study OF climate greenhouse heating: application to agriculture FIELD

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1 study OF climate greenhouse heating: application to agriculture FIELD
Habib Benzaama ENP ORAN ALGERIA Centre de Développement des Energies Renouvelables, Ghardaïa, The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development TEDD’2014 ENPO Dear colleagues and comity organizers bonjour, first I would like to thank the comity organizers for giving us this opportunity to assist such an important scientific event hold in our beautifull city , I have the honor to present my contribution entitled ….,

2 Introduction TEDD’ 2014 ENPO
La consommation mondiale d'énergie devrait augmenter de 60% sur la période 2010/2020 (principalement des pays émergeants) ce qui conduit a la recherche de nouvelles et plus diverses sources d'énergie, et de stockage de celle-ci. Il s'est avéré que la question des énergies renouvelables solaire se trouve dans la difficulté de son stockage. Le stockage de l'énergie est un moyen important pour l'optimisation des systèmes de génération d'énergie et utilisation de la chaleur. Le chauffage des serres est l'une des activités les plus importantes au cours de la saison d'hiver et elle est une condition essentielle pour le développement des plantes à cette époque. Une serre est un abri clos à parois transparentes (en verre ou en plastique), permettant la création d’un microclimat qui répond au mieux aux conditions de culture d’espèce végétale. La serre joue un rôle important dans l’amélioration de la production végétale par une protection contre la basse température. Introduction Objectives Methodology Results Conclusion The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014

3 Objectifs TEDD’ 2014 ENPO Notre travail est basé sur l’étude du bilan thermique d’une serre solaire, équipée d’un dispositif de stockage thermique dans l’eau. Ce travail a pour objectif de déterminer le bilan énergétique de la surface du sol, l’étude de conduction avec le sous sol, le transfert thermique au niveau des tubes et l’étude de l’échange de chaleur par convection forcée de fluide (eau chaude). Stockage de l’énergie solaire dans l’eau contenue dans des gaines en plastique, cette énergie provient essentiellement du rayonnement solaire pendant la journée. Cette énergie est utilisée pour le chauffage durant la nuit. Définir les dimensionnements du modèle proposé pour faire le stockage thermique et augmenter la performance de ce stockage. Valider les résultats obtenus par des mesures obtenues dans une serre d’expérimentation réalisée au Centre de Développement des Energies Renouvelables, a Ghardaïa Introduction Objectives Methodology Results Conclusion The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014

4 Méthodologies TEDD’ 2014 ENPO
Etablir les dimensions de l’échangeur dans le sol à partir d’échange thermique par convection forcée dans un tube enterré. Ceci permet de mettre en évidence l’effet du diamètre, de la longueur, du débit volumétrique et le domaine de stockage entre le sol et l’eau entrant dans le flux thermique fourni par l’échangeur. Dans un second temps, nous présentons les interprétations des graphes de la variation de température en fonction de la profondeur d’enfouissement de la gaine. Ceci permet de déterminer la profondeur de stabilisation (isolée effet des conditions atmosphériques) pour obtenue un bon rendement de stockage. Une programmation en MATLAB de toutes les formulations entrant dans le calcul du débit est utilisée. Introduction Objectives Methodology Results Conclusion The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014

5 La serre TEDD’ 2014 ENPO 1.1 Dispositif de la serre étudiée
Le dispositif expérimental réalisé au Centre de Développement des Energies a Ghardaïa et dont nous exploitons les données, est une serre tunnel recouverte de polyéthylène basse densité (PEBD), de 25 m de longueur et 8 m de largeur. Introduction Objectives Methodology Results Conclusion The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig. 1- Serre avec dispositif de stockage de la chaleur

6 Equipements de la serre
TEDD’ 2014 ENPO La serre est équipée d’un système de stockage, qui est composé de 14 gaines plastiques de 20 cm de diamètre enfuis dans le sol. La masse d’eau qui se trouve à l’intérieur des gaines est chauffée par la radiation solaire ayant traversé la couverture de la serre et l’atmosphère de la serre. L’étude expérimentale entreprise consiste à mesurer : les températures à l’intérieur à trois hauteurs de la serre, dans le sol à différentes profondeurs et dans le stockage, ainsi que les sollicitations extérieures. Introduction Objectives Methodology Results Conclusion Se ha utilizado el método EDI ya que este método es mas precioso que los métodos basados en extrapolación de desplazamientos o tensiones o integrales de contorno y también porque el programa de MEF Abaqus permite de sacar directamente los resultados. De este manera se obtiene el FIT evaluando la integral J como se puede ver en la ecuación. El método integral del dominio equivalente substituye la integración a lo largo del contorno por un excedente un dominio finito del tamaño por el teorema de la divergencia. Esta integración del dominio es más conveniente para los análisis finitos del elemento. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.2- Les différents échanges.

