énergies fossiles, électriques, géothermiques, ou un mélange de ces énergies; et la ou les pompes thermiques sont alimentées en électricité produite par des énergies alternatives choisies parmi l’énergie hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, du biocarburant, et un mélange de ces énergies.
19. Le système selon l’une quelconque des revendications 14 à 18, comprenant en outre des moyens adiabatiques et contrôlables de refroidissement de la serre installés dans la serre, tels que des brumisateurs, afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
20. Le système selon l’une quelconque des revendications 14 à 19, comprenant en outre une station hydrologique comprenant au moins une première sonde de mesure de la température à l’intérieur de la serre, au moins une deuxième sonde de mesure de la température à l’extérieur de la serre et au moins une sonde de mesure du taux d’humidité à l’intérieur de la serre.
21. Le système selon la revendication 20, dans lequel le fonctionnement de la station hydrologique et de ses sondes, de la ou des chaudières, de la ou des pompes thermiques, des moyens mécanisés et contrôlables d’adduction d’air frais, et/ou le transfert de chaleur entre la première et la deuxième pile énergétique est programmable et contrôlable par un ordinateur ou un appareil intelligent muni d’un logiciel informatique et relié aux différents éléments de contrôle de la serre via un réseau filaire ou non filaire tel que le Wifi ou Bluetooth.
22. Méthode de contrôle énergétique et hydrométrique d’une serre horticole mettant en œuvre le système tel que revendiqué dans l’une quelconque des revendications 14 à 21 , comprenant les étapes suivantes: a) on mesure la température extérieure de la serre (Text) b) i) quand la température extérieure Text mesurée est inférieure à un seuil minimal de fonctionnement des pompes à chaleur (par exemple : Text ≤ 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via les tuyaux de chauffe alimentés par la première pile énergétique à température élevée; ii) quand la température extérieure Text mesurée est comprise dans une plage optimale de fonctionnement des pompes à chaleur (par exemple entre -10 °C et + 10 °C), on chauffe l’intérieur de la serre via l’ensemble de radiateurs alimentés par la deuxième pile énergétique à température moyenne; ou iii) quand la température extérieure mesurée est égale ou supérieure à une température utile de la serre, on refroidi l’intérieur de la serre à l’aide dudit ensemble de radiateurs alimentée par la troisième pile énergétique à température basse; et lorsque la température extérieure approche le seuil minimal de fonctionnement des pompes à chaleur, la méthode comprend en outre : c) une étape lors de laquelle on effectue un échange de chaleur de la première pile vers la deuxième pile énergétique pour chauffer le second fluide de la deuxième pile énergétique.
23. La méthode selon la revendication 22, comprenant en outre une étape lors de laquelle on injecte de l’air provenant de l’extérieur de la serre au niveau du sol de la serre, au niveau du faîte de la serre, ou au deux niveaux afin de contrôler l’hydrométrie de la serre.
24. Programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes du procédé de conception selon l'une quelconque des revendications 22 à 23, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.
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