Brevet FR2629677A1 — publié le 19891013

INSTALLATION DE SERRE A RECUPERATION D'ENERGIE SOLAIRE DESCRIPTION La présente invention concerne une instaLLation de serre à récupération d'énergie solaire. Les serres nécessitent, pour garantir une température minimale aux plantes, un chauffage auxiliaire. Ce chauffage est généralement obtenu par des combustibles fossiles ou un chauffage électrique. Il en résulte un accroîssement du coGt de fonctionnement de la serre. C'est pourquoi on a cherché à utiliser L'énergie solaire pour le chauffage de serres. On connaît par exemple des serres chauffées au moyen de capteurs solaires de type classique. Ces capteurs sont constitués par une plaque métallique sur laquelle ruisseLle un fluide caloporteur, en général de l'eau. Toutefois, de telles serres sont onéreuses à l'installation et demandent de -l'entretien et un support technique important. On cornaît également des serres à accurnulation thermique dans lesquelles une quantité de chaleur est emmagasinée dans le sol de la serre au cours de la journée pour etre restituée durant La nuit. Toutefois, ces serres ne permettent pas un fonctionnement soupLe. En particulier, il n'est pas possible de refroidir La serre pendant L'été. On connaît également une instaLlation de clinatisation d'une serre qui comporte deux parois transparentes délimitant un espace intermédiaire rempli d'un liquide caloporteur et un réservoir d'accumuLation. Une pompe assure ta circulation en circuit fermé du Liquide caloporteur dans les espaces Intermédiaires délimités par les deux parois transparentes. Toutefois, une serre de ce type présente un coût de réalisation qui est trop élevé. La presente invention a précisément pour objet une installation de serre à récupération d'énergie solaire qui permet de remédier aux inconvenients énumérés ci-dessus. Plus précisément, l'invention a pour objet une installation de serre permettant d'obtenir une autonomie thermique partielle, voire totale, susceptible d'entre adaptée à des zones géographiques isoles ou à faible valeur de sols. Cette serre doit avoir un prix de revient et un coût d'exploitation aussi bas que possible. De façon plus précise, l'invention concerne une installation de serre à récupération d'énergie solaire comprenant : - une serre, - au moins un capteur d'énergie solaire, - un bassin de stockage situé à l'intérieur de la serre, - un circuit d'échange de chaleur contenu dans la serre, - des moyens pour assurer une circulation d'un fluide caloporteur entre ledit circuit d'échange de chaleur et Le bassin de stockage d'une part, et entre le capteur solaire et le bassin de stockage d'autre part. SeLon un mode préféré de réalisation de l'installation de serre conforme à l'invention, les moyens pour faire circuler ledit fluide caloporteur comprennent une série de tuyaux situés à L'intérieur de la serre, ces tuyaux comportant une extrémité reliée à un distributeur de fluide relié au bassin par une canalisation. Ledit capteur solaire comprend un distributeur d'eau relié au bassin par une canalisation sur laquelle est intercaLée une pompe de circulation et un collecteur pour assurer le retour du fluide vers le bassin de stockage. Selon une autre caractéristique, on donne aux capteurs une pente natureLle, ce qui leur permet de se vidanger automatiquement par gravité le soir, et élimine tout risque de gel. D'autres caractéristiques et- avantages de L'invention apparaîtront encore à la Lecture de La description qui suit d'un exemple de réalisation de l'installation selon l'invention, donné à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées suivantes :: - la figure 1 est une vue en perspective d'une installation de serre conforme à la pressente invention, - la figure 2 est une vue de détail en perspective, montrant L'extrémité des tuyaux disposés sous Les rangées de plantes, - La figure 3 est une vue en perspective à plus grande échelle des capteurs solaires utilisés dans une serre conforme à L'invention, - La figure 3a est une vue de détail montrant une fourchette de distribution de L'eau dans le capteur solaire de la figure 3, - la figure 4 est une vue de détail en coupe seLon La