Poele de Masse.Petit Habitat:CR:Décembre2019
Compte-Rendu de la session de R&D de Décembre 2019 concernant la mise au point d’un Poêle de Masse pour du petit habitat de type Tiny House.
Amélioration du prototype existant, instrumentation, mesures, analyses et documentation.
1. Résumé
| Dates | Participants | Objectifs |
|---|---|---|
| Début : 3 décembre 2019
Fin : 6 décembre 2019 |
|
|
1.1. Plan d’actions de la session
- Concernant le prototype (PDM avec foyer de 3kg)
- Pour avoir une courbe de dégagement de chaleur plus fiable :
- Jointer l’habillage par l’extérieur pour limiter les fuites et avoir une courbe de dégagement de chaleur plus fiable (réalisée mais insuffisant)
- Ajouter un régulateur de tirage au conduit, car pas d’accumulateur sur le prototype. (réalisée)
- Réaliser une vrai porte de foyer, modulaire pour améliorer l’étanchéité (non réalisée)
- Pour avoir une courbe de dégagement de chaleur plus fiable :
- Concernant l’instrumentation, voir la session 4 du projet PDM-Labo de la Thématique Poêle de Masse
- Concernant les courbes de dégagement de chaleur
- Préparer feuille ou tableau pour faciliter l’acquisition des points à intervalles réguliers (tous les 10 ou 15 min)
- Concernant le dimensionnement et l’analyse des résultats
- Concevoir une feuille de calcul permettant de superposer les courbes de dégagement de chaleur de plusieurs surfaces chaudes pour mieux analyser et anticiper les modifications de parois à effectuer.
- Annexe : Vidéo
- Tourner une vidéo pied de nez aux high-tech, objets connectés et rocket stove : voir le lien Youtube
2. Sujets Traités
2.1. Déployer le banc de test pour mesurer températures et différences de pression
Nous avons instrumenté le poêle du banc d’essai à différents niveaux.
- Sondes de température dans le foyer, le brûleur et en pied de conduit
Sonde de température type N, au niveau du brûleur, vue de face
Sonde de température type N, au niveau du brûleur, vue de côté
Sonde de température, au pied du conduit de cheminée
Installation d’un régulateur de tirage manuel
Sonde de température à l’arrière du foyer, à l’entrée du brûleur
2.2. Tracé précis des courbes de dégagement de chaleur (Puissance en fonction du Temps)
2.2.1. Méthodologie
Afin d’effectuer un tracé précis de la courbe de dégagement de chaleur, nous avons décidé de faire l’acquisition par deux méthodes :
- si une personne est seule : enregistreur audio dans une main, thermomètre infra-rouge dans l’autre. L’opérateur lit les valeurs à haute voix ainsi que l’heure de la série de mesure. (plus lent et nécessite retraitement audio)
- si deux personnes sont disponibles : le premier lit les valeurs du thermomètre infra-rouge, le second note directement dans un tableur (plus rapide)
Concrètement :
- une première série de mesure est prise à l’allumage du poêle,
- et ensuite à intervalle régulier, autant que possible : nous avons choisi des intervalles de 10 / 15 min
Chaque série de mesure consiste à relever 18 points de mesures à la surface du poêle.
De cette façon, nous sommes capables d’estimer les températures de surfaces des parois émettrices et d’en déduire la puissance de chauffe instantanée du poêle.
Nous avons réduit le nombre de points en supposant que nous pouvions extrapoler les températures de l’ensemble des surfaces par symmétrie à partir du jeu de points ci-dessus.
Chaque point a été marqué sur l’habillage du poêle pour s’assurer que la prise de mesure entre deux séries est la même.
2.2.2. Flambées
2.2.2.1. Mercredi 4 Décembre
Une première flambée ainsi que des relevés de température ont été réalisés le mercredi.
A ce stade, le poêle n’était pas étanche : seuls les très gros interstices ont été bouchés.
Après analyse, le poêle manquait significativement d’étanchéité et les températures des parois ne sont pas montées suffisamment haut. Nous avons donc décidé de ne pas exploiter et analyser ces données qui n’auraient pas été significatives.
