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Optimisation d'une thermopompe pour le chauffage et la déshumidification d'une serre en milieu nordique

Sommaire

DIRECTRICE/DIRECTEUR DE RECHERCHE
Sébastien Poncet, Professeur - Département de génie mécanique
CODIRECTRICE/CODIRECTEUR DE RECHERCHE
Hachimi Fellouah, Professeur - Département de génie mécanique
UNITÉ(S) ADMINISTRATIVE(S)
Faculté de génie
Département de génie mécanique
CYCLE(S)
2e cycle
3e cycle
LIEU(X)
Campus principal

Description du projet

Le gouvernement du Québec s’est fixé pour objectif de doubler la production de fruits et légumes en serre pour 2025. L’accès aux fruits et légumes produits localement tout au long de l’année permet de réduire la quantité de combustibles fossiles consommée pour leur transport et la dépendance à l’égard des marchandises importées. Cependant, les serres sont principalement chauffées à l’aide de combustibles fossiles : mazout, propane ou gaz naturel. La déshumidification est principalement obtenue en introduisant de l’air froid et sec de l’extérieur et en le chauffant avec des combustibles fossiles. L’électricité produite à partir d’énergie renouvelable peut être utilisée pour chauffer et déshumidifier les serres à l’aide de pompes à chaleur.
Dans une revue récente, Amani et al. (2020) ont démontré que la pompe à chaleur est la solution qui consomme le moins d’énergie pour la déshumidification, tout en étant la plus chère. Cependant, Hydro-Québec offre maintenant un nouveau tarif préférentiel d’électricité (0.059 CAD/kWh) pour les serres. De plus, des subventions sont disponibles pour raccorder les serres à l’alimentation électrique triphasée afin de permettre l’installation de pompes à chaleur électriques de haute puissance. Ces changements devraient faire des thermopompes un choix économique pour les serres au Québec. Cependant, la configuration optimale de la pompe à chaleur pour le particulier reste une question ouverte. La pompe à chaleur idéale pour serre devrait fournir le chauffage, le refroidissement et une déshumidification efficace avec un encombrement limité. Cependant, les conditions intérieures à maintenir dans les serres sont très différentes des exigences dans les bâtiments. Les niveaux optimaux de température et d’humidité dépendent de la culture, mais se situent généralement entre 3°C et 25°C avec des niveaux d’humidité compris entre 50 et 90%. En outre, l’évapotranspiration des installations génère une charge latente élevée pour les pompes à chaleur utilisées pour la déshumidification, ce qui nécessiterait une pompe à chaleur avec une température d’évaporation plus basse. Ces conditions environnementales sont difficiles pour les pompes à chaleur commerciales. Il est alors nécessaire d’optimiser une pompe à chaleur fonctionnant avec un fluide frigorigène respectueux de l’environnement pour chaque application particulière en serre.
L'étudiant(e) recruté(e) optimisera les cycles des pompes à chaleur pour trois installations différentes chez trois des partenaires serristes: (1) Une grande serre, où les pompes à chaleur seront principalement utilisées pour la déshumidification en combinaison avec le système de chauffage de l’eau chaude existant utilisant la biomasse ; (2) Une serre de taille moyenne, où la pompe à chaleur sera connectée à l’eau souterraine. Les eaux souterraines ne peuvent pas retourner dans l’aquifère à une température supérieure à celle de l’entrée ; (3) Une serre froide de taille moyenne chauffée et déshumidifiée avec une pompe à chaleur à air, qui peut être couplée à une installation aérogéothermique pour le préchauffage ou le prérefroidissement.
Une analyse thermodynamique du cycle de la pompe à chaleur optimisée pour les applications en serre sera effectuée à l’aide de Dymola. Un modèle dynamique est nécessaire pour évaluer les performances de la pompe à chaleur dans diverses conditions environnementales et pour différents types de serre, de mode de production et de culture. Dans un second temps, le cycle thermodynamique sera optimisé pour maximiser ses performances. Un algorithme génétique multi-objectifs sera développé et intégrera des critères de performance mais aussi économiques tels que proposés. La sélection appropriée des composants du système pourrait alors être réalisée pour chaque application particulière en ce qui concerne la mise à l’échelle et le coût optimal du système. Les solutions retenues seront implantées chez les partenaires et les gains (production, énergie) par rapport aux solutions existantes seront mesurés.
Voir: https://lmfteus.wordpress.com/nserc-alliance-innovee-2021-24/   
PS: les objectifs seront ajustés selon le niveau d'études.

Ce projet peut accueillir un(e) ou des étudiants(es) dans les programmes suivants : 
- Thèse de doctorat
- Mémoire de maîtrise de type recherche
- Essai de maîtrise de type cours

Discipline(s) par secteur

Sciences naturelles et génie

Génie civil, Génie mécanique

Financement offert

Oui

Selon le niveau

Partenaire(s)

Hydro-Québec, Ferme des Quatre Temps

La dernière mise à jour a été faite le 28 juin 2022. L’Université se réserve le droit de modifier ses projets sans préavis.