Étiquette : eau chaude

A l’Atelier du Zéphyr on reçoit plein de mail, souvent des demandes de renseignements, de partenariat, des questions techniques de personnes qui veulent juste savoir un détail sur un four a pizza par ex et qui finisse par nous envoyer un mail avec 30 questions ou bien par venir participer a une formation 🙂

Et de façon beaucoup plus rare on a des mails ou les personnes souhaitent nous partager leurs expérimentations / retour d’expérience : c’est le cas de Laurent qui a rédigé le texte qui va suivre. Un grand merci a lui d’avoir pris le temps de partager son expérimentation , j’espère qu’elle pourra servir de base de travail a d’autre personne.

Ce genre de publication aurait plus de sens dans un forum dédié au rocket, c’est un travail en cours au Zéphyr mais qui n’as pour l’instant pas abouti . Nous vous tiendrons au courant quand ce projet verra le jour.

A noter qu’il s’agit d’un prototype et de retour d’expérience sur le court terme, et pas du tout d’une solution clé en main et qu’a l’Atelier du Zéphyr nous ne sommes pas sachant sur les systèmes de poêles bouilleurs. L’expérimentation avec du feu de bois et de l’eau sous pression comporte des risques importants, l’Atelier du Zéphyr ne recommande pas l’autoconstruction de ce genre de système aux personnes néophyte qui risque de ne pas prendre toute les précautions nécessaires. Si vous ne voulez pas prendre de risques utilisez des solutions techniques installé par des professionnel et sous assurance décennales.

Ce texte est a but informatif et ni l’Atelier du Zéphyr ni Laurent ne serait être tenu responsable des tentatives de répliquer cette expérimentation chez vous.

Le texte a été écrit par Laurent, j’en ai fait la relecture et ai rajouté mes remarques en bleu. Bonne lecture !

Je suis Laurent, autoentrepreneur ferronnier d’art dans les Landes.
A temps perdu, j’ai fabriqué un rocket stove bouilleur que j’ai fait évoluer pendant plusieurs saisons de chauffe.
Vous trouverez ci-dessous une description au cas ou vous ayez envie de vous en inspirer ou de participer à son développement qui n’est pas achevé.
Je reste à l’écoute des éventuelles questions, remarques, propositions de collaboration. C’est la première fois que je fais un retour d’expérience sur mes travaux.

Le contexte

La chaudière à gaz murale qui était en place lors de l’achat de la maison en 2017 est tombée en panne. Elle produisait l’ECS (eau chaude sanitaire) et alimentait aussi les 9 radiateurs de la maison. Dans un premier temps, j’ai supprimé cette chaudière et installé un petit cumulus électrique pour fournir l’ECS ainsi qu‘un poêle à bois dans le salon pour chauffer la maison l’hiver. La maison est de plain pied et mesure 150m². Avec une seule source de chaleur, quand la température extérieur baisse, les pièces éloignées du poêle sont froides. Pour remédier à cela, au moins ponctuellement, j’ai décidé de fabriquer un rocket stove bouilleur, de le raccorder à l’installation de chauffage centrale existante et ainsi chauffer chaque pièce par l’intermédiaire des radiateurs.

En 2021, j’ai participé à un atelier rocket stove de cuisine organisé par l’association « l’Atelier du zéphyr » à la ferme de la Maladière (42) pour affiner mon projet.

Les choix techniques

Pour des raisons de sécurité, j’ai préféré installer le rocket stove bouilleur à l’extérieur de la maison (juste en face du trou dans le mur qui servait à l’évacuation des fumées de l’ancienne chaudière à gaz). Cela m’a permis d’accéder facilement à la tuyauterie existante du chauffage central depuis l’extérieur.
Le rocket chauffe un récipient en inox plein d’eau. Un serpentin est placé dans le récipient d’eau chaude. Il prend les calories de cette eau et les communique au circuit des radiateurs par l’intermédiaire de 2 tuyaux souples.
La cuve agit comme un petit ballon tampon. C’est un choix technique qui évite l’ébullition directe dans les radiateurs.
En raison du manque de place, de moyens et de temps, j’ai décidé de me passer de ballon de stockage d’eau chaude et de tout asservissement.
Pour valider la faisabilité de ce projet j’ai fait le choix de construire un premier petit rocket stove bouilleur avec les matériaux que j’avais à ma disposition. Dans un second temps, j’en ai fabriqué un deuxième sur les bases du prototype, plus grand dont la puissance convenait mieux à mon utilisation.

