Poele de Masse.Petit Habitat:CR:InSitu2Hiver2021

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1. Résumé

Dates Participants Objectifs
Début :

Janvier 2021

Fin :

Mai 2021

  • David mercereau
  • Réponde à la norme NF EN 15250. Pour cela, il faut étudier le comportement thermique de celui-ci.

Agir Low-Tech développe un poêle de masse pour petit habitat. Cet hiver 2021, ce premier prototype de poêle de masse pour petit habitat est arrivé dans ma paillourte (une petite maison en paille ronde de 40m2). En autres choses, j’ai étudié la restitution de chaleur de celui-ci dans différentes configurations.

2. Objectifs

Agir Low-Tech souhaite que sont poêle réponde à la norme NF EN 15250 qui concerne les « Appareils de chauffage domestique à combustible solide à libération lente de chaleur », plus connus sous les terminologies de poêle de masse ou poêle à accumulation. Pour cela, il faut étudier le comportement thermique de celui-ci.

3. Moyens

Le poêle de masse et le banc de test, conçu pour l’occasion à partir de cellules ds18b20 (et de quelques thermocouples).

Situ1Hiver2021-P1060979.jpg

Les mesures présentées ci-après sont faites sur le petit poêle de masse v20.11 dans une petite maison (40m2) isolée en paille et habitée par 3 personnes. Pendant les mesures, la vie continue, le four peut s’allumer, une porte peut s’ouvrir pour aérer…

Le bois de chauffe utilisé est du chêne et le bois d’allumage, de la palette et des chutes de douglas. Tout ça testé à moins de 18% d’humidité.

Humidimètre planté à 1/3 d'une bûche fraîchement fendu

En plus des températures de surface du poêle nécessaires à l’étude pour le respect de la norme NF EN 15250, j’ai profité de ces prises de mesures pour ajouter des sondes. Celle-ci on été placées :

  • Sur 2 murs (température des parois) : T0 & T26
  • Dans le tuyau d’évacuation des gaz (au départ, juste à la sortie du poêle) : T24
  • Dans le foyer (juste sous la plancha, au centre) : T23
  • Température de l’air intérieur : T27
  • Température de l’air extérieur : T28

Sauf mention contraire dans le dépouillement, le banc de test a été utilisé avec cette config  : config_0.2.ini

4. Limites

Les capteurs ds18b20 ont été collés à l’argile sur les briques du poêle. Cette méthode limite la réactivité de la sonde car l’argile ne récupère pas directement la chaleur, il faut qu’il chauffe aussi. Peut être qu’un matériau isolant pour plaquer le capteur aurait été plus probant.

Pour être encore plus pertinent, il aurait été nécessaire d’avoir plusieurs relevés par situation. Mais en l’état il y a déjà des tendances.

Les graphiques ne tiennent pas compte de la plancha car après analyse, il s’avère que celle-ci ne disposait pas de suffisamment de capteur pour que ce soit significatif. En effet la plancha n’est pas uniforme dans sa restitution de chaleur. C’est un gros manque pour évaluer. Ceci étant depuis la plancha a été isolé le comportement thermique de celle-ci a donc changé, il va falloir messurer de nouveau…

5. Dépouillement des relevés

5.1. Utilisation normale

Contexte normal d’utilisation

  • Chargement : 3kg de bois chêne + 300g de petit bois
  • Température à T0 :
    • Des parois : 20.8°C / 20.5°C
    • De l’air : 20.8°C
    • Extérieur : 10.4°C

Fin de la flambée (fermeture air) : +55min (T11) il aurait fallu peut être l’éteindre en T10 voir T9 mais j’étais pas devant…

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur2.png Observations :

  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 1648W après 54min de chauffe
  • Le seuil des 50% du pic est atteint au bout de 6h55
    • Soit une inertie de 6h01
  • Le seuil des 25% du pic est atteint au bout de 15h16
  • Puissance moyenne (de t0 à t25%) : ~700

5.2. Utilisation normale 2

Contexte normal d’utilisation. il faisait même trop chaud, les portes étaient ouvertes tout du long (c’était pour filmer la cheminée et observer les fumés, je voulais le faire en plein jour).

  • Chargement : 3kg de bois chêne + ~250g de petit bois
  • Température de départ  :
    • Des parois : 21.5°C / 21.3°C
    • De l’air : 21.8°C
    • Extérieur : ~16°C

Ressentie de la flambée : Combustion rapide (peut être due au portes ouvertes)

Fin de la flambée (fermeture air) : +45min

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur-normal2.png

Observations :

  • Puissance maximum restitué (Pmax) : 1064W après 59min de chauffe
  • Le seuil des 50% du pic est atteints au bout de 9h33
    • Soit une inertie de 8h34
  • Le seuil des 25% du pic est atteints au bout de 17h39
  • Puissance moyenne (de t0 à t25%) : ~530 W

5.3. Température de la pièce faible

Avec température de la pièce faible pour mettre en évidence et caractériser que le PDM se décharge plus vite.

Dans le contexte d’une maison habitée, pas simple…​ On a laissé ouvert toute la journée, on est parti toute la nuit en laissant toutes les portes ouvertes. Mais la température intérieure, même portes ouvertes, n’est pas passée sous les 15°C (pourtant 9°C à l’extérieur)

  • Chargement : 3kg de bois chêne + ~300g de petit bois
  • Température de départ  :
    • Des parois : 20.2°C / 19.6°C
    • De l’air : 19.6°C (mais passe à 15°C)
    • Extérieur : ~17°C (mais passe à 9°C)

Ressentie de la flambée : Normal

Fin de la flambée (fermeture air) : +60min

Résultat de l’étude :

  • Les données : plusieurs sondes n’ont pas toujours fonctionné (T1 T2 T3 T4) sur une partie du temps. J’ai donc effectué un rapport avec un autre relevé pour avoir une tendance
  • Le résultat graphique :

Courbe-degagement-de-chaleur température faible.png

Observations :

  • La température de départ n’est pas significativement plus faible que les autres relevés
  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 1082W après 1h10 de chauffe
  • Le seuil des 50% du pic est atteint au bout de 7h29
    • Soit une inertie de 6h19
  • Le seuil des 25% du pic est atteints au bout de 14h34
  • Puissance moyenne (de t0 à t25%) : ~470 W

5.4. Avec un rechargement

Avec un rechargement : soit 3kg + 1,5kg

  • Chargement :
    • 3kg de bois chêne + ~300g de petit bois
    • +1.5kg de chêne à +1h
  • Température de départ  :
    • Des parois : 14,9°C / 14,7°C
    • De l’air : 14,9°C
    • Extérieur : 14,7°C

Ressentie de la flambée : Démarrage plutôt doux/faible

Fin de la flambée (fermeture air) : +1h35min

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur avec rechargement.png

Observations :

  • La température de départ est basse car cette flambée fait suite à la flambée "température de la pièce faible"
  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 1633W après 1h36 de chauffe
  • Le seuil des 50% du pic est atteint au bout de 8h22
    • Soit une inertie de 6h46
  • Le seuil des 25% du pic est atteint au bout de 15h35
  • Puissance moyenne (de t0 à t25%) : ~820 W

5.5. Sur 24h avec 3 chargements à 8h d’intervalles

Test sur 24h avec 3 chargements à 8h d’intervalles

  • Chargement :
    • 3kg de chêne + 300g de petit bois
    • 3kg de chêne + 200g de petit bois (à +8H)
    • 3kg de chêne + 150g de petit bois (à +16H du premier chargement)
  • Température de départ  :
    • Des parois : 19.2°C / 18.8°C
    • De l’air : 19.4°C
    • Extérieur : 11°C

Ressentie de la flambée : Bien pris, impeccable

  • 1ère flambée : J’avais préparé ma flambée la veille, donc le bois a été dans le foyer chaud pendant ~8h, ça a peut être aidé à éliminer l’humidité de surface et donc à ce que la flambée démarre plus vite.
  • 3ème flambée est partie d’un coup, c’était impressionnant, comme si l’arrivée d’air était fermée et qu’on la rouvrait un grand coup…

Fin de la flambée (fermeture air) :

  • 1ère flambée : +1h
  • 2ème flambée : +1h30) - j’ai un peu traîné à fermer (pas devant) et j’ai tenté de limiter l’arrivée d’air avec un test de trappe donc ça a été plus doucement à se consumer
  • 3ème flambée : +1h30 - idem

Bon, on a eu chaud dans la paillourte (24 pour l’air et les murs sont montés à 23) on a pas eu besoin de couette :-o

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur avec 3 rechargements.png

Observations :

  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 1631W

5.6. Sur 24h avec 2 chargements à 12h d’intervalles

Test sur 24h avec 2 chargements à 12h d’intervalles

  • Chargement :
    • 3,2kg de chêne + 300g de petit bois
    • 2.9kg de chêne + ~200g de petit bois à +12,5h
  • Température de départ  :
    • Des parois : 19.8°C / 19.7°C
    • De l’air : 20.1°C
    • Extérieur : 11.4°C

Fin de la flambée (fermeture air) :

  • +50 minutes
  • +55 minutes

Démarrage de la flambée 1 à froid de chez froid (Poêle pas allumé depuis ~48h)

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur avec 2 rechargements.png Observations :

  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 1447W

5.7. Plancha couverte isolée 1

Nuance du relevé : Plancha couverte isolée par le dessus :

  • Laine céramique tout le long de la mesure
  • 8cm de laine de verre durant 2h50 seulement (retirée à 21h32)

Plancha isolé 1.jpg

Données :

  • Chargement : 3kg de bois chêne + 200g de petit bois
  • Température de départ  :
    • Des parois : 20.2°C / 19.7°C
    • De l’air : 20.8°C
    • Extérieur : 10.4°C

Ressentie de la flambée : Grosse galère de démarrage, certainement pas suffisamment de petit bois…​ quand c’est parti, ça a bien marché et j’ai réussi à pas mal réguler pour que la flamme danse doucement.

Fin de la flambée (fermeture air) : +63 minutes de flambée

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur plancha isolé 1.png

Observations :

  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 992W après 1h31 de chauffe
  • Le seuil des 50% du pic est atteint au bout de 13h28
    • Soit une inertie de 11h57
  • Puissance moyenne (de t0 à t25%) : ~600 W

5.8. Plancha couverte isolée 2

Nuance du relevé : Plancha couverte isolée par le dessus :

  • 2 couches de laine céramique tout le long de la mesure
  • 8cm de laine de verre à partir de la fin de la flambée (à +70 minutes du début) pour éviter qu’elle ne passe au delà des températures quelle tolère.

Plancha isolé 2.jpg

Données :

  • Chargement : 3kg de bois chêne + 300g de petit bois
  • Température de départ  :
    • Des parois : 20.1°C / 19.8°C
    • De l’air : 20.2°C
    • Extérieur : 4°C

Ressentie de la flambée : Belle flambée, bien régulée au niveau de l’entrée d’air, c’est parti tout seul…​ parfait !

Fin de la flambée (fermeture air) : +70 minutes de flambée

Note : A 22h45 j’ai fait un relevé sous la laine de verre : c’était à 175°C, au dessus des 8cm de laine de verre c’était à 33°C

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur plancha isolé 2.png

Observations :

  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 1194W après 1h20 de chauffe
  • Le seuil des 50% du pic est atteint au bout de 10h39
    • Soit une inertie de 9h19
  • Le seuil des 25% du pic est atteints au bout de 18h14
  • Puissance moyenne (de t0 à t25%) : ~600 W

5.9. Plaque supérieure complètement isolée

Nuance du relevé : Plaque supérieure complètement isolée (les 68cm x 68cm),

  • 2 couches de laine céramique tout le long de la mesure
  • 8cm de laine de verre à partir de la fin de la flambée (+62 minutes du début)

Données :

  • Chargement : 3kg de bois chêne + 300g de petit bois
  • Température de départ  :
    • Des parois : 19,8°C / 19.6°C
    • De l’air : 19.8°C
    • Extérieur : 5.4°C

Ressentie de la flambée : Belle flambée, bien régulée au niveau de l’entrée d’air, c’est parti tout seul…​ parfait !

Fin de la flambée (fermeture air) : +62 minutes de flambée

Résultat de l’étude :

Courbe-degagement-de-chaleur2 Plancha complètement isolé.png

Observations :

  • Puissance maximum restituée (Pmax) : 1142W après 0h59 de chauffe
  • Le seuil des 50% du pic est atteint au bout de 11h05
    • Soit une inertie de 10h06
  • Le seuil des 25% du pic est atteint au bout de 22h31
  • Puissance moyenne (de t0 à t25%) : ~600 W

6. Analyse comparative des données

Puissance maximum

Puissance (Pmax) Temps pour atteindre Pmax
Utilisation normale 1 1648W 54min
Utilisation normale 2 1064W 59min
Température de la pièce faible 1082W 1h10
Avec un rechargement 1633W 1h36
Sur 24h avec 3 chargements 1631W
Sur 24h avec 2 chargements 1447W
Plancha couverte isolée 1 992W 1h31
Plancha couverte isolée 2 1194W 1h20
Plaque supérieure isolée 1142W 0h59

La puissance maximum oscille entre ~1000W et ~1600W

Le temps pour atteindre cette puissance maximum varie de 54min à 1h36

Seuil des 50% du pic de chaleur

Temps pour descendre à 50% Durée de l’inertie
Utilisation normale 1 6h55 6h01
Utilisation normale 2 9h33 8h34
Température de la pièce faible 7h29 6h19
Avec un rechargement 8h22 6h46
Sur 24h avec 3 chargements
Sur 24h avec 2 chargements
Plancha couverte isolée 1 13h28 11h57
Plancha couverte isolée 2 10h39 9h19
Plaque supérieure isolée 11h05 10h06

L’inertie oscille entre 6h01 et 11h57.

Sans surprise, la plancha couverte augmente l’inertie de 3.5 à 6h, soit un gain non négligeable.

Seuil des 25% du pic de chaleur

Temps pour descendre à 25% Puissance moyenne (de t0 à t25%)
Utilisation normale 1 15h16 ~700 W
Utilisation normale 2 17h39 ~530 W
Température de la pièce faible 14h34 ~470 W
Avec un rechargement 15h35 ~820 W
Sur 24h avec 3 chargements
Sur 24h avec 2 chargements
Plancha couverte isolée 1 ~600 W
Plancha couverte isolée 2 18h14 ~600 W
Plaque supérieure isolée 22h31 ~600 W

Le seuil des 25% oscille entre 14h34 et 22h31

La puissance moyenne jusqu’au seuil des 25% est d’environ 600W