7 Echanges d’énergie intervenant dans la serre
TEDD’ 2014 ENPO La serre est le siège de tous les modes de transfert de chaleur (échange radiatifs, convectifs, par renouvellement d’air et par changement de phase…) qui s’effectuent d’une part entre les différents nœuds dans la serre et d’autre part entre les sous systèmes et le milieu extérieur (voûte céleste, air extérieur, sol extérieur environnant). Introduction Objectives Methodology Results Conclusion In this part, the evaluation of the SIF’s from the next formula function of the ray r. There three modesx for crack propagation in 3d, mode I, a continuation in the same plane, the segond using a deflection angle, and the third using the twisting angle and of course the combination of the three modes. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.3- Bilan thermique à la surface du sol.

8 Echanges d’énergie intervenant dans la serre
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion In this part, the evaluation of the SIF’s from the next formula function of the ray r. There three modesx for crack propagation in 3d, mode I, a continuation in the same plane, the segond using a deflection angle, and the third using the twisting angle and of course the combination of the three modes. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.4- Echange thermique dans la serre.

9 Hypothèses TEDD’ 2014 ENPO Pour établir un bilan énergétique d’une serre, on a considéré les hypothèses suivantes: Hypothèses du modèle: - Le sol est un milieu homogène et invariable. - la variation temporelle du taux d’humidité du sol est négligée Hypothèses géométriques : - Une entrée d’eau verticale située entre la surface du sol (z=0) et le niveau d’enfouissement des tubes (z=+z). - Un ou plusieurs (N tubes) tubes disposés horizontalement sous la terre à la profondeur z=+z, formant une nappe de tubes. - Une sortie d’eau verticale située entre le niveau d’enfouissement des tubes (z=+z) et la surface du sol (z=0). Introduction Objectives Methodology Results Conclusion As established from Shijve in 1967 the crack’s live is diveded in for phases. In our study we gone work only for the macro-crack propagation. The specimen will includ an crack. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014

10 Principaux paramètres de dimensionnement
TEDD’ 2014 ENPO Le débit d’eau total Le nombre et le diamètre des tubes La vitesse de l’eau dans les tubes La longueur des tubes La distance entre tubes La profondeur d'enfouissement des tubes Introduction Objectives Methodology Results Conclusion For 3 D crack propagation only existe a few crietrions like Sih criterion based on the strain density , Pook using orientation angles (deflection and twisting angle), shollman based on he assumption that the crack growth develops perpendicularly to the maximal principal stress, anf finally Richard eqivlent to shollman crietrion. For our study we use Richard criterion. Fig.5- Modèle d’étude du stockage thermique dans le sol The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014

11 Système de stockage de l’énergie thermique au sous sol
TEDD’ 2014 ENPO Le système de stockage d’énergie thermique solaire comprend les éléments suivants: Un capteur solaire plan. Un circuit caloporteur pour transfert l’énergie extraite du capteur à la l’appareil d’accumulation. Un stockage thermique (notre cas : stockage dans le sol) . Un réseau de distribution (pompe, vannes …etc.) Introduction Objectives Methodology Results Conclusion For 3 D crack propagation only existe a few crietrions like Sih criterion based on the strain density , Pook using orientation angles (deflection and twisting angle), shollman based on he assumption that the crack growth develops perpendicularly to the maximal principal stress, anf finally Richard eqivlent to shollman crietrion. For our study we use Richard criterion. Fig.6- Modèle d’étude du system de stockage thermique dans le sol The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014

12 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion L’évolution de température n’est plus linéaire comme dans la paroi plane mais a l’allure d’une fonction logarithmique décroissante. A partir d’une periode de 10heures la temperature se stabilise est devient egale à celle du fluide. A partir d’une distance loin de la surface de tube égale au maximum à 20cm, la température reste constante et égale à la température de sol. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.7- Evolution de température on fonction du rayon (r) du tube

