Aérotherme de serre : calculer la puissance, le nombre d'appareils et le débit d'air

Un aérotherme de serre chauffe l'air en le soufflant à travers une batterie d'eau chaude ou un brûleur. Sa puissance se déduit des déperditions de la serre : environ 180 kW pour 1 000 m² de serre maraîchère avec écran, soit six appareils de 30 kW. Avec une pompe à chaleur, un aérotherme prévu pour une eau à 80 °C perd plus de la moitié de sa puissance.

Cette page donne les calculs de puissance et de débit d'air, les règles de répartition et la comparaison avec les tubes de chauffage. Elle fait partie du cocon chauffage de serre agricole, qui compare les systèmes de production de chaleur.

Qu'est-ce qu'un aérotherme de serre ?

Un aérotherme associe un ventilateur et une source de chaleur. Le ventilateur aspire l'air de la serre, le fait passer sur la source chaude et le renvoie réchauffé. La chaleur se diffuse donc par l'air, contrairement aux tubes d'eau chaude qui chauffent aussi par rayonnement.

Selon l'étude de l'ADEME et du CTIFL sur le chauffage des serres, ces générateurs d'air chaud conviennent aux petites entreprises qui n'ont pas de réseau de distribution hydraulique. Ils permettent un chauffage simple, avec un investissement limité, et l'air réchauffé se diffuse directement par les ventilateurs ou par des gaines percées.

Les types d'aérothermes

• Aérotherme à eau chaude : une batterie alimentée par une chaudière, une pompe à chaleur ou un réseau de chaleur. Pas de combustion dans la serre.
• Générateur d'air chaud à combustion : un brûleur au gaz, au fioul ou à la biomasse, avec un échangeur entre les fumées et l'air soufflé. Les fumées sont évacuées par un conduit.
• Aérotherme électrique : des résistances, réservées aux très petites surfaces ou au hors gel ponctuel, car le kWh y est le plus cher.

Calculer la puissance et le nombre d'appareils

La puissance totale à installer égale les déperditions de la serre par la nuit la plus froide du site. Elle dépend de la surface de parois, de leur coefficient de transmission et de l'écart de température à tenir. La méthode complète figure sur la page bilan thermique d'une serre.

Pour un premier ordre de grandeur, l'étude de l'ADEME relève environ 180 W/m² en maraîchage, avec écran thermique, pour 15 °C de nuit par −7 °C dehors. Une serre de 1 000 m² demande donc environ 180 kW.

La puissance d'un appareil doit être lue aux conditions réelles : température de l'eau, température de l'air de la serre et vitesse du ventilateur. Plusieurs appareils moyens valent mieux qu'un gros, car ils répartissent la chaleur et assurent une marge en cas de panne.

La hauteur de pose compte aussi. Un aérotherme placé trop haut souffle son air chaud directement vers le faîtage, où il réchauffe surtout la couverture. Placé trop bas ou trop près des cultures, il dessèche les plantes proches. On vise en général un soufflage horizontal au-dessus de la végétation, orienté dans l'axe de la serre, avec une portée adaptée à la longueur à couvrir. La portée annoncée par le fabricant suppose un espace dégagé : les cultures palissées et les écrans la réduisent nettement.

Calculer le débit d'air

La chaleur transportée par l'air dépend de son débit et de l'écart de température entre l'air soufflé et l'air repris. Un mètre cube d'air réchauffé d'un degré transporte environ 0,335 Wh, d'après sa masse volumique et sa capacité thermique.

Un écart plus faible demande plus d'air, mais donne un soufflage plus doux, moins agressif pour les plantes proches. Un écart élevé réduit le débit et le bruit, au prix de veines d'air chaud qui montent vite vers le faîtage. C'est l'un des compromis du choix d'un aérotherme.

Répartir l'air chaud dans la serre

L'air chaud monte : sans précaution, il s'accumule sous la couverture, où il augmente les pertes, pendant que les plantes restent au froid. Les guides de vulgarisation américains, comme celui de l'université du Connecticut, insistent sur ce point : une température homogène permet de régler la consigne plus bas, donc d'économiser du combustible.

Trois solutions améliorent la répartition. Les gaines perforées en plastique, posées sous les cultures ou sur toute la longueur, distribuent l'air chaud près des plantes. Les ventilateurs de brassage horizontaux redescendent l'air chaud du faîtage. Enfin, l'implantation alternée des appareils sur les deux côtés évite les zones mortes en bout de serre.

Le brassage a aussi un intérêt sanitaire : un léger mouvement d'air limite la condensation sur les feuilles. Les ventilateurs adaptés sont présentés sur la page ventilateurs et brasseurs d'air de serre.

Aérotherme et température d'eau : le cas de la pompe à chaleur

La puissance d'un aérotherme à eau chaude dépend de l'écart entre la température moyenne de l'eau et celle de l'air. Plus l'eau est tiède, plus l'écart est faible et plus la puissance chute. C'est le point clé d'une conversion à la pompe à chaleur, qui travaille d'autant mieux que l'eau est tiède.

Selon cette approximation linéaire, un aérotherme dimensionné pour 80/60 °C ne fournit plus qu'environ 45 % de sa puissance avec une eau à 45/35 °C. Cette approximation est plutôt optimiste : la puissance réelle peut descendre sous ce niveau. La valeur exacte dépend de la batterie et se lit sur les courbes du fabricant. En pratique, passer à la PAC impose de multiplier la surface d'échange par 2,2 environ : appareils plus grands, plus nombreux, ou remplacement par des tubes.

Les PAC haute température limitent cette perte, mais leur rendement est plus faible. Le choix se fait donc sur l'ensemble : surface d'échange, température d'eau et performance de la machine, comme l'explique la page PAC haute température pour serre.

Exemple : convertir des aérothermes existants à la PAC

Reprenons la serre de 1 000 m² équipée de 6 aérothermes de 30 kW, dimensionnés pour une eau à 80/60 °C. Avec une pompe à chaleur produisant une eau à 45/35 °C, chaque appareil ne fournit plus qu'environ 14 kW. Le parc complet tombe à environ 82 kW, alors que la serre en demande 180 par la nuit la plus froide.

Pour tenir la consigne, il faudrait environ 14 appareils de même taille, ou des batteries plus grandes. Cette surface d'échange supplémentaire a un coût, à comparer avec un réseau de tubes neuf ou avec la réduction du besoin par un écran thermique. Ce calcul figure parmi les premières vérifications d'une étude de conversion.

Aérothermes ou tubes de chauffage ?

Les services de vulgarisation agricole américains, comme l'université du Massachusetts, résument le compromis. Les aérothermes coûtent moins cher et se posent facilement. L'eau chaude donne une chaleur plus constante et plus homogène, et permet de tenir des températures différentes par compartiment.

Pour une serre de production chauffée, les tubes restent la référence, et le double tube de chauffage est la solution adaptée à la pompe à chaleur. Les aérothermes gardent leur place dans les tunnels, les petites serres et en appoint pour les nuits extrêmes.

Régulation et entretien

Un aérotherme se pilote par thermostat ou par l'ordinateur climatique, en tout-ou-rien ou avec un ventilateur à vitesse variable. La vitesse variable réduit le bruit et la consommation électrique, et lisse la température. La sonde doit être placée au niveau des plantes, à l'abri du flux d'air chaud.

L'entretien porte sur le nettoyage des batteries, encrassées par la poussière et les résidus de traitement, et sur les ventilateurs. Une batterie sale perd une partie de sa puissance sans que rien ne le signale. Pour les générateurs à combustion, le contrôle du brûleur et de l'étanchéité de l'échangeur relève d'un professionnel.

Questions fréquentes sur l'aérotherme de serre

Quelle puissance d'aérotherme pour une serre ?

La puissance totale se calcule à partir des déperditions de la serre par la nuit la plus froide. En maraîchage, l'étude ADEME de 2011 relève environ 180 W/m² avec un écran thermique, pour 15 °C de nuit par −7 °C dehors. Une serre de 1 000 m² demande alors environ 180 kW, soit six aérothermes de 30 kW.

Un aérotherme peut-il fonctionner avec une pompe à chaleur ?

Oui, si c'est un aérotherme à eau chaude dimensionné pour une eau tiède. Un appareil prévu pour une eau à 80/60 °C ne fournit plus qu'environ 45 % de sa puissance avec une eau à 45/35 °C, selon une approximation linéaire. Il faut donc des appareils plus grands ou plus nombreux.

Aérotherme ou tubes de chauffage : que choisir ?

Les aérothermes coûtent moins cher et chauffent vite, ce qui convient aux tunnels, aux petites serres et à l'appoint. Les tubes d'eau chaude donnent une température plus homogène au niveau des plantes et conviennent mieux aux serres de production, surtout avec une pompe à chaleur.

Faut-il des gaines avec un aérotherme ?

Dans une serre longue, des gaines perforées en plastique répartissent l'air chaud sur toute la longueur. Elles évitent les zones trop chaudes près de l'appareil et trop froides au fond, et elles permettent souvent de baisser la consigne sans pénaliser les plantes les plus éloignées.

Dimensionner le chauffage de votre serre

Le bon nombre d'aérothermes de serre se déduit du bilan thermique, de la température d'eau disponible et de la répartition de l'air. Praxis Énergie Serres calcule la puissance, vérifie les appareils existants face à une future pompe à chaleur et compare avec un réseau de tubes, dans le cadre d'une étude de dimensionnement.

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