direction Longitudinale d'un capteur solaire représenté sur ta figure 3, nontrant l'évacuation du fluide caLoporteur hors du capteur, - la figure 5 est une vue de détail montrant un embout de réduction -du diamètre de sortie d'un tuyau faisant partie d'un capteur . soLaire conforme à l';nvention. On a représenté sur La figure 1 une vue en perspective d'une installation de serre conforme à l'invention. L'installation comporte une serre 2, qui peut être à simple paroi ou à double paroi. A l'intérieur de la serre 2 on trouve des plantes 4 disposées en rangées. Les rangées 4 sont séparées par des allées qui permettent la circulation. Des tuyaux 30 installés sous les plantes (voir figure 2) pour la circulation d'un liquide caloporteur, généralement de l'eau, permettent d'assurer la climatisation de La serre. D'autre part, à L'intérieur de la serre, on trouve un bassin de stockage 6 et à L'extérieur de la serre au moins un capteur solaire 8 (quatre dans L'exemple de réalisation représenté). L'installation comporte des moyens permettant d'assurer la circulation de L'eau à partir du bassin de stockage 6. Ces moyens comprennent un premier circuit constitué par une canalisation 10 plongeant dans le bassin de stockage 6 et une pompe de circulation 12 montée sur la canalisation 10. A son autre extrémité, la canalisation 10 est raccordée à un distributeur 14 qui permet de répartir L'eau entre chacun des quatre capteurs solaires 8 puis entre les différentes tuyaux qui constituent chacun de ces capteurs. A l'autre extrémité du capteur solaire, on trouve un collecteur 16 qui permet de récupérer l'eau à la sortie des tuyaux 18. La structure du collecteur 16 sera expliquée plus en detail- dans la suite de la description. A partir du collecteur, une canalisation 20 assure le retour de l'eau vers le bassin de stockage 6. Comme on peut le remarquer sur la figure 1, le plan des capteurs est incliné d'un angle par rapport à l'horizontale H afin de permettre un écoulement par gravité du fluide caloporteur. En outre, des prises d'air 50 sont prévues en tette du capteur, c'est-à-dire à la partie la plus élevée de ce capteur. On assure ainsi La vidange du capteur par gravité lors de l'arrêt de La pompe de circulation 12. Cette disposition permet d'éviter d'avoir à incorporer un liquide anti-gel dans Le fluide caloporteur. D'autre part, L'instaLlation comporte un second circuit indépendant du circuit des capteurs 8, permettant d'assurer la circulation de L'eau à L'intérieur de la serre. Ce circuit se compose d'une canalisation 22 plongeant dans le bassin de stockage 6 et reliée à un dSist-ributeur 26 situé å la partie la pLus élevée de La serre. Le ditributeur 26 permet de repartir L'eau à L'intérieur de tuyaux enterrés dans Le soL de La serre sous les rangées de plantes 4, ou simplement posés sur le sol de la serre. Une pompe de circulation 24 assure la circulation du fluide caloporteur dans La canalisation 22. A L'extrémité de la serre opposée au distributeur 26, on trouve un collecteur 28 qui récupère L'eau à La sortie des tuyaux disposés entre Les rangées de pLantes. Comme on peut Le constater sur La figure 1, le collecteur 28 est incliné d'un angle ss par rapport à L'horizontale afin d'assurer le retour par gravité de L'eau dans le bassin de stockage 6. On a représenté sur La figure 2 une vue à échelle agrandie en perspective de L'extrémité des tuyaux en 30 aboutissant dans le collecteur 28. On décrira maintenant plus en détail, en référence aux figures 3 à 5, La structure du capteur solaire faisant partie d'une installation de serre conforme à l'invention. Les tuyaux 18 reposent sur un support isolant 32 réalise de préférence- en polyéthylène, qui permet d'isoLer les tuyaux du sol de manière à Limiter les déperditions de chaleur. Comme on peut le voir sur La figure 3, Les tuyaux sont disposés en sinuso;des sur le support 32. Ils sont repartis en nappes parallèles. La forme en sinusoïde des tuyaux permet d'absorber leurs dilatations thermiques importantes dues aux variations de température. De préférence, Les tuyaux 18 sont réalisés en polyéthyléne noir. La section intérieure des tuyaux sera par exemple de 13 mm et leur diamètre extérieur de 16 mm. Toutefois, cet exemple n'est pas limitatif et il va de soi que des tuyaux plus petits ou plus grands pourraient autre utilisés. Leur longueur et leur rugosité intérieure ont ete optimisées en fonction du débit de l'eau. A la sortie des tuyaux, la section de passage de l'eau a été reduite pour obtenir un remplissage total de l'eau tout en diminuant au maximum la consommation électrique des pompes. Comme on peut le voir sur la figure S, on a rétréci La section de passage au moyen due gaines 34 montées sur l'extrémité des tuyaux 18 et comportant une section de passage réduite. Ces gaines 34 sont des embouts thermorétracta- bles permettant un remplissage total des tuyaux 18. Chacune des nappes de tuyaux 18 est recouverte d'un matériau plastique transparent 36 tendu sur une pluralité d'arceaux tels que 38 afin de constituer une serre tunnel qui limite les pertes thermiques dues au vent. A chacune des extrémités de ces tunnels, des orifices de circulation d'air 42 ont ete prévus afin d'éliminer la condensation de la vapeur d'eau sur les parois qui provoquerait une perte de rendement thermique des capteurs. On remarque sur la figure 3a les peignes de distribution 44 qui permettent l'alimentation en eau des tuyaux 18. Les peignes 44 sont fixés par des colliers à L'extrémité de ces tuyaux. On a représente sur la figure 4 une vue en coupe du collecteur 16. Un tuyau d'évacuation en béton 46 est noyé dans un bloc de béton 48 formant un entonnoir. Des orifices sont percés dans le tuyau de béton pour permettre L'entrée de l'eau. Le tuyau d'évacuation 20 (voir figure 1) ramène L'eau vers le bassin de stockage 6. De préférence, un film noir est posé sous le capteur, c'est-à-dire entre la plaque de polystyrène 32 et les nappes de tuyaux 18. Ce film noir a pour but d'éviter L'apparition de végétaux dans le capteur. De ta même manière, on évite la présence d'algues dans L'eau de circulation gr ce au fait que les tuyaux sont noirs. Ainsi, l'eau est à L'abri de la lumière. Il n'est pas nécessaire de prévoir de produits chimiques pour éviter l'apparition d'algues. Enfin, L'installation comporte un capteur de température 52, disposé à la sortie des tuyaux 18 et permettant de repercer la température de L'eau à la sortie du capteur. Un autre capteur 54 permet de repérer La température de L'eau du bassin de stockage. Les données fournies par tes capteurs 52 et 54 sont transmises à un bottier 56 qui permet de commander le démarrage et l'arrêt de la pompe 12. Le bottier 56 permet la mise en circulation de la pompe 12 pour alimenter un 65ème du capteur par cellule crépusculaire afin de permettre la mise en eau de La sonde de température sortie capteur. Le reste du capteur d'énergie solaire 18 est mis en service lorsque La différence entre la température de L'eau à la sortie du capteur telle que mesurée par le capteur 52 et la température de L'eau du bassin de stockage 6 est positive. Le fonctionnement de l'instaLlation est le suivant : pendant la saison froide et durant la journée, on fait circuler le fluide calopoteur à L'intérieur du circuit défini par la canalisation 10, le distributeur 14, les tuyaux 18 des capteurs 8, le collecteur 16 et La canalisation de retour 20 si les conditions de température d'eau sortie capteur et bassin sont remplies. Ainsi, L'eau contenue dans le réservoir de stockage 6 s'échauffe durant toute la journée. En fin de journée, un bottier d'automatisme 56 qui commande l'arrêt et Le départ des pompes 12 et 24 interrompt le fonctionnement de la pompe 12. L'eau cesse ainsi de circuler dans les capteurs qui se vidangent doucement par gravité tandis que l'eau retourne au bassin par la canalisation 20.Il va de soi que cette canalisation est disposée de tel le manière que le retour de L'eau s'effectue par gravite depuis le collecteur 16 jusqu'au bassin de stockage 6. Le bottier d'automatisme 56 est commandé par tout moyen connu tel qu'une minuterie, une cellule photo-électrique apte à détecter une baisse de luminosité de L'atmosphère ou tout autre moyen connu à la portée de l'homme de l'art. Si la température de l'air intérieur à la serre est inférieure au minimum imposé, la pompe 24 est mise en fonctionnement, ce qui permet de faire circuler i'eau à l'intérieur du circuit défini par la canalisation 22, le distributeur 26, les tuyaux 30 disposés à la surface du sol entre les rangées 4 de plantes ou encore enterres dans le sol de la serre entre ces rangées de plantes 4, et le collecteur 28. L'eau contenue dans le bassin de stockage, qui a été réchauffée au cours de la journée, permet ainsi de réchauffer la serre tout au long de la nuit. Durant la saison chaude, c'est un schéma de fonctionnement inverse qui est utilisé. En effet, la chaleur dans la serre peut être trop élevée, ce qui risque de nuire à la croissance des plantes. Il est par conséquent nécessaire d'en rafralchir L'atmosphère intérieure.Ce résultat est obtenu en faisant circuler L'eau contenue dans le bassin de stockage 6 durant la nuit å L'intérieur des capteurs 8 qui ne jouent plus le rye de capteurs solaires mais Le rôle d'échangeurs thermiques permettant de rafraSchir la température de l'eau. Durant La journée, cette eau rafralchie contenue dans le bassin de stockage est nise en circulation par la pompe 24 dans Les tuyaux 30 disposés entre les ranges de plantes. On récupère ainsi des calories, ce qui permet de rafralchir L'atmosphère intérieure de la serre. L'installation qui vient d'être décrite pressente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs antérieurement connus. Elle permet un bon rendement de captage du rayonnement solaire,- un nontage simple, une durée de vie importante, comportant peu d'entretien, une exploitation facile et une résistance à L'usure et au fonctionnement élevées. EXEnPLE DE REALISATION On a réaLisé une instaLlation conforme à 2 l'invention comportant une serre en chapelle de 900 m à parois translucides de matière plastique, recouverte d'un double toit gonflable assurant une bonne isolation. 3 Le bassin d'eau a une capacité de 150 a . Les premiers résuLtats montrent que L'on peut atteindre un rendement de captage de 50%, permettant de réaliser une économie de 60X sur Le poste de chauffage de la serre sous la Latitude de Pierrclatte et lOOX sous de pLus petites latitudes. REVENDICATIONS t. Installation de serre à récupération d'énergie solaire comprenant - une serre (2), - au moins un capteur d'énergie solaire (8), - un bassin de stockage (6) situe à l'intérieur de la serre (2), - un circuit d'échange de chaleur (22, 26, 28) contenu dans La serre, - des moyens (26) pour assurer une circulation d'un fluide caloporteur entre ledit circuit d'échange de chaleur et le bassin de stockage d'une part, et entre le capteur solaire (8) et le bassin de stockage (6) d'autre part. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour faire circuler ledit fluide caloporteur comprennent une série de tuyaux (30) situés à L'intérieur de la serre, ces tuyaux (30) comportant une extrémité reliée à un distributeur de fluide (26) relie au bassin (6) par une canalisation (22), ledit capteur solaire (8) comprenant un distributeur d'eau (14) relie au bassin (6) par une canalisation (10) sur laquelle est intercalée une pompe de circulation (12) et un collecteur (18) pour assurer le retour du fluide vers le bassin de stockage (6). 3. Installation selon L'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le capteur (8) est constitué par des tuyaux de plastique noir (18) disposés en sinusoïde et en nappes sur un support isolant (32). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le support isolant (32) est en poLystyrène. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le capteur (8) comporte une superstructure (36, 38) de couverture munie d'orifices de ventilation (42). 6. Installation selon L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le fluide caloporteur est vidangé automatiquement par gravite dans le bassin de stockage dés l'arrêt de La circulation du fluide contenu dans les tuyaux des capteurs. 7. Installation selon L'une quelconque des revendications I à 6, caractérisée en ce que les tuyaux (18) des capteurs scolaires sont terminés par des embouts (34) thermorétractables ou autres moyens de réduction qui permettent un remplissage total des tuyaux.