Souper-conférence du 11 février 2019 - Soirée de recrutement des membres & YEA

CE QUE VOUS AVEZ PEUT-ÊTRE MANQUÉ...SOUPER-CONFÉRENCE DU 11 février 2019

Le 11 février dernier, à l’occasion de la Soirée de recrutement des membres & YEA, le Chapitre de Montréal a reçu M. Gokcin Yetisgen, ing. dont la conférence technique portait sur les particularités de la culture en serres, plus précisément les étapes de la culture à l’intérieur, les considérations de croissance, ainsi que les considérations de conception. Puis, pour la deuxième partie de la soirée, nous avons accueilli M. Brian Monk, ing., conférencier émérite de l'ASHRAE, qui est venu nous parler de la qualité de l’air. Cette conférence principale a passé en revue les guides de conception couramment utilisés dans la norme ANSI / ASHRAE 62.1, « Ventilation pour une qualité d’air intérieur acceptable ».

Conférence technique

Gauche à droite : M. Étienne Séguin-Dupuis en compagnie de M. Gokcin Yetisgen

La conférence de M. Gokcin Yetisgen a débuté avec une présentation de différents types de plantes qui ont fait l’objet de l’étude, ainsi que les étapes de la culture à l’intérieur. Après la présentation des particularités de la culture en serres (cannabis), les considérations de croissance et les considérations de conception ont été présentées. À la fin, un exemple de calcul de charge pour une salle de culture a été donné et cela pour différents moments du processus de culture.

processus de culture des plantes à l’intérieur

Le processus de culture des plantes à l’intérieur  commence généralement par la germination des graines, ce qui prend 1 à 2 semaines. Ensuite, il y a le stade de semis (2 à 3 semaines) durant lequel la plante ira vers le haut pour obtenir plus de soleil (18-24 heures de soleil par jour) et les racines commenceront à pousser. L’étape suivante est la végétation (2 à 8 semaines), où la plante commence à prendre forme. La phase la plus importante est la floraison (6 à 8 semaines) durant laquelle il est important de maintenir une durée exacte de 12 heures d’ensoleillement pour éviter que la plante reste dans un état végétatif. L’étape de clonage consiste à couper le morceau de la plante mère et de revenir à la phase végétation (bouturage). L’étape finale est bien entendu la récolte.

PROCESSUS DE CULTURE DES PLANTES À L’INTÉRIEUR

M. Yetisgen poursuit sa présentation en nous parlant de considérations de croissance, soit : les milieux de croissance, la méthode d’irrigation et automatisation, la filtration et la purification de l’eau, la récupération de l’eau ainsi que la culture en serre ou en milieu intérieur fermé.

Le milieu de croissance est l'endroit où les plantes sont cultivées. Les plantes peuvent être cultivées dans :

• La terre ou du compost, soit des milieux naturels, faciles à utiliser, disponibles et peu couteux. De plus, presque toutes les installations extérieures sont en terre. Pour ce qui est des plants, ceux-là sont plantés directement dans le sol ou légèrement surélevés.
• Un mélange sans sol composé de coco et perlite peut être utilisé également et celui-là fournit une croissance plus rapide et peut apporter au plant une odeur complexe et un profil gustatif particulier. De nombreuses installations à environnement contrôlé sont en terre ou en coco.
• La culture hydroponique (« Deep water culture ») fourni la croissance la plus rapide et consiste à immerger constamment les racines dans une solution riche en nutriments et en oxygène.

Parmi les méthodes d'irrigation et d’automatisation, on en distingue 3 qui sont souvent utilisées :

• Tables d'inondation ou bancs roulants :  une plante est assise sur une table avec une solution nutritive pompée à partir d’un réservoir, puis après retourne dans le réservoir ou le drain de plancher.
• Irrigation goutte à goutte :  l'eau est pompée à travers des tubes d'irrigation et les goutteurs injectent des nutriments dans chaque plante.
• Arrosage manuel qui est le moins efficace des 3 méthodes à cause du manque de précision.

La filtration et la purification de l’eau est réalisée avec l'osmose inversée.

• Déchets de 0,5 à 5 gallons d'eau sale pour 1 gallon d'eau propre.
• Les systèmes d’osmose inversée produisent généralement entre 75 et 300 gallons par jour.
• Très corrosif pour les tuyaux en métal : l’eau pure ne doit jamais passer dans des tuyaux en cuivre ou en acier galvanisé.

Puisque les sujets de la filtration et de l’importance d’avoir de l’eau propre pour l’irrigation ont déjà été abordés, M. Yetisgen nous parle de la récupération de l’eau. Beaucoup d’eau peut être gaspillée, autant par l’évaporation du sol, par l’élimination de l'eau d'irrigation non utilisée (en raison des différentes concentrations d’éléments nutritifs) ou bien par le rejet de l’eau de condensation des équipements CVCA.

Les méthodes de recyclage de l’eau consistent à récupérer l’excès d'eau qui peut être capturé et renvoyé dans les réservoirs de stockage d'eau, ainsi que le condensat et l’eau de déshumidification des systèmes CVCA (eau presque de qualité pure). Cette méthode permet de récupérer presque 100% de l'eau d'irrigation lorsqu’appliquée dans des salles avec milieu intérieur contrôlé. Cependant, l'eau récupérée doit être purifiée à nouveau.

Par la suite, M. Yetisgen nous parle des avantages et des inconvénients des serres versus des milieux intérieurs contrôlés. Les serres ont l’avantage d’utiliser le soleil comme source de lumière (gratuite) et cela permet une croissance tout le long de l’année. Les inconvénients sont la présence de l'air extérieur en continu, les variations importantes de chaleur et d’humidité selon les saisons, le mauvais contrôle des odeurs et le faible niveau de sécurité. Pour la culture en milieu intérieur, les avantages sont le nombre maximum de récoltes par année, aucun échange d'air extérieur requis, un climat et une lumière uniformes et un haut niveau de sécurité. Les inconvénients sont liés au coûts de construction et d’opération (énergie utilisée) élevés.

Les considérations de design

Tout d’abord, M. Yetisgen nous sensibilise aux questions que nous devons poser avant de commencer tout projet, autant avec le client qu’avec la compagnie d’électricité (puissance, tension, nombre de phases, alimentation de secours, budget, disponibilité, faisabilité, etc.).

Selon une étude réalisée par Northwest Power and Conservation Council, la consommation d'énergie pour ce type de culture est repartie ainsi :

• CVCA et déshumidification : 51%;
• Éclairage : 38%;
• Chauffage de l’espace (en supposant un chauffage électrique): 5%;
• Traitement de l’eau : 3%;
• Injection de CO₂: 2%;
• Séchage/durcissement : 1%.

Par la suite, M. Yetisgen en profite pour nous donner un exemple d’un projet concret sur lequel il a travaillé, une usine de 10 000 pi², dont les puissances requises (480 kW/ 579 A) sont reparties ainsi :

• Éclairage : 134 kW;
• Climatisation / Déshumidification : 180 kW;
• Chauffage électrique : 33 kW;
• Ventilateurs de recirculation et d'échappement : 112 kW;
• Charges divers : 23 kW.

Un autre élément intéressant est la réglementation de Santé Canada qui requiert une source d'alimentation continue sans coupure et suffisante pour une opération continue du système de sécurité en tout temps. Il n'est pas obligatoire d'avoir une alimentation d’urgence pour les systèmes d'éclairage et de CVCA, mais cela est généralement souhaitable compte tenue de la valeur des récoltes. Le client devrait donc être consulté pour déterminer cela.

L’éclairage des plantes est l’une des charges importantes du bâtiment. De façon générale, pour un milieu intérieur on utilise des combinaisons de lampes au sodium haute pression (HPS), d’halogénures métalliques en céramique (CMH) ou de lampes à diodes électroluminescentes (LED). Dans le tableau plus bas on observe les usages de chaque technologie et l'intensité du système d'éclairage ou photosynthétique. En regardant les chiffres, on constate que la lumière HPS de 1 000 watts peut être remplacée par une lampe à LED de 600 W et entraîner une réduction de 40% de l'émission de chaleur.

Tableau 1 : L'intensité du système d'éclairage ou photosynthétique

Le contrôle de la température et de l'humidité est important dans chacune des pièces et pour chacune des étapes de la vie d’une plante: un contrôle environnemental strict influence la croissance, le rendement, la qualité et la consistance de la récolte. De plus, cela permet d’éviter les maladies et les moisissures, ainsi que d’éventuels dommages à la structure du bâtiment. Le contrôle de la température et de l'humidité est affecté par l’éclairage, l’irrigation, l’enveloppe du bâtiment, l’infiltration de l’air et la ventilation. 

