L'un des avantages du chauffage au bois est qu'un seul poêle suffit pour tous les besoins. En plus de nous tenir chaud, les poêles à bois peuvent cuisiner, sécher le linge et réchauffer les orteils. Mais ne serait-il pas formidable que cette boîte noire puisse aussi prendre une douche chaude ?
En réalité, les chauffe-eau à bois domestiques ne sont pas une nouveauté… il y a plus d’un siècle, de nombreux poêles étaient équipés de réservoirs. Cependant, l’avènement des brûleurs à bois « fermés » et des systèmes d’eau sous pression a relégué au second plan la plupart des anciennes techniques de chauffage par lots, et de nouvelles méthodes basées sur des cycles fermés ont été développées.
La plupart des chauffe-eau utilisent des échangeurs de chaleur installés dans le foyer ou la cheminée. Le meilleur exemple commercial de cette approche est très performant. Si la chaudière fonctionne la majeure partie de la journée, elle peut fournir de l'eau chaude à toute la maison. Cependant, par mesure de sécurité, ces dispositifs sont souvent fabriqués en acier inoxydable (un matériau coûteux) et doivent être testés sous pression afin de garantir leur résistance aux très hautes températures susceptibles d'être rencontrées dans le système de chauffage. De ce fait, un bon échangeur de chaleur interne représente un investissement conséquent. Les échangeurs internes fabriqués artisanalement, quant à eux, sont connus pour les risques d'explosions de vapeur brûlante.
De plus, extraire la chaleur d'un foyer ou d'une cheminée de poêle à bois peut avoir un effet secondaire fâcheux : extraire directement de l'énergie calorifique du feu (à l'aide d'un échangeur de chaleur dans le foyer) réduit l'efficacité de la combustion… Si les produits d'une combustion incomplète sont refroidis en dessous de leur température de condensation (que ce soit par la chambre de combustion ou par un échangeur de chaleur de cheminée), une importante accumulation de créosote peut se produire. Il ne faut pas se méprendre : la combinaison d'un feu de cheminée et d'un échangeur de chaleur rempli d'eau peut s'avérer catastrophique.
Sachant qu'il n'existe pas de repas de midi gratuit, nous avons opté pour une approche prudente lors de la conception de notre système de chauffage d'eau pour poêle à bois. Au lieu d'intégrer un échangeur à l'intérieur du poêle ou de la cheminée, nous l'avons fixé à l'extérieur du foyer. Cette stratégie nous a permis d'éviter toute modification majeure du poêle, qui conserve ainsi son accréditation Underwriters Laboratories. Plus important encore, plusieurs critères de sécurité déjà mentionnés sont respectés : la température extérieure au poêle ne provoque pas l'ébullition de l'eau (tant que le liquide circule), et la chaleur utilisée pour chauffer l'eau est de toute façon rayonnée par le poêle, évitant ainsi toute perte de chaleur excessive du foyer.
Notre système de chauffage d'eau se compose d'environ 15 mètres de tube de cuivre de 6 mm de diamètre, enroulé dans une plaque de plâtre remplie de plâtre de Paris. Ce matériau à base de gypse contribue à une répartition uniforme de la chaleur sur les serpentins et permet à l'échangeur d'être en contact direct avec le corps de la chaudière sans risque de surchauffe. (Nous remercions Ed Walkinstik pour cette suggestion.) L'ensemble se fixe par boulonnage sur un côté du chauffe-eau et se branche sur un chauffe-eau recyclé de 160 litres (nous avons utilisé un chauffe-eau dont la résistance était hors service, mais protégé par un caisson insonorisé). Fonctionnant comme un préchauffeur solaire.
Une pompe de 38 litres par minute, montée sur la vidange du chauffe-eau, fait circuler l'eau à travers le serpentin et la renvoie au raccord en T situé juste en dessous de la soupape de sécurité en haut du réservoir (cette soupape est réservée aux mesures de sécurité). L'eau froide entre dans le réservoir par l'entrée normale, et l'eau chauffée au bois entre dans le chauffe-eau électrique classique par la sortie de chaleur standard. Tout le câblage est bien isolé avec de la mousse haute densité de 2,5 cm d'épaisseur.
Bien sûr, si l'eau circule constamment, de la chaleur peut se perdre au profit du poêle lorsqu'aucun feu ne brûle. Pour éviter cela, le chercheur Dennis Burkholder a installé des commandes marche/arrêt automatiques sur un thermostat de climatiseur alimenté par le secteur et relié au cordon d'alimentation de la pompe. (Il est également possible d'utiliser une commande combinée chauffage/climatisation plus courante, réglée en mode refroidissement.) Le thermostat est fixé au mur à environ un mètre du chauffe-eau, à une trentaine de centimètres de son sommet. Lorsque la température ambiante atteint 27 °C (80 °F), le contrôleur 120 volts active la pompe et l'eau commence à chauffer. Lorsque la température redescend à 24 °C (76 °F), l'interrupteur différentiel intégré arrête à nouveau le circulateur.
Les composants du système d'échangeur de chaleur sont illustrés dans les schémas ci-joints. Toutefois, chaque installation nécessite des adaptations des dimensions de base. Par exemple, si votre chaudière est plus grande que la nôtre, vous pouvez agrandir le panneau afin d'y loger un serpentin de 18 mètres (60 pieds) de long en cuivre souple de 6,35 mm (1/4 pouce) de diamètre. En revanche, les chaudières plus petites devront utiliser un câblage plus court.
Dans tous les cas, il est plus facile d'utiliser le tube enroulé pour le transport. Il suffit d'insérer le fil serti dans le cadre et de courber délicatement le tube pour remplir le rectangle. Le matériau flexible peut être courbé jusqu'à un rayon d'environ 4 cm sans se tordre, ce qui facilite son positionnement dans les zones potentiellement exposées. On travaille du bord extérieur vers l'intérieur, en fixant les spires au fond de panier au fur et à mesure. (Sans fils pour maintenir l'anneau extérieur du tube, l'ensemble menaçait de sortir du cadre.)
Une fois les tubes de cuivre répartis uniformément dans le cadre, mélangez une fine couche de plâtre et versez le mélange dans le cadre. Nivelez la surface en passant une règle sur le cornière et laissez sécher le matériau pendant quelques jours. Le panneau peut ensuite être fixé sur le côté du four et le tuyau de 6,35 mm (1/4 pouce) peut être raccordé au tuyau de 12,7 mm (1/2 pouce) du réservoir de préchauffage.
Nous avons effectué des tests approfondis afin de déterminer la configuration la plus efficace du commutateur et de nous assurer du bon fonctionnement et de la sécurité de l'équipement. Par exemple, pour observer le comportement du système en cas de coupure de courant, nous avons obturé le tuyau sortant du réservoir de préchauffage et installé un manomètre sur la soupape de décharge. La pression maximale que nous avons pu atteindre dans le système était de 3 PSI… et ce, après que notre catalyseur Atlanta Stove Works ait bloqué le flux pendant 8 heures à son régime de combustion maximal !
De plus, afin de déterminer si les échanges thermiques par conduction à travers les parois du four étaient excessifs, nous avons examiné quotidiennement l'intérieur du foyer du poêle à bois pour détecter une éventuelle accumulation de créosote. Nous n'avons constaté aucune différence d'aspect ni de profondeur des dépôts sur les quatre parois, ce qui suggère que les échangeurs recevaient principalement de l'énