C’est généralement là que les serres traditionnelles échouent : elles collectent autant d’énergie que les serres solaires (et souvent beaucoup trop) mais ne peuvent pas conserver cette chaleur lorsque les températures baissent. La conception de la serre solaire dépend de l’ajout d’une isolation sur chaque surface qui n’est pas nécessaire à la collecte de la lumière. Cela signifie que la totalité du mur nord doit être entièrement isolée. En outre, vous pouvez / devez isoler une partie des murs latéraux est et ouest. Ceux-ci ne reçoivent le soleil direct que quelques heures par jour et peuvent donc perdre plus de chaleur qu’ils n’en gagnent, selon votre emplacement et votre climat.
Quel est le bon niveau d’isolation ? Tout dépend de votre climat et de votre site. Regardez d’autres serres solaires, ou contactez un concepteur de serres solaires qui peut fournir une analyse climatique ou des suggestions, pour avoir une idée.
Insoler sous terre
La plupart des gens pensent à une serre comme à quatre murs et un toit, mais ils manquent un cinquième plan très critique : le sol. Tout comme la serre perdra de la chaleur au profit de l’air extérieur lorsqu’il fait froid, elle perdra également de la chaleur au profit du sol situé en dessous. La terre végétale gèle tout comme l’air, et sans une barrière isolante, ces températures glaciales entreront dans la serre par le sol.
De plus, en isolant le périmètre de la serre, vous n’empêchez pas seulement la perte de chaleur par le sol, mais vous couplez également la serre à une grande réserve de masse thermique souterraine. Comme d’autres matériaux – l’eau, le béton et la pierre – le sol agit comme une masse thermique, stockant l’énergie et la libérant lentement, comme une batterie. Relier la serre à cette masse isolée permet d’égaliser naturellement les variations de température.
Il existe quelques méthodes différentes pour isoler le sous-sol. L’essentiel est d’installer l’isolation autour du périmètre de la serre pour créer une poche de sol isolée en dessous. Cette poche est reliée au sol en profondeur, qui maintient une température stable toute l’année (souvent entre 40 et 60 F dans la plupart des climats américains). En isolant le périmètre, votre serre vient de puiser dans cette source de températures stables tout au long de l’année et dans une grande réserve de masse thermique. C’est également la raison pour laquelle certaines personnes enterrent partiellement leur serre sous terre. Voir plus sur les serres souterraines, ou abritées par la terre ici.
Maximiser la lumière et la chaleur en hiver
La conception de serre solaire – et la conception solaire passive en général – repose sur le principe de contrôler stratégiquement la lumière et le gain de chaleur. À savoir, vous voulez maximiser la lumière quand elle est absolument nécessaire (l’hiver) et réduire la lumière quand elle est abondante et crée trop de chaleur (l’été).
Il est important de garder à l’esprit l’angle du soleil pendant les différentes saisons, comme le montre le graphique ci-dessus. En hiver, la lumière arrive à un angle bas et en été, elle est beaucoup plus haute dans le ciel (notez que ces angles varient selon votre latitude). Ainsi, sur les surfaces verticales du Sud, il est préférable d’utiliser un matériau à haute transmission lumineuse, tel que le verre, pour absorber autant de lumière et de chaleur que possible. Vous sacrifiez l’isolation la nuit, mais à cette période de l’année, la lumière et le gain de chaleur sont la priorité absolue. La masse thermique doit être utilisée pour stocker une partie de cette chaleur afin de réguler la température. Vous pouvez également orienter la face sud de votre serre de manière à ce qu’elle absorbe davantage de lumière (et qu’elle soit moins réfractée), comme le montre la serre solaire commerciale ci-dessous. Plus d’informations sur le choix du meilleur angle pour le vitrage de votre serre dans ce blog.
Réduire la lumière et la chaleur en été
En été, vous avez exactement le problème inverse : pour la plupart des climats avec des étés chauds, il peut y avoir trop de lumière, ce qui crée une chaleur excessive. Comme les jours sont plus longs, la lumière est moins impérative à cette période de l’année. La plupart des plantes se porteront mieux avec un vitrage à faible transmission lumineuse, en particulier sur le toit (où la lumière d’été entrera). Chez Ceres, nous recommandons un plastique polycarbonate avec au moins 2 poches d’air pour une bonne isolation. Vous pouvez voir une vidéo de cette installation sur une serre résidentielle ici. Le toit est la plus grande zone de perte de chaleur dans une serre solaire, donc l’utilisation d’un matériau plus épais et plus isolé aide à réduire la perte de chaleur par le toit en hiver.
Plus d’informations pour trouver le meilleur matériau de vitrage pour votre serre, y compris des informations sur l’approvisionnement et les coûts, sont données dans La serre solaire à l’année.