Les plantes tirent leur eau et leurs nutriments de leurs systèmes racinaires. Lorsqu’elles sont exposées à la lumière, les plantes convertissent le CO₂ et l’eau en énergie chimique qui constitue la nourriture. En échange, les plantes libèrent de l'oxygène et de la vapeur d'eau (photosynthèse). Le processus d'évaporation de l'eau des feuilles vers l'air ambiant par la transpiration de la plante pendant la photosynthèse s’appelle l’évapotranspiration. Le déficit de pression de vapeur (VPD) représente la différence entre la pression exercée par l'humidité actuelle dans l'air et la pression à saturation. Autrement dit c’est le pourcentage de vapeur d'eau dans l'air par rapport à la quantité de vapeur que l'air pourrait retenir à cette température particulière (jusqu'à saturation).

Il convient de noter que VPD et HR (l’humidité relative) sont inversement proportionnels. La plage optimale pour le VPD se situe entre 0,8 kPa et 1,5 kPa. Le tableau suivant présente les valeurs idéales pour le VPD, la température de l’air et l’humidité relative selon les étapes du processus de culture.

Tableau 2 : Valeurs idéales de VPD, température et HR

On peut voir qu’une valeur VPD élevée et une faible valeur HR créent des conditions de séchage pour les feuilles, car les racines sèchent et les plantes se déshydratent. Également, une valeur VPD faible et une haute valeur HR font ramollir les racines et les plantes transpirent moins, ce qui ralentit la croissance. Cela est propice durant le bouturage.

Ainsi, les principales charges sensibles et latentes sont :

• l’éclairage (sensible) : égal à la charge d’éclairage des pièces.
• l’évapotranspiration (latente) : correspond à la différence entre la quantité d'eau ajoutée par l'irrigation et la quantité d'eau à drainer, calculée avec la formule Penman-Monteith (normes commerciales 0,25 à 0,50 gal / plante / jour).
• d’autres charges mineures : solaire, ventilation, infiltration, etc.

Les systèmes CVCA typiques utilisés pour le refroidissement sont :

1. Les unités bi-blocs (mini-splits):
   • Installation rapide du propriétaire à un coût relativement faible;
   • Option pour très petite échelle;
   • Options de basse température ambiante disponibles;
   • Capacité de déshumidification indirecte;
   • Limites de tonnage;
   • Pas de contrôle précis pour HR.
2. Les unités de toit :
   • Relativement peu coûteux;
   • Défis associés aux conduits excessifs, à la redondance et au fonctionnement à basse température;
   • Options de filtration limitées;
   • Défis liés au contrôle de l'humidité et du CO₂;
   • Problèmes microbiens dus à l'espace de culture.
3. Les VRF ou VRV : 
   • Comparativement plus cher à l'achat et à l'installation;
   • Options de basse température ambiante disponibles;
   • Capacité de déshumidification indirecte;
   • Défis liés aux charges constantes pendant l'hiver;
   • Risque potentiel de fuite de réfrigérant.
4. Les systèmes à eau glacée :
   • Comparativement le plus cher à l'achat et à l'installation;
   • Contrôle de déshumidification dédié lorsqu'il est associé à un système de réchauffage;
   • Une grande flexibilité d'installation, permettant de modifier la capacité;
   • La possibilité de concevoir pour la redondance comme des sauvegardes.
5. Les systèmes sur mesure :
   • Déshumidification dédiée et contrôle latent;
   • Beaucoup d'options de filtrage;
   • La possibilité de concevoir pour la redondance comme des sauvegardes;
   • Faible refroidissement ambiant;
   • Réchauffement au gaz chaud.

Pour la déshumidification, on utilise soit le déshumidificateur autonome (petit et facile d’utilisation « plug and play », mais difficile à intégrer avec d'autres équipements de climatisation) ou bien le réchauffage (électrique, à l’eau chaude, au gaz chaud ou avec la récupération de chaleur).

