Extracteur de Chaleur : Différence entre versions

Version du 18 janvier 2012 à 12:32

Introduction - Problématique

La problématique de ce projet est celle de la transformation, par habillage externe et par circulation d'air, d'un insert nu (comme sur l'image au-dessus), en un poêle efficace et fonctionnel (... et pas trop vilain).

Il y a des solutions intéressantes, réalisées par des particuliers, avec récupération de chaleur dans l'insert.
Il y a aussi évidemment des solutions intéressantes avec circulation d'eau. Mais ces options techniques ne sont pas l'objet du présent projet. (Ceux que ça intéresse ... ouvrez svp plutôt un projet à part)

Au moins 2 types d'efficacité sont recherchées ici :

• efficacité dans la récupération de la chaleur produite par l'insert.
• efficacité dans l'agencement / design du poêle (pour cuisson, etc)

(Rappelons que l'énergie consommée pour la cuisson/chauffage des aliments est l'un des gros postes énergétiques).

L'un des objectifs visés ici est la simplicité. Pas de régulation, soupapes, etc. Le maximum de rentabilité obtenable avec un minimum de complexité (plaques métalliques, tuyaux, boulons, etc)

Solutions existantes

Pas grand chose ! Le sur-mesure est quasi obligatoire, très simplet, et pas donné.

Un extracteur Open Source DIY, pourquoi ?

• ... tout bêtement car quasi pas de solutions existantes
• car une solution simplette avec un carter simplet est déjà performante, et laisse entrevoir qu'il y a probablement moyen d'optimiser encore et d'extraire encore plus de chaleur.
• car il semble possible de bricoler quelque chose de façon pas trop compliquée et avec des éléments du commerce
• car l'un des intérêts d'un insert est sa confortable largeur (pas toujours le cas des poêles)
• car le changement insert -> poêle concerne pas mal de monde, et que ça peut intéresser tous ceux qui ne veulent pas de la solution poubelle + rachat.

Considérations physiques sur l'échangeur de chaleur

L'extraction de chaleur se fait ici par circulation d'air. Qu'est ce qui est le plus efficace pour l'extraction de chaleur ? moins de tuyaux de gros diamètre ou plus de tuyaux de petit diamètre ?

Sauf erreur, c'est le ratio surface d'échange / volume d'air débité, qui compte.

C'est par définition via la surface d'échange en contact avec la masse d'air chaud que s'effectue l'échange de chaleur.

A volume d'air débité égal, la solution avec la plus grande surface d'échange est la meilleure.

Mais, concernant le volume d'air débité, les pertes de charge (ie pertes de débit dues aux frottements) http://fr.wikipedia.org/wiki/Perte_de_charge entrent en compte. L'agencement du ou des tuyaux, leur géométrie et orientation rentrent aussi en compte.

Calcul simplifié : 1 tuyau de longueur 100 cm et section carrée 2cm x 2cm : surface externe = (2x100x4)cm2 = 800cm2

4 tuyaux de longueur 100 cm et section carrée 1cm x 1cm : surface externe = (4x4x100)cm2 = 1600cm2

En négligeant les pertes de charge, pour un même débit, employer plus de tuyaux plus petits permet d'augmenter la surface d'échange.

NB: des tuyaux de section carrée 1cmx1cm ou section ronde se trouvent dans tous les bons bricomachins.

Solutions techniques pour l'échangeur de chaleur

Pour la mise en oeuvre, je pense à disposer des tuyaux de section carrée ou ronde, parallèlement, en plans ("lyres"). Soit serrés. Soit écartés, de manière à pouvoir superposer plusieurs plans, mais que l'air chaud puisse circuler et enrober les tuyaux.
L'échangeur de chaleur serait ainsi en réalité constitué de plusieurs échangeurs modulaires indépendants.

Chaque plan devrait pouvoir être mis en place ou ôté sans devoir démonter les autres plans. (Analogie avec les armoires informatiques "rackables"). Chaque plan devrait pouvoir être rackable. On racke, on connecte. On déconnecte, on déracke. (NB: Cela exclut les solutions où le conduit serait encerclé par le tuyau.) (NB2: Pour les racks informatiques, le problème de l'évacuation de la chaleur est également crucial).

Bien sûr, la géométrie de l'avaloir, la position du conduit de fumée, sont propres à chaque insert, et permettent certaines solutions et en interdisent d'autres.

Racks horizontaux ou verticaux, qu'est ce qui est le mieux ?
Rack horizontal : favorise la stagnation de l'air dans les tuyaux, mais peut-être plus pratique coté design.
Rack vertical : amenée d'air frais en partie basse et sortie d'air chaud en partie haute => favorise la circulation d'air.

On peut imaginer un seul tuyau de cuivre mis en forme (éventuellement enserré entre 2 cadres plans).

On peut imaginer plusieurs tuyaux raccordés à leurs extrémités.

Dans ce cas, un des points de conception est la bonne gestion des raccords. On peut penser eg à un fer en U, commun à tous les raccords ?

Dans le cas d'un insert avec avaloir, on peut imaginer un mikado de tuyaux qui épouserait au mieux la forme de l'avaloir.

croquis à venir

Données physiques

chaleur massiques : eau = 1 calorie / gramme / °C fonte = 0.13 calorie / gramme / °C fer = 0.17 calorie / gramme / °C alu = 0.21 calorie / gramme / °C

L'eau est le réservoir de calories idéal car c'est elle qui a le plus la plus grosse capacité thermique massique par rapport à tout matériau solide. Autrement dit, un kilo d'eau stocke plus d'énergie qu'un kilo de béton. http://fr.wikipedia.org/wiki/Chaleur_massique

Températures de fusion : zinc = 420°, cuivre = 1084°C, aluminium = 660°C