Le rocket stove bouilleur « N°1 » ou « le prototype » en tube carré de 120mm

Les photos correspondent à la version définitive du prototype qui n’a cessé d’évoluer.
Le corps du rocket stove prototype est fait avec du tube carré de 120mm, pour le reste j’ai utilisé des bidons et des bouteilles de gaz.
La cuve inox a une contenance de 70 litres.
La partie basse du tube vertical est isolée avec de la cendre de bois visible sur les photos.
Dans la mesure du possible, j’ai conservé le même section (ou légèrement croissante) pour le passage de l’air depuis l’entrée primaire jusqu’au tuyau d’évacuation des fumées.
Il y a deux entées d’air, la primaire ou est logé le cendrier et la secondaire, placée sur le côté droit du tube (quand on se trouve devant l’entrée d’air primaire) horizontal carré.
Le cendrier qui occupe toute la longueur du tube horizontal et aussi toute sa hauteur permet :

• de protéger le tube horizontal, au moins partiellement, de la corrosion due aux cycles hautes températures, refroidissement.
• de faciliter l’entretien. Il récolte toutes les cendres issues de la combustion (et les liens de fil de fer des fagots, lire la suite pour comprendre…).

Dès les premiers essais, j’ai vu que la puissance et l’autonomie en combustible étaient faibles. J’ai apporté deux modifications au prototype pour tenter d’y pallier :

• Allongement du tube de chargement ce qui augmente de façon proportionnelle l’autonomie (les deux tubes de chargement mesurent 65 et 100 cm)
  D’après mon expérience, il n’y a pas de limite à la longueur du tube de chargement, il pourrait mesurer 3 mètre par exemple et contenir, une dizaine de fagots de 30cm empilés les uns sur les autres. (je conseil néanmoins d’éviter les amenées de bois trop grande , le risque , notamment en cas de bouchon peu étanche ou de percement d’usure des tubes étant la trop forte montée en température de l’amené de bois suivi d’une combustion du bois en attente) Il y a seulement deux précautions à prendre :
  • placer un bouchon étanche en bout de tube pour éviter que le tube de chargement ne se transforme en cheminée et la cheminée en entrée d’air. Le bouchon est retiré seulement le temps du chargement des fagots (A noter que pour qu’un bouchon soit relativement étanche il faut utiliser un joint en laine céramique car un contact métal contre métal suffit rarement )
  • faire des fagots de bois liés avec des fils de fer .Pour assurer la combustion, les fagots de bois doivent descendre par gravité. Hors ils sont soumis dans le haut du tube de chargement à la chaleur et a une très forte humidité (présence de vapeur d’eau). Les liens en métal contiennent le gonflement naturel des fagots évitant leur coincement dans le tube. Les fagots ne brûlent pas dans le tube de chargement car il n’y a pas d’oxygène, par contre quand ils descendent au niveau du foyer, là ils sont en présence d’oxygène (apporté par l’arrivée d’air primaire) et se consument.
• ajout d’un deuxième tube d’alimentation pour augmenter la puissance de chauffe. A priori la puissance est doublée (à vérifier par des mesures) avec ce deuxième tube. Pour cela des fagots doivent être présents dans les deux tubes simultanément, bien entendu. À priori, un troisième tube d’alimentation serait envisageable, je ne l’ai pas expérimenté. Je présent tout de même que l’ajout d’un troisième tubes de chargement pourrait avoir des conséquences indésirables :
  • forte concentration de chaleur dans le foyer donc usure prématurée
  • le rendement pourrait chuter dans un foyer étalé sur 60cm de longueur (3 tubes parallèles de 18 cm avec un petit espace entre chaque tube). Les gaz produits par la combustion du bois placé dans le tube le plus près de l’entrée primaire pourrait être brûlés dans la partie du foyer la plus éloignée de l’entrée d’air primaire. Ce n’est pas ce qui est recherché, dans le fonctionnement du rocket stove, on cherche, au contraire, à dissocier le combustion du bois (dans le foyer) de celle des gaz (dans le tube vertical) (pas totalement exact car cela dépend des géométries / conceptions). De plus, pour favoriser la combustion des gaz, dans le tube vertical, on apporte de l’air par l’intermédiaire de l’arrivée d’air secondaire (qui plus est, en créant le maximum de turbulences pour bien le mélanger aux gaz afin d’assurer les conditions d’une bonne combustion). Ces conditions sont garantes du rendement élevé d’un rocket, elles ne seraient peut être pas réunies si une partie des gaz était brûlée dans le foyer en même temps que le bois et sans apport d’air secondaire.

