Six tendances CVC des serres à surveiller en 2023

Cette photo de vitrage montre le toit de la serre lyris bloquant la chaleur, comme décrit ci-dessous dans la section "Vitrage spectral". Photo : Nadia Sabeh/Fermes de la mer Rouge

Selon le climat, la culture et le marché, les systèmes conventionnels de gestion du climat des serres, tels que les chaudières, les coussins de refroidissement par évaporation et les ventilateurs d'extraction, peuvent ne pas fournir le niveau de contrôle nécessaire pour cultiver un produit constant toute l'année.

Voici une liste de six tendances majeures que nous observons dans l'industrie des serres en ce qui concerne le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC) et la gestion de l'environnement, en particulier à la suite des coûts énergétiques plus élevés et des réglementations accrues.

De nombreuses nouvelles options de vitrage intéressantes arrivent sur le marché et pourraient avoir un impact important sur les besoins de chauffage et de refroidissement de la serre. Il existe de nouveaux vitrages bloquant le spectre qui bloquent les longueurs d'onde du proche infrarouge (NIR), réduisant efficacement la quantité de gain de chaleur solaire dans la serre et réduisant les besoins de refroidissement. Il existe également de nouveaux vitrages modifiant le spectre qui déplacent les longueurs d'onde ultraviolettes et bleues à haute énergie vers des longueurs d'onde jaunes et rouges à faible énergie qui sont plus actives sur le plan photosynthétique. Et puis il y a les vitrages producteurs d'électricité qui intègrent de fines bandes de panneaux solaires dans la couverture de verre, tout en convertissant la lumière verte en rouge. Toutes ces nouvelles options de vitrage ont le potentiel de réduire la consommation d'énergie et les coûts associés au refroidissement et au chauffage de la serre.

Dans les climats humides où la ventilation et le refroidissement par évaporation ne fonctionnent pas si bien, le refroidissement mécanique (c'est-à-dire la climatisation) et la déshumidification deviennent une solution plus viable, et potentiellement unique, pour gérer l'environnement de la serre et vendre des produits constants tout au long de l'année. Idéalement, ces systèmes fonctionneraient dans une serre scellée, où seul l'air intérieur est conditionné, pas l'air extérieur avant qu'il ne soit introduit. Cependant, il est très difficile d'empêcher le soleil d'entrer, d'autant plus que l'accès au soleil est précisément la raison pour laquelle de nombreux producteurs choisissent une serre plutôt qu'une installation intérieure. Cette chaleur du rayonnement solaire est immense. Combinez cela avec l'effet de serre créé par le vitrage et soudain, il devient évident que vous aurez besoin de beaucoup de climatisation. Lorsque l'on compare une serre de 10 000 pieds carrés et un entrepôt de 10 000 pieds carrés avec un éclairage au sodium à haute pression espacé selon un quadrillage 5 × 5, l'installation intérieure nécessite environ 115 tonnes de refroidissement et la serre nécessite 170 tonnes. C'est presque 50 % de climatisation en plus nécessaire pour la serre. Non seulement la climatisation est énergivore (coûts d'exploitation élevés, par exemple), mais l'équipement lui-même est coûteux, généralement plus de 3 000 $ la tonne.

Alors que des États comme la Californie envisagent l'électrification et la décarbonisation pour limiter ou réduire le réchauffement climatique et la variabilité climatique, les systèmes de chauffage à gaz à effet de serre, tels que les chaudières et les aérothermes, pourraient appartenir au passé. Les pompes à chaleur électriques sont susceptibles de devenir leur remplacement. Les pompes à chaleur fonctionnent essentiellement en aspirant la chaleur d'un endroit, puis en la pompant ailleurs. Cette action les rend essentiellement réversibles : par temps froid, ils peuvent aspirer la chaleur de l'extérieur et la pomper dans la serre, et par temps chaud, ils peuvent aspirer la chaleur de la serre et la pomper à l'extérieur. Les pompes à chaleur peuvent utiliser la chaleur de l'air extérieur, du sol, d'une source d'eau ou même d'un évent ou d'une piscine géothermique, ce qui les rend incroyablement polyvalentes. En général, les thermopompes à air sont plus efficaces dans les climats doux et les thermopompes géothermiques sont plus efficaces lorsqu'il existe un besoin équilibré de chauffage et de refroidissement sur une base quotidienne ou annuelle.

Plus fréquemment, nous voyons des serres construites pour faire recirculer ou pousser l'air extérieur (pression positive), plutôt que d'aspirer l'air avec de gros ventilateurs d'extraction (pression négative). Les serres qui ne font que recirculer l'air sont des serres "étanches", tandis que celles qui pourraient utiliser une combinaison d'air recirculé et extérieur sont appelées serres "hybrides". La tendance vers ce style de serre est associée à une gestion plus précise de la température et de l'humidité, un meilleur confinement du dioxyde de carbone et des odeurs (pour le cannabis), un meilleur contrôle des parasites et de la qualité de l'air, et une meilleure uniformité de l'air. Ces serres sont généralement construites avec une antichambre, où l'air est préconditionné à l'aide de radiateurs, de refroidissement par évaporation, de climatisation ou d'autres systèmes, puis poussé dans la serre par des tubes à air ou des ventilateurs soufflants. L'inconvénient de ces systèmes est la nécessité d'une surveillance et de contrôles plus sophistiqués et coûteux, ainsi que d'un équilibrage initial et continu de l'air pour assurer une distribution et un mélange adéquats de l'air conditionné et pour éviter une surpression de la structure de la serre.