L'enrichissement en CO₂ est utilisé pour augmenter la croissance des plantes. Les niveaux de CO₂ ciblés dans une salle de production se situent entre 1 200 et 1 500 ppm. La croissance des plantes cesse lorsque le niveau devient inférieur à 200 ppm. La concentration normale dans l’air extérieur est de 250-350 ppm, et dans un espace intérieur occupé avec un bon échange d'air cela peut aller de 350 à 1000 ppm. Des niveaux supérieurs peuvent causer de l’inconfort et un niveau supérieur à 5 000 ppm peut être mortel pour l'humain. Le taux d'absorption de CO₂ augmente lorsque la température de l'air et l'intensité de la lumière augmentent.

Les deux sources de CO₂ utilisées dans la production commerciale de plantes sont le CO₂ liquide comprimé et la combustion du gaz naturel (ajoute plus de chaleur et de contaminants).  La figure suivante montre une configuration régulière pour la distribution du CO_2.  Au niveau du bâtiment, comme le CO₂ est plus lourd que l'air, la distribution de celui-ci doit être intégrée à la distribution de l’air dans les pièces.  Habituellement, 1000 pi² de salle de culture consomment environ 10 livres par jour et coûtent presque 2$ par livre.

Figure 1: configuration régulière pour la distribution du CO₂

Pour ce qui est des odeurs, Santé Canada a des exigences spécifiques concernant la filtration de l'air pour la culture en intérieur. Ils recommandent l’utilisation des filtres HEPA (filtres H13) pour s'assurer que tout l'air sortant du bâtiment est filtré pour éliminer les odeurs. Également, tout air frais qui entre dans le bâtiment passe par un filtre HEPA pour éliminer les particules nocives. De plus, tout air qui sort du bâtiment est traité pour éliminer les contaminants et les odeurs avec : filtres à charbon dans le conduit d'évacuation ou d'air recirculé, générateurs d'ozone dans les conduits d'évacuation ou des ioniseurs.

EXEMPLE DE CALCUL DE CHARGE

Pour finir, un exemple de calcul de charge a été donné pour une salle de floraison de 2000 pi² avec un espace occupé par les plantes d’environ 1200 pi² et qui dispose d’un éclairage HPS.

Figure 2: Données de conception

Figure 3: Exemple de calcul de charge (cycle de jour /nuit)

Figure 4: Exemple de calcul de la charge dans une salle de culture (derniers stades de croissance)

Figure 5: Exemple de calcul de la charge dans une salle de culture (premiers stades de croissance)

conclusion

Cette conférence nous a permis de rencontrer M. Gokcin, un des plus grands spécialistes québécois dans la conception de systèmes CVCA pour des applications de cultures intérieures. Possédant deux licences pour la culture et une douzaine de réalisations à son actif dont plusieurs ont été approuvées par Santé Canada, il a réussi à nous transmettre facilement les meilleures pratiques relatives à la culture en intérieur.

Par Magdalena Stanescu, Comité édition

Consultez la présentation de la conférence technique.

Conférence principale

Gauche à droite: M. Brian P. Monk accompagné de M. Francis Lacharité et M. Étienne Séguin-Dupuis

En deuxième partie, le Chapitre de Montréal a accueilli un conférencier émérite de l’ASHRAE, M. Brian P. Monk, P. Eng., dont la conférence traitait de l’impact de la qualité de l’air intérieur (QAI) des bâtiments sur les performances cognitives des occupants. Selon M. Monk, il s’agit d’une nouvelle approche de design qui consiste à évaluer les impacts de la présence de contaminants, tels que le dioxyde de carbone (CO₂) ou les composés organiques volatils (COV), sur la santé, le cerveau et la productivité des gens. Selon M. Monk, les critères de design sont appelés à changer pour introduire petit à petit ces notions.

Une QAI suffisante

M. Monk a d’abord résumé les lignes directrices de conception à suivre pour assurer une QAI suffisante. Il faut tenir compte, notamment, du Standard ASHRAE 62.1  – Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, des stratégies de design des centrales de traitement d’air, des technologies de filtration disponibles, des différents impacts des contaminants sur la santé et des stratégies de réduction de la consommation énergétique des bâtiments. Puis, M. Monk a précisé qu’il est important de connaitre la qualité de l’air extérieur. Évidemment, si l’air introduit dans le bâtiment est de piètre qualité, il ne sera pas possible d’améliorer la QAI en augmentant l’apport d’air neuf et la dilution des contaminants ne sera pas efficace.

