Modélisation énergétique de serres de petite taille : Amélioration, calibration et validation d’un modèle de simulation thermique dynamique développé avec TRNSYS

Abstract

Au Québec, les producteurs agricoles et les communautés ont recours aux serres de petite taille afin de prolonger la saison de culture. Le maintien des conditions optimales de croissance dans ce type d’espace devient rapidement énergivore, cette consommation d'énergie représentant un défi majeur pour une exploitation serricole rentable. La simulation thermique dynamique de serres est un outil pour y étudier les performances énergétiques. Cependant, il n'existe pas actuellement de modèle énergétique validé permettant de simuler avec confiance les performances énergétiques des serres de petite taille dans le climat québécois. L’objectif principal est de développer un modèle énergétique de serre de petite taille en contexte québécois. Pour ce faire, l’outil de simulation thermique dynamique, TRNSYS, est utilisé. Un modèle existant est évalué et amélioré avec des composants de modélisation énergétique détaillés. Le modèle est adapté pour représenter une serre à Victoriaville, Québec. Le modèle est calibré pour fixer les paramètres incertains. Une analyse de sensibilité est d’abord utilisée pour identifier les paramètres incertains sensibles, suivie d’une calibration automatisée en plusieurs étapes. La méthode de calibration automatisée utilise un algorithme génétique multi-objectif pour ajuster les paramètres incertains, en calibrant le modèle pour la température de l’air intérieur et l’humidité relative mesurées. Le modèle est considéré comme calibré pour les phases passive et de ventilation naturelle (56 jours) avec une erreur quadratique moyenne (RMSE) de 1,6°C pour la température intérieure et de 8,3% pour l’humidité relative. Le modèle est ensuite validé avec deux ensembles de données additionnels, une serre froide et une serre minimalement chauffée. Dans les deux cas, la comparaison des résultats de la simulation avec les mesures de l’environnement intérieur a conduit à une RMSE sous 2°C pour la température et sous 10% pour l’humidité relative : ces valeurs se comparant favorablement à celles de la littérature. Le modèle a atteint une erreur relative moyenne de 3,7 % pour l’estimation de la consommation mensuelle d’énergie pour une serre minimalement chauffée. Compte tenu de ces résultats, le modèle est considéré comme suffisamment précis et applicable pour les études futures de performances énergétiques. Le modèle TRNSYS, par sa polyvalence, offre la possibilité d'explorer différentes configurations de construction, de systèmes et de modes d’opération pour les serres. Cela ouvre des perspectives variées pour évaluer et améliorer les performances énergétiques des serres de petite taille au Québec