Des centaines de nouveaux petits agriculteurs entrent dans l'industrie chaque année, chacun servant une communauté unique et résolvant des problèmes uniques. Beaucoup de ces problèmes sont liés à l'énergie - son manque, le besoin de sources plus durables, et le besoin de systèmes de culture plus économes en énergie.
Certains agriculteurs ont choisi de résoudre ces problèmes avec l'énergie solaire. Des chercheurs comme Lindsey Schiller et Marc Plinke sont là pour alimenter ces solutions. Les deux ont récemment publié un livre sur la construction et l'aménagement de serres solaires. Aujourd'hui, nous avons un aperçu de l'explication d'une mesure clé du chauffage.
Le chauffage est l'un des principaux défis auxquels les serristes doivent faire face. Si vous vivez dans un endroit qui se situe en dehors de la plage de température idéale pour vos cultures, alors vous avez probablement rencontré ce problème vous-même. Et quiconque a commencé à se pencher sur le chauffage de sa serre a rencontré le terme, « Valeur R ».
La valeur R d'une serre est essentielle pour mesurer les besoins en chaleur de votre serre et choisir des matériaux qui vous permettent de chauffer efficacement la serre. Lisez la suite pour une explication des valeurs R, perte de chaleur, et des matériaux de vitrage (transmettant la lumière) qui équilibrent les deux.
*Ce texte est un extrait du livre, La serre solaire toute l'année par Lindsey Schiller et Marc Plinke. Consultez le livre ici pour plus d'informations de haute qualité sur la construction de serres solaires.
Comprendre les valeurs R :quelle quantité d'isolation est suffisante ?
La métrique universelle pour évaluer les matériaux d'isolation est la valeur R. Il mesure la résistance d'un matériau à la conduction thermique, ou sa qualité isolante. Plus la valeur R est élevée, le plus isolant. Les valeurs R dominent toute discussion sur l'isolation car il s'agit d'une valeur simple qui peut être appliquée à n'importe quel matériau. Cependant, ce qui est moins discuté, c'est que les valeurs R ne sont qu'une partie de l'équation qui mesure la perte de chaleur totale à travers une paroi de surface, qui peut être défini comme :
Perte de chaleur =(1/valeur R) (surface) (∆T)
Valeur R =résistance au transfert de chaleur d'un matériau
∆T =la différence entre les températures intérieure et extérieure en degrés F
Surtout, la relation entre les valeurs R et la perte de chaleur n'est pas linéaire, comme le montre la figure ci-dessous. Ce fait a des implications majeures lors du choix d'une stratégie d'isolation. Nous disons « stratégie » parce que vous avez naturellement le choix quant à l'endroit et la quantité d'isolation. Le graphique montre que la perte de chaleur s'effondre lorsque vous passez d'un R-1 à un R-2, mais change relativement peu lorsque vous augmentez du R-20 au R-21. Bien que dans les deux cas, la valeur R augmente de 1, la première mise à niveau aura un impact énorme sur la perte de chaleur totale, le second relativement peu.
L'implication est que l'argent est bien mieux dépensé en ajoutant de l'isolation aux surfaces à faible valeur R comme le vitrage, investir plutôt beaucoup dans des murs « super-isolés » avec des valeurs R très élevées. En raison de cette relation non linéaire, nous recommandons de s'assurer que tous les matériaux de vitrage ont une valeur R décente (au moins R-2).
Pour illustrer davantage ce point, le graphique suivant compare différentes combinaisons de valeurs R pour la surface vitrée (à la fois sur le toit et sur les murs) et pour la surface isolée des murs. Nous utilisons une serre hypothétique, et garder les autres variables identiques, changer uniquement les valeurs R de chaque surface.
Le premier scénario représente une serre traditionnelle non isolée avec des vitrages en polyéthylène ou en verre simple (R-0,83) sur toutes les faces et en toiture. Il n'y a pas de mur isolé.