LA qualité d’air extérieur

Un des défis est donc d’évaluer la qualité d’air extérieur et de le traiter en conséquence. À ce sujet, M. Monk a présenté différentes technologies de filtration telles que les filtres HEPA, les filtres avec media filtrant, les filtres ionisant, les lampes UV, etc. Il a également rappelé qu’il faut bien cerner le type de contaminants en présence afin de bien sélectionner les technologies de traitement. Il faut aussi en évaluer la concentration afin de dimensionner les équipements. Une combinaison de deux, trois, voire quatre technologies peut être nécessaire.

M. Monk poursuit en expliquant que la nouvelle version du Standard ASHRAE 62.1  réintroduit « un seuil maximal de CO₂ acceptable ». Ce seuil n’est pas une limite de toxicité. Il est plutôt établi pour garantir un bon niveau de performance des occupants en ce qui a trait aux fonctions intellectuelles.

La QAI et les capacités cognitives

Par la suite, M. Monk nous présente les résultats d’une étude menée par Harvard. Cette étude démontre que plus la QAI augmente, plus les capacités cognitives des gens augmentent. Dans cette étude, un groupe de travailleurs devaient effectuer certaines tâches intellectuelles alors qu’ils étaient soumis à différents niveaux de contaminants reflétant successivement l’environnement d’un bâtiment standard, d’un bâtiment vert et d’un bâtiment vert haute performance. Les résultats ont démontré un gain de productivité appréciable entre les « conditions du bâtiment standard » et les « conditions du bâtiment vert », puis entre « conditions du bâtiment vert » et celles du « bâtiment vert haute-performance ». Par ailleurs, M. Monk a souligné les impacts négatifs de la présence de particules fines sur la santé. Un niveau trop élevé réduit l’espérance de vie et se traduit par une augmentation des frais en soins de santé pour la société.

De plus, M. Monk a présenté certains éléments du Standard ASHRAE 189.1 portant sur le design des bâtiments haute-performance. Les stratégies de contrôle de la quantité d’air neuf en fonction des périodes d’occupation ou de la détection de présence sont essentielles pour réduire la consommation énergétique du bâtiment.

CONCLUSION

Finalement, M. Monk nous rappelle que l’amélioration de la QAI est un travail continu et qu’il est souhaitable de régulièrement faire des tests sur des échantillons.

Par Mariline Fréchette, Comité édition

Veuillez noter que la présentation Power Point de cette conférence ne sera pas disponible.

NOUVEAUX MEMBRES D’ASHRAE

Nous souhaitons la bienvenue aux personnes suivantes qui sont des nouveaux membres ASHRAE ou qui ont été réintégrées récemment :

• Mostapha A L Hariri
• Pascal Caron
• Laurent Laframboise
• Keven Bilodeau
• Mohand Amroun
• Anthony Barbiero

RECRUTEMENT - GAGNANTS DES PAIRES D’ADHÉSION

Merci à tous les membres qui ont encouragé le recrutement d’ASHRAE en invitant un non-membre au souper-conférence du mois de février 2019. Les noms des participants suivants ont été tirés lors de cette soirée et ceux-ci ont gagné leur adhésion pour la saison 2019-2020 :

• Jean-Sébastien Ouellette invité par Nicolas Salvatore;
• Ian Saumur invité par John Deuel;
• Nayiri Bidanian invité par Karina Bagryan;
• Bernard Poulin invité par Mai Anh Dao.

Le recrutement est essentiel pour la pérennité de l’ASHRAE Montréal.

Cliquez ici pour devenir membre ou pour renouveler par l'intermédiaire de la Société ASHRAE. 

GAGNANT DE LA BOUTEILLE DE VIN - ÉVALUATIONS DES CONFÉRENCIERS

Le gagnant d'une bouteille de vin, lors du tirage pour avoir complété le formulaire d'évaluation des conférenciers du souper-conférence du mois de janvier 2019, était François Cooper de Johnson Controls. Félicitations!

A chaque souper-conférence, nous offrons la possibilité d'évaluer les conférenciers en remplissant un formulaire en ligne dont les participants reçoivent le lien par courriel et de courir la chance de gagner une bouteille de vin lors du souper-conférence suivant. Le prochain tirage aura lieu le 11 mars 2019. Bonne chance à tous!

François Cooper

VOICI UN APERÇU DES DIFFÉRENTS PRÉSENTOIRS DE NOTRE DERNIÈRE SOIRÉE