Une flambée avec un banc de test plus équipé a pu être réalisée le vendredi, et un poêle mieux jointé.+
2.2.2.2. Vendredi 6 Décembre
Instrumentation
Relevés Automatiques
Cette flambée à été équipée de :
- 3 thermocouples type N (bas de foyer, haut de foyer, brûleur)
- 1 thermocouple type K (température des fumées en sortie de poêle)
- 1 capteur de pression : différence de pression entre l’extérieur et le pied du conduit
- 1 capteur d’oxygène (aussi appelé sonde lambda) : mesure du pourcentage d’oxygène résiduel dans les fumées
Relevés Manuels
A ce stade, notre laboratoire ne dispose pas encore de thermocouples pour mesurer les températures des surfaces extérieures du poêle.
C’est à partir de celles-ci qu’est calculée la courbe de dégagement de chaleur.
Nous avons donc effectué ces relevés en utilisant le thermomètre infra-rouge.
Relevés
Des relevés ont été effectués régulièrement pendant près de 6h30min, avec une fréquence plus ou moins importante.
A ce jour, seul le relevé des températures de surface a été exploité.
En voici les données.
| t_min | t_s | t1 | t2 | t3 | t4 | t5 | t6 | t7 | t8 | t9 | t10 | t11 | t12 | t13 | t14 | t15 | t16 | t17 | t18 | |
| 0 | 5.0 | 300.0 | 9.7 | 35.0 | 13.3 | 7.8 | 7.5 | 7.7 | 7.3 | 7.5 | 7.4 | 7.4 | 7.5 | 7.0 | 8.0 | 9.0 | 6.3 | 6.6 | 6.5 | 6.7 |
| 1 | 17.0 | 1020.0 | 38.4 | 105.1 | 36.4 | 16.7 | 10.2 | 9.8 | 6.4 | 6.1 | 6.2 | 6.7 | 6.1 | 5.9 | 15.3 | 25.1 | 5.4 | 5.9 | 5.3 | 5.5 |
| 2 | 25.0 | 1500.0 | 67.7 | 164.0 | 62.8 | 28.0 | 14.6 | 12.5 | 5.8 | 5.9 | 5.5 | 5.2 | 5.3 | 5.3 | 20.3 | 42.9 | 4.7 | 6.7 | 4.7 | 4.5 |
| 3 | 35.0 | 2100.0 | 118.9 | 149.2 | 105.1 | 54.2 | 21.4 | 18.7 | 4.9 | 5.7 | 4.2 | 3.6 | 4.0 | 3.4 | 37.4 | 77.3 | 3.3 | 10.8 | 2.9 | 3.4 |
| 4 | 45.0 | 2700.0 | 167.3 | 245.4 | 196.1 | 96.4 | 40.5 | 31.6 | 9.7 | 13.4 | 8.4 | 5.7 | 9.8 | 6.0 | 59.1 | 105.2 | 6.1 | 22.6 | 5.0 | 7.4 |
| 5 | 58.0 | 3480.0 | 200.0 | 243.8 | 203.6 | 105.7 | 63.3 | 49.0 | 18.1 | 29.0 | 18.1 | 10.4 | 20.2 | 11.9 | 70.1 | 134.7 | 12.8 | 45.9 | 9.4 | 15.8 |
| 6 | 65.0 | 3900.0 | 206.3 | 227.9 | 231.3 | 105.1 | 75.3 | 57.0 | 23.2 | 40.0 | 25.8 | 13.0 | 27.3 | 17.0 | 79.0 | 141.9 | 16.7 | 57.7 | 10.5 | 21.1 |
| 7 | 75.0 | 4500.0 | 198.7 | 216.6 | 211.3 | 110.9 | 86.5 | 63.6 | 32.5 | 55.0 | 37.1 | 18.8 | 36.4 | 21.9 | 84.6 | 138.1 | 23.8 | 72.3 | 16.2 | 28.5 |
| 8 | 85.0 | 5100.0 | 188.1 | 193.9 | 151.8 | 112.3 | 94.4 | 67.4 | 40.9 | 66.5 | 46.9 | 21.7 | 48.4 | 28.2 | 92.5 | 132.2 | 34.6 | 88.5 | 22.4 | 43.9 |
| 9 | 95.0 | 5700.0 | 179.0 | 164.9 | 139.2 | 103.9 | 87.2 | 72.6 | 44.7 | 71.4 | 52.6 | 24.0 | 46.7 | 33.4 | 101.0 | 103.5 | 50.0 | 86.2 | 23.0 | 15.5 |
| 10 | 106.0 | 6360.0 | 161.7 | 142.9 | 94.5 | 98.3 | 101.0 | 70.8 | 53.0 | 79.1 | 59.0 | 28.4 | 57.6 | 38.6 | 92.9 | 109.5 | 52.4 | 88.9 | 30.5 | 40.0 |
| 11 | 127.0 | 7620.0 | 137.4 | 102.4 | 62.3 | 93.3 | 97.7 | 67.1 | 52.8 | 81.8 | 64.2 | 29.8 | 55.8 | 44.0 | 84.0 | 96.8 | 73.1 | 89.1 | 35.1 | 41.5 |
| 12 | 140.0 | 8400.0 | 123.2 | 87.5 | 55.4 | 90.1 | 97.9 | 69.2 | 58.0 | 83.0 | 69.0 | 36.0 | 58.0 | 44.0 | 77.0 | 94.0 | 67.0 | 87.0 | 42.0 | 47.0 |
| 13 | 155.0 | 9300.0 | 106.0 | 71.0 | 45.0 | 65.0 | 92.0 | 67.0 | 55.0 | 78.0 | 67.0 | 37.0 | 55.0 | 42.0 | 77.0 | 85.0 | 65.0 | 84.0 | 40.0 | 45.0 |
| 14 | 181.0 | 10860.0 | 84.2 | 55.0 | 36.0 | 76.0 | 84.0 | 64.0 | 52.0 | 69.0 | 63.0 | 35.0 | 49.0 | 39.0 | 71.0 | 72.0 | 61.0 | 71.0 | 39.0 | 39.0 |
| 15 | 215.0 | 12900.0 | 64.0 | 44.0 | 28.0 | 64.0 | 73.0 | 57.0 | 47.0 | 58.0 | 56.0 | 29.0 | 39.0 | 34.0 | 62.0 | 59.0 | 55.0 | 56.0 | 34.0 | 33.0 |
| 16 | 240.0 | 14400.0 | 55.0 | 39.0 | 27.0 | 58.0 | 66.0 | 53.0 | 41.0 | 51.0 | 50.0 | 26.0 | 34.0 | 32.0 | 54.0 | 54.0 | 50.0 | 50.0 | 31.0 | 30.0 |
| 17 | 285.0 | 17100.0 | 43.0 | 30.0 | 22.0 | 47.0 | 54.0 | 45.0 | 34.0 | 40.0 | 41.0 | 22.0 | 28.0 | 26.5 | 47.0 | 44.0 | 41.0 | 39.0 | 27.0 | 26.0 |
| 18 | 388.0 | 23280.0 | 26.0 | 21.0 | 15.0 | 30.0 | 35.0 | 31.0 | 21.0 | 26.0 | 26.0 | 16.0 | 19.0 | 18.0 | 31.0 | 29.0 | 26.0 | 25.0 | 19.0 | 18.0 |
Et pour le télécharger : temperature-de-surface-ven-6-dec-2019.csv
Courbe de dégagement de chaleur
A partir de ces données, une analyse plus détaillée a pu être réalisée en janvier 2020.
En voici le résultat principal : la courbe de dégagement de chaleur.
Analyse
Plusieurs observations :
- Sur notre objectif de 800W de puissance restituée sur 12h, nous mesurons en l’état actuel 620W de moyenne sur 6h28min. Mais cela ne compte pas la surface supérieur de poêle (la plancha), ni les conduits métalliques. La valeur de 621W est donc sous-estimée, même si la durée de 6h28 ne sera elle pas augmentée en prenant en compte ces autres surfaces, qui ne présentent pas plus d’inertie que les autres.
- L’énergie restituée par les surfaces mesurées est estimée à 3.35 kWh, alors que nous avons mis 3kg de bois soit 12kWh. Soit moins de 30% de rendement. A nouveau, ce rendement faible ne prend pas en compte les autres surfaces non mesurées. Aussi, l’étanchéité du poêle étant loin d’être parfaite, il a refroidi par l’intérieur plus rapidement et une bonne partie de la chaleur a donc été évacuée par le conduit, et non pas par les surfaces extérieures du poêle. Une meilleure étanchéité permettra probablement d’avoir une inertie plus grande, au delà des 5h14min après allumage, ou 4h après le pic de dégagement.
- Après 5h14min, le poêle émet moins de 25% de chaleur de son maximum, soit moins de 200W. Cette durée est trop faible par rapport à notre ambition de 12h, mais nous l’avions anticipé. L’objectif était de tester une première configuration pour savoir exactement ce que nous allions mesurer et ensuite pouvoir adapter en itérant par des phases d’essais, conception, mise en oeuvre, analyses, corrections.
Prochaines actions
- Un poêle plus étanche :
- réalisation d’une porte de foyer modulaire
- meilleur jointage de la maçonnerie du poêle existant, ou démontage puis remontage avec un mortier cette fois-ci.
- Mesurer l’ensemble des surfaces
- surfaces métalliques (conduits)
- surface supérieure
- estimer aussi la surface inférieur (via la sole du foyer)
- Superposer et traiter les données issues des autres capteurs (thermocouples, sondes de pression, capteur d’oxygène)
2.3. Travailler et faire évoluer la méthodologie et documentation
Plusieurs actions ont été définies pour cet objectif lors des sessions :
- Utiliser un enregistreur audio pour permettre la prise de note rapide, à traiter lors de la rédaction des compte-rendus
- Prendre des photos et vidéos (flambées, montage, atelier, instrumentation, réunion)
- Écrire le déroulé des actions individuelles et collectives dans des cahiers de laboratoires ou d’expérimentation.
- Noter les heures passées, et les actions réalisées en quelques mots pour permettre un suivi précis des projets.
2.4. Pouvoir analyser et adapter les parois en fonction des courbes de dégagement de chaleur obtenues
Ce point n’a pas pu être traité lors de cette session.
Voir la session 4 de janvier 2020
2.5. Réalisation d’une vidéo
3. Suivi
3.1. Temps Passé
| Date | Heures | Participants | Actions |
|---|---|---|---|
| 3 décembre 2019 | 30 min | Guillaume Augais, François Courtois, Rafael Dos Santos | Réunion début de session : objectifs et répartition des actions |
| 3 décembre 2019 | 6h | François Courtois, Rafael Dos Santos | Ajout régulateur de tirage, perçage du conduit, rainurage des briques pour passage thermocouples |
| 4 décembre 2019 | 3h | François Courtois | Jointage de l’habillage, préparation d’une charge de bois, instrumentation du poêle avec sondes de température |
| 4 décembre 2019 | 4h | Rafael Dos Santos | Adaptation du banc d’acquisition existant pour 4 thermocouples |
| 4 décembre 2019 | 4h | François Courtois, Rafael Dos Santos | Réalisation d’une première flambée, récolte des données |
| 5 décembre 2019 | 3h | François Courtois, Rafael Dos Santos | Instrumentation du prototype : mise en place des capteurs de pression et sonde d’oxygène. Préparation de la nouvelle flambée. |
| 5 décembre 2019 | 3h | François Courtois | Extraction, analyse des données et tracée d’une première courbe de restitution |
| 5 décembre 2019 | 3h | Guillaume Augais | Réalisation d’une vidéo |
| 6 décembre 2019 | 3h | François Courtois, Guillaume Augais | Mise en place du banc de test au laboratoire. Flambée. Relevés de température. |
| 6 décembre 2019 | 3h | Guillaume Augais | Flambée. Suite de la vidéo. Relevés de température. |
| 7 décembre 2019 | 8h | Guillaume Augais | Montage de la vidéo, téléversement, premiers retours, modifications. |