On peut aussi imaginer, pour un développement à venir, que le deuxième ou le troisième tube puissent être utilisés non pour doubler la puissance mais pour doubler ou tripler l’autonomie si l’on parvient à autoriser la descente des fagots dans le deuxième et le troisième tube seulement quand le précédent est vide.

Rocket stove définitif en tube carré de 180mm

Je l’ai fabriqué à l’identique du prototype, la section du tube carré est passée de 120 à 180mm afin d’augmenter la puissance.
La cuve inox contenant l’eau a une capacité de 60 litres.
Comme cela est visible sur les photos, on retrouve le même matériel que sur une chaudière classique (il a d’ailleurs été récupéré, en grande partie, sur mon ancienne chaudière à gaz). Vous apercevez, une pompe de circulation, un vase d’expansion, un manomètre, une arrivée d’eau pour compenser les pertes d’eau dans le circuit, une purge d’air, un serpentin en inox…
Comme la maison est de plain pied, il n’est pas envisageable d’utiliser seulement le phénomène de thermosiphon pour assurer la circulation de l’eau dans les radiateurs. Une pompe de circulation est indispensable.
Cependant, on peut remplacer la pompe de circulation en 230V par un modèle équivalent en 12V. Cela permettrait, grâce à des batteries, l’utilisation du rocket même en cas de coupure d’électricité.

J’ai utilisé une dizaine de fois, le rocket stove bouilleur en tube de 180. Les radiateurs ont chauffé correctement et la température dans la maison était uniforme.

Il me semble important de déduire que le retour d’expérience est donc partiel car utilisé pour chauffer des espaces de la maison non utilisés au quotidien , il est fort probable qu’un usage quotidien apporte des éléments nouveaux

Le rocket s’est emballé une fois, alors que les deux tubes de chargement étaient remplis, le tube horizontal dans la zone du foyer est devenu rouge. J’ai immédiatement fermé l’arrivée d’air primaire pendant quelques minutes, le temps que la température redescende, puis j’ai ouvert à nouveau la trappe d’air primaire, la combustion a repris son régime de croisière.

Ce que nous apprends cette partie c’est que l’usage de ce type de rocket nécessite une attention et un contrôle de la part de l’utilisateur.ice. Des sécurités sont pour moi obligatoire (groupe sécurité pour surpression, jauge température avec alarme, soupape …)

Pendant cet emballement, la température de l’eau n’a pas atteint l’ébullition. Des sécurités pourraient être tout de même imaginées pour protéger le rocket et la tuyauterie du chauffage central :

• une sécurité sur la trappe d’entrée d’air primaire : un électroaimant maintiendrait le volet dans la position ouverte grâce à l’alimentation électrique d’une bobine aimantant la trappe en position haute. En cas de surchauffe, un bilame ou « Clixon » couperait l’alimentation de la bobine et la trappe tomberait par gravité. on peut aussi se passer d’électricité pour commander la fermeture de cette trappe en utilisant la dilatation d’un tige métallique. Si elle dépasse une certaine longueur en raison d’une montée en température, elle provoquerait le décrochement du système mécanique de maintien de la trappe qui tomberait par gravité.
• une sécurité sur la pompe de circulation : pour éviter tout risque d’endommager le circuit de chauffage central (qui est en PER dans mon cas), il est possible aussi de placer, en série sur l’alimentation de la pompe, un « clixon » qui couperait l’alimentation de la pompe si la température de l’eau du réservoir d’eau dépassait 80°C par exemple.