Utiliser la masse thermique
La masse thermique est tout matériau qui a la capacité de stocker de grandes quantités d’énergie thermique. Tous les matériaux ont une certaine capacité à stocker de l’énergie, mais certains en ont beaucoup plus que d’autres. L’eau, par exemple, peut stocker environ 4 fois plus de chaleur que l’air, ce qui en fait l’un des matériaux de masse thermique (ou puits de chaleur) les plus populaires utilisés dans les serres. D’autres matériaux sont le béton, la pierre ou le sol souterrain.
La méthode la plus courante pour ajouter de la masse thermique est d’utiliser de grandes quantités d’eau, parce qu’elle a une capacité thermique si élevée et qu’elle est facile à trouver. En empilant plusieurs fûts de 55 gallons d’eau dans une serre, le cultivateur peut ajouter à peu de frais beaucoup de masse thermique. Les barils doivent être empilés à un endroit où ils sont exposés à la lumière directe du soleil en hiver, et doivent être stabilisés pour éviter qu’ils ne tombent. D’autres méthodes consistent à intégrer du béton ou de la pierre dans la serre, par exemple en utilisant un mur nord en béton ou un sol en dalles. Quelques conseils sur l’utilisation de l’eau comme masse thermique dans une serre sont dans ce blog.
Rendre la masse plus intelligente
Les méthodes standard, ou passives, de masse thermique sont les plus courantes, mais ont quelques limitations. Premièrement, vous pouvez obtenir des microclimats : la masse affectera l’air directement autour d’elle, mais l’effet de réchauffement / refroidissement peut être limité à la zone environnante. Deuxièmement, la masse peut prendre beaucoup d’espace dans la serre qui pourrait autrement être utilisé pour la culture.
Pour surmonter ceux-ci et ajouter une capacité supplémentaire à la masse thermique, il existe des systèmes plus avancés pour rendre la masse plus efficace. Le plus courant est de stocker la chaleur dans le sol sous terre en utilisant un système de transfert de chaleur sol-air (GAHT) ou une batterie climatique. Ce système utilise des ventilateurs pour faire circuler l’air sous terre et stocker la chaleur dans le sol sous la serre. Il tire également parti des températures stables du sol souterrain pour fournir toute l’année du chauffage, du refroidissement et une circulation d’air supplémentaire / déshumidification. Faire fonctionner des ventilateurs prend de l’électricité, mais le système dans son ensemble peut vous donner beaucoup plus d’effet pour le chauffage et le refroidissement que la masse thermique passive seule.
Maximiser la ventilation naturelle
Nous avons parlé du chauffage solaire passif dans la serre, mais ce n’est qu’une moitié de l’équation. La ventilation est essentielle pour refroidir la serre, et garder les plantes en bonne santé. L’air en mouvement force les plantes à devenir plus fortes et réduit les problèmes le risque de moisissures, d’insectes et de pathogènes.
Pour maximiser la ventilation naturelle, vous voulez créer un chemin de moindre résistance pour le déplacement de l’air. Placez les évents d’admission plus bas et les évents d’évacuation plus haut pour profiter de la convection naturelle. Les bouches d’entrée d’air aspireront l’air extérieur plus frais, qui s’élèvera naturellement et sera évacué plus haut. Il en résulte un flux d’air supplémentaire, sans énergie supplémentaire.
Il est nécessaire de contrôler la ventilation (manuellement ou automatiquement) afin d’obtenir la bonne quantité de refroidissement, mais pas trop. Pour cette raison, je recommande des ventilations automatisées, soit des ouvreurs de ventilation automatisés à énergie solaire (qui utilisent des cylindres de cire pour s’ouvrir et se fermer sans électricité), soit des ventilateurs d’extraction. Pour en savoir plus sur les différentes stratégies de ventilation, cliquez ici. Je recommande d’utiliser plus d’une méthode afin d’avoir une solution de secours, et de s’assurer que les évents sont bien scellés et isolés lorsqu’ils ne sont pas utilisés.
Combien de ventilation avez-vous besoin ? C’est un autre domaine qui dépend de votre climat et de la conception de votre serre. Nous fournissons quelques règles empiriques dans The Year-Round Solar Greenhouse.
Ce qui précède sont les principes généraux de la conception d’une serre solaire passive. Cependant, il est important de réaliser qu’une serre solaire doit être adaptée au climat local. Une serre dans le Maine nécessitera plus d’isolation et des matériaux de vitrage différents qu’une serre au Texas. Pour cette raison, nous vous recommandons d’obtenir des recommandations de professionnels ou de cultivateurs expérimentés dans votre région lorsque vous créez votre conception. Le groupe Facebook Year-Round Greenhouse Growers est un bon point de départ.
Lindsey Schiller est conceptrice de serres et cofondatrice de Ceres Greenhouse Solutions, qui recherche, conçoit et construit des serres efficaces sur le plan énergétique tout au long de l’année. Elle est également co-auteur, avec Marc Plinke, de The Year-Round Solar Greenhouse : How to Design and Build a Net-Zero Energy Greenhouse.
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