La seconde suppose que la même structure a une double couche de vitrage (R-2) sur toutes les surfaces.
Le troisième ajoute une isolation R-10 sur le mur nord, et certains à l'est et à l'ouest. Maintenant, la serre a ce que nous appellerions un rapport vitrage/isolation de 50 %, environ la moitié de la surface est isolée avec un mur R-10 et l'autre moitié avec un vitrage R-2.
De là, on modifie légèrement les deux variables, changer la surface du mur isolé en R-40 (série #4), ou en changeant juste le vitrage en R-3 (série #5). Le dernier représente la structure la plus efficace, combinant un mur R-40 avec un vitrage R-3.
Le changement dans la perte de chaleur totale a démontré le retour sur investissement de la mise à niveau des matériaux de vitrage à une valeur R décente. L'ajout de la deuxième couche de vitrage (passage de R-1 à R-2) permet de réduire les pertes de chaleur de plus de 50 %. L'ajout du mur isolé réduit les pertes de chaleur totales de 35 % supplémentaires. De là, le retour sur investissement devient moins simple. Passer d'un mur R-10 à un mur R-40 ne crée que 10 % d'économies de chaleur.
Que cet investissement en vaut la peine dépend de vos objectifs pour la serre, le coût actuel du chauffage, le coût du matériau d'isolation, et votre climat. Pour évaluer l'effet pour votre région, nous vous recommandons d'effectuer votre propre analyse rapide à l'aide d'un calculateur de perte de chaleur en ligne, tels que « le calculateur de perte de chaleur domestique » sur builditsolar.com. Les calculs manuels sont également possibles, mais deviennent de moins en moins pertinents compte tenu de la facilité et des fonctionnalités des calculatrices en ligne.
Nous étoffons cela parce qu'une erreur courante que nous constatons est de consacrer beaucoup d'argent et d'efforts à la création de murs super-isolés (R-40 ou plus) tout en utilisant des matériaux de vitrage de très mauvaise qualité. La justification est généralement, "J'ai besoin d'un vitrage réfléchi pour la transmission de la lumière." Cependant, l'ajout d'une deuxième couche de vitrage n'est généralement qu'une réduction de 10 % de la lumière. Compte tenu des énormes économies d'énergie de cette couche supplémentaire, selon nous, les températures et les performances accrues en valent la peine.
*Fin de l'extrait
Une fois que vous comprenez la valeur R, vous pouvez commencer à comparer différents matériaux de serre et isolants. Chaque serre aura des besoins uniques. Par exemple, Les serres de Bright Agrotech à Laramie utilisent une double couche de polyéthylène combinée à une chaudière pour compenser les hivers glacials. 
Comme Lindsey mentionné ci-dessus, doublant votre vitrage (le matériau de transmission de la lumière de la serre - dans notre cas, les couches de polyéthylène) a généralement des gains d'isolation plus élevés que les pertes de lumière. Les producteurs peuvent souvent équilibrer la perte de lumière d'autres manières; par exemple, La serre de Bright Agrotech a utilisé des tours ZipGrow réfléchissantes et des cultures sur convoyeur pour utiliser la lumière plus efficacement.
Construire une serre ?
La construction d'une serre n'a pas à être écrasante. Avec des ressources comme La serre solaire toute l'année et Université Upstart, les nouveaux agriculteurs peuvent démarrer leur entreprise de la bonne façon.
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Lindsey Schiller a étudié la conception et la gestion de serres conventionnelles au Controlled Environmental Agriculture Center de l'Université de l'Arizona avant de se plonger dans la conception de serres solaires.
Avec le co-auteur Marc Plinke, elle a fondé Ceres Greenhouse Solutions pour la recherche, conception, et construire des serres éconergétiques toute l'année. Lindsey a conçu, visité et aidé à construire des centaines de serres écoénergétiques allant de petites structures résidentielles à des installations commerciales de la taille d'un acre.