Une autre solution offrant un niveau de protection supérieur peut être envisagée pour protéger des surchauffes. Elle consisterait à placer une alimentation en eau froide commandée par électrovanne pour refroidir l’eau de la cuve si elle dépassait la température de 80°C. Un « Cixon » normalement ouvert alimenterait l’électrovanne. En cas de dépassement de température, le « Cixon » deviendrait « passant » et commanderait l’ouverture de l’électrovanne. L’eau froide viendrait immédiatement se mélanger à l’eau chaude de la cuve pour la refroidir. Une temporisation fermerait l’électrovanne au bout de 5 minutes. Cette deuxième solution demande l’installation d’un trop plein sur la cuve inox.

Une précision importante concernant la sécurité des personnes : la cuve en inox pleine d’eau n’étant pas fermée de façon étanche, il n’y a pas de risque de montée en pression ni d’explosion en cas d’ébullition.

Par contre les serpentins inox sont en circuit fermé même si en théorie l’eau ne peux pas monter a plus de 100°C il est impératif de prévoir un groupe de sécurité contre la surpression.

Les sécurités envisagées ont pour mission de protéger les tuyaux de l’installation de chauffage pas de protéger les personnes et les biens des risques d’explosion à proximité du rocket.

Utilisation

• L’utilisation du rocket est simple, elle ne demande aucun entretien particulier. Voici les étapes à suivre pour lancer une flambée :
• fabrication des fagots avec des liens en fil de fer
• enlèvement des cendres de la combustion précédente et des fils de fer en retirant le cendrier. Il est à noter qu’on ne peut pas retirer le cendrier si l’un des tubes, au moins, n’est pas vide.
• Chargement du tube d’alimentation principal qui mesure 125 cm (le plus proche du tube vertical) avec des bois de grosse section (4 ou 5 cm de diamètre) mais pas de gros rondins. L’expérience m’a enseignée que si je place dans le tube de chargement des rondins entiers de bois de diamètre environ 15cm le feu s’éteint (même si j’ai pris la précaution de placer ces rondins au dessus de 2 ou 3 fagots de petit bois censés créer un lit de braise dans le foyer).
• chargement du tube d’alimentation secondaire (le plus proche de l’entrée d’air primaire) avec du petit bois pour faciliter seulement l’allumage ou avec des fagots de bois de grosse section en vu de doubler la puissance de chauffe.
• mise en route de la pompe pour faire circuler l’eau
• allumage du foyer par la trappe d’entrée d’aire primaire. Il est souvent utile d’enlever le bouchon placé sur le « T » d ‘évacuation des fumée et d’enflammer une feuille de papier journal avant de replacer le bouchon de façon à amorcer le tirage.

Il est évident qu’il serait judicieux de placer ce rocket à l’intérieur de la maison (ce qui n’est pas possible chez moi) de façon à profiter de la totalité de la chaleur produite par la combustion et pas seulement d’une partie de celle transmise à l’eau.

Quelque chiffres

L’IA nous donne les chiffres suivant au niveau des rendements :
– rendement de combustion d’un rocket stove : 90 %. Par précaution, je prends en compte 80 % dans mes calculs
– pour un rocket stove bouilleur sans isolation extérieur du bidon et un montage « cuve dans cuve », le pourcentage d’énergie communiqué à l’eau de la cuve par rapport à l’énergie théorique totale contenu dans le bois se situe ente 35 et 45 %. Le serpentin en inox qui est plongé dans la cuve capte une partie seulement (qu’il serait intéressant de quantifier par des tests) de ces calories présentes dans l’eau. Par précaution, je prends en compte  35 % dans les calculs ci-dessous.

A noter que ce calcul ne prends pas en compte les perte thermique entre la cuve et l’extérieur quand le rocket est éteint et les pertes thermique des tubes entre la cuve et la partie chauffé (passage extérieur et traversée de mur) je serais donc moins optimiste de mon coté sur le rendement utile transmis a l’intérieur de la maison

Les chiffres présentés pour les 2 rockets ont été observés avec un chargement d’un seul tube d’alimentation.
Le deuxième tube a seulement été chargé d’un ou 2 fagot de « petit bois » pour faciliter l’allumage. Ces fagots ont été comptabilisés dans la consommation de bois.

– Le prototype consomme environ 1 kg de bois par heure
Je place dans le tube de chargement 3 fagots qui pèsent au total 3,5kg, le feu tient 3H30 environ
La puissance théorique avec un rendement de 80 % est d’environ 4000 x 0,8 = 3200W
La puissance transmise à l’eau si elle représente environ 35 % de la puissance théorique contenu dans le bois est de 4000 x 0,35 = 1400W

– Le gros rocket stove bouilleur sur une période ou je l’ai surveillé a consommé 44,32 kg de bois en 10H45
Sa puissance avec un rendement de 80 % est de 4000 x 44,32 / 10,75 x 0,8 = 13192W
La puissance transmise à l’eau si elle représente 35 % de la puissance théorique contenu dans le bois est de 4000 x 44,32 /10,75 x 0,35 = 5772W

Améliorations

L’utilisation quotidienne du rocket stove bouilleur permettrait certainement d’appréhender beaucoup plus finement que je ne l’ai fait :

• les réglages des entrées d’air (qui pour permettre un rendement optimum devrait être dimensionné avec des test d’analyseur de combustion)
• l’influence de la qualité du bois utilisé (pour ma part, uniquement du cyprès qui n’est pas une référence…)
• la fabrication des fagots (sections maximales, comparaison de différentes essences…)

Je n’ai pas essayé de remplacer les fagots de bois par des plaquettes forestières ou des granulés de bois. C’est peut-être possible moyennant quelques modifications.

Je lance quelques idées d’améliorations :

• L’évacuation de la vapeur d’eau contenue dans le haut des tubes de chargement est peut être possible. L’effet ne pourrait être que bénéfique puisque la capacité calorifique du bois diminue quand son pourcentage en eau augmente. Bien entendu, au fur et à mesure que le bois se rapproche du foyer, la température augmente et chasse dans la partie haute du tube l’eau qu’il contient. Il serait certainement profitable d’éviter cette phase de reprise d’humidité. Si cela est techniquement possible, il serait envisageable de remplacer les liens en fil de fer des fagots par des liens végétaux qui seraient consumés entièrement en même temps que le bois. S’il n’y a plus de gonflement du à la présence simultanée de forte chaleur et d’eau, mais seulement une chaleur dépourvue d’humidité, plus besoins de liens résistants mécaniquement, une ficelle végétale suffirait peut être.
• ll serait intéressant d’observer quelle partie du rocket va se percer en premier afin de prévoir, soit une protection, soit un remplacement aisé de la partie la plus exposée, soit l’utilisation dans les parties concernées de matériaux réfractaires ou seulement plus épais.
• Les bidons pourraient être isolés par l’extérieur. Cela ne peut qu’améliorer le rendement. Un deuxième avantage de cette isolation serait d’éviter les condensations à l’intérieur du bidon (bistre) qui accélère l’oxydation.
• Pour augmenter l’autonomie, il serait intéressant d’étudier la possibilité évoquée plus haut, d’autoriser la descente du bois dans le foyer seulement quand le tube précédent est vide. Pour chauffer en continu, sans intervention humaine, pendant 8 heures, il suffirait de remplir de fagots 2 tubes suffisamment longs pour assurer 4 heures de combustion chacun. Deux chargement quotidien suffiraient à assurer le chauffage sur une journée. Le troisième chargement serait celui du matin avec l’évacuation des cendres.

Conclusion

Ce retour d’expérience laisse entrevoir la possibilité qu’un Rocket Stove bouilleur « auto-construit » puisse remplacer une chaudière fossile, même sur une installation de chauffage central classique. Le passage d’un foyer de 120mm à 180mm a permis de franchir le cap de la puissance nécessaire pour une maison de 150m².

Les défis restants concernent principalement l’automatisation de la sécurité (gestion de la surchauffe) et l’optimisation de l’autonomie.

Pour la suite, l’isolation de la jupe et l’expérimentation d’un troisième tube d’alimentation séquentiel sont les pistes les plus sérieuses pour transformer ce prototype en une solution de chauffage bois confortable.

Vous pouvez contacter Laurent à l’adresse suivante :