13 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Dans cette étude nous prendrons les valeurs moyennes de caractéristique thermique de la terre (argile, sable, terre à 10% humidité). Les caractéristiques thermiques de ces types de sols sont résumées dans le tableau ci-dessous : Introduction Objectives Methodology Results Conclusion For a first estimation we gone use the tecnica stretching of element. This technique gives good results, we have comared it to the XFEM 2D. We have tried it in 3D for specimen under traction and like shown in the figure 11, the results where good. In figure 10, are shown the elements near the crack curve. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Tab.1- Eclairement d'une surface horizontale (L =33 ,6°, l = 3.001°, date : 21 mai 2013) Zone de GHARDAIA

14 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion Les deux courbes présentent la même allure mais avec un écart important .Cette différence est probablement due à un ciel relativement couvert durant les journées considérées dans la partie expérimentale. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.8- Variation type de l’éclairement solaire diffus au cours d’une journée (valeurs calculées et mesurées)

15 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion L’éclairement solaire reçu par sol(en suppose que le sol est un plaque horizontale) varie typiquement de la manière représentée sur les figures précédents au cours d’une journée non-perturbée : nul la nuit, il augmente dès le lever du jour pour atteindre un maximum au midi solaire avant de décroître de nouveau jusqu’à s’annuler à la tombée de la nuit. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.9. Variation type de l’éclairement solaire direct au cours d’une journée (valeurs calculées et mesurées)

16 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion Les figures (8,9 et 10) montrent le rayonnement (diffus, direct et global) calculé, en considérant la corrélation de Collares-Pereira et Rabl pour un ciel clair et le rayonnement global mesuré sur site de Ghardaïa par l’intermédiaire de pyranomètre EKO The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.10- Variation type de l’éclairement solaire global au cours d’une journée (valeurs calculées et mesurées)

17 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion La nature de la solution analytique peut être observée en fonction de la profondeur (Figure 11,12,et 13) ou en fonction du temps temps (Figure 14, 15 et 16). The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.11- Evolution de la température en fonction de la profondeur du sol (sol argileux)

18 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion (Sol argileux z =0.7m, sol sable z =1.7m, terre humide z =1m). The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.12. Evolution de la température en fonction de la profondeur du sol (sol en sable)

19 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion Les graphes de même allure mais la différence ci la valeur de profondeur qui la température reste presque constante, pour les choix de cette étude: - sol argileux z =0.7m, - sol sable z =1.7m, - terre humide z=1m. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.13- Evolution de la température en fonction de la profondeur du sol (terre à 10% d’humidité)

20 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.14. Evolution de température en fonction du temps (sol argileux)

21 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion Dans cette étude l’onde thermique de surface possède une période de un jour et une amplitude de 17°C autour d’une valeur moyenne de 27 °C. Le déphasage entre la température à la surface et celle en profondeur est facilement remarquable en observant le temps auquel la température est maximale ou tout autre point singulier de l’onde .De même, il est évident que les ondes en profondeur sont soumise à des variations moindres de température qu’à la surface .Les ondes en profondeur sont donc atténuées par rapport à la surface. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.15. Evolution de température en fonction du temps (sol en sable)

22 Résultats et interprétations
TEDD’ 2014 ENPO Introduction Objectives Methodology Results Conclusion Les ondes en profondeur sont soumise à des variations moindres de température qu’à la surface. Les ondes en profondeur sont donc atténuées par rapport à en surface. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014 Fig.16- Evolution de température on fonction du temps (sol en terre à 10% d’humidité)

23 Conclusion TEDD’ 2014 ENPO L'étude que nous avons faite vise à ce qui suit: - Promouvoir les connaissances sur l'énergie solaire. - Maitriser les équations qui régissent les échanges thermiques se trouvant à l'intérieur de la serre. - L'accès au meilleur chauffage pour une serre agricole en sélectionnant les paramètres : température, l'humidité adéquate, l'emplacement et l'orientation de la serre, une bonne ventilation et la canalisation adéquate. Introduction Objectives Methodology Results Conclusion Thank’s for your attention, waiting for any questions. The First Euro-Mediterranean Conference on Remote Managing, Environment and Sustainable Development 19-20 October 2014

24 MERCI DE VOTRE ATTENTION
Dear colleagues and comity organizers bonjour, first I would like to thank the comity organizers for giving us this opportunity to assist such an important scientific event hold in one of the beautifull ccity in the world, I have the honor to present my contribution entitled ….,