Le déplacement de l'air à l'intérieur et autour des plantes peut aider à gérer la température des feuilles et l'humidité de la canopée. Les ventilateurs de plafond peuvent être une méthode efficace pour diriger l'air vers le bas dans la tête, facilitant l'évapotranspiration et aidant à prévenir la brûlure de l'extrémité des feuilles. La distribution d'air sous la canopée à l'aide de tubes gonflables, de conduits en tissu ou de conduits métalliques devient de plus en plus populaire pour les cultures à haute canopée, comme les tomates et le cannabis. Ce mouvement d'air sous la canopée aide à briser les poches d'humidité et réduit la stratification de la température. L'air chauffé ou refroidi est poussé à travers les tubes et les conduits à l'aide de ventilateurs, généralement situés à une extrémité de la serre. Si les plantes sont élevées sur un banc ou une table, il est important que le dessus soit en treillis ouvert pour permettre à l'air de circuler à travers.

À compter du 1er janvier 2023, les nouvelles serres construites en Californie doivent se conformer à un ensemble de mesures obligatoires visant à réduire la consommation d'énergie, quelle que soit la culture cultivée. Si la serre doit être chauffée et refroidie, l'enveloppe devra avoir au moins deux couches de vitrage, séparées par de l'air, de l'argon ou un autre gaz isolant. Le polyéthylène à double gonflage, le polycarbonate à double paroi et l'acrylique, et le verre à double ou triple vitrage satisferont aux exigences du code. Les systèmes de chauffage et de refroidissement mécaniques devront également répondre aux exigences d'efficacité minimales énoncées dans le code mécanique CA en fonction de leur type et de leur taille. Au cas où vous vous poseriez la question, et j'en suis sûr, il existe également des exigences en matière d'éclairage. Tout nouvel éclairage horticole doit avoir un PPF minimum de 1,9 umol/Joule et être agrégé au panneau électrique pour un éventuel et futur sous-comptage. Si vous voulez en savoir plus sur ce qui est inclus et ce qui ne l'est pas dans le nouveau code, consultez mon blog de février 2023 publié sur notre site Web.

Bien que les systèmes conventionnels de gestion du climat des serres soient encore des stratégies très populaires et rentables pour gérer la température et l'humidité, ils ne sont plus la seule option. Pour les producteurs qui veulent (ou ont besoin) de produire une récolte constante tout au long de l'année, la gestion de l'environnement de la serre est de plus en plus axée sur le contrôle de précision. Cela devient également une nécessité pour les producteurs qui veulent nourrir le monde ou leurs communautés locales dans des climats difficiles. Le développement et la mise en œuvre de nouveaux systèmes qui offrent une protection supplémentaire contre l'extérieur, réduisent l'empreinte carbone de l'industrie et créent le climat dont les plantes ont besoin sont encourageants pour la longévité de l'industrie des serres.

Le Dr Nadia Sabeh est présidente et fondatrice de Dr. Greenhouse, Inc., une entreprise d'ingénierie mécanique spécialisée dans la conception de systèmes CVC agricoles pour les environnements de plantes d'intérieur, y compris les cultures d'intérieur, les fermes verticales et les serres. Le Dr Sabeh a conçu des systèmes CVC hautes performances spécialisés pour des installations axées sur les usines en Amérique du Nord, en Europe, au Moyen-Orient et en Asie. En tant que directeur du Dr Greenhouse, le Dr Sabeh dirige les charrettes de conception initiale de l'entreprise, la programmation, la conception et l'intégration des systèmes mécaniques et le contrôle de la qualité des documents de construction. Depuis plus de 20 ans, le Dr Sabeh aide les agriculteurs à contrôler leur environnement pour cultiver des cultures d'intérieur telles que le cannabis, les fraises, les légumes-feuilles et les vignes dans des endroits qui, auparavant, auraient été impossibles ou peu pratiques.En tant qu'ingénieur, chercheur et éducateur de renommée nationale, le Dr Sabeh est un conférencier principal et dirige des panels événements et conférences de l'industrie. Elle conseille également des organismes de réglementation et des développeurs de normes, notamment en tant que présidente des comités coparrainés par l'American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE) et l'American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) chargés de développer la norme "CVC pour les environnements de plantes d'intérieur sans lumière du soleil."Dr. Sabeh a une solide présence en ligne, y compris sur YouTube et le podcast populaire "The Doctor Is In", où elle interviewe des leaders de l'industrie et du monde universitaire pour discuter de la technologie et de l'innovation, de la recherche émergente et des stratégies réussies dans la conception, la construction et l'exploitation d'entreprises économiquement compétitives. installations.Dr. Sabeh a obtenu son doctorat. en génie agricole du Centre d'agriculture à environnement contrôlé (CEAC) de l'Université de l'Arizona et est un ingénieur en mécanique agréé en Californie et en Ohio. Voir toutes les histoires d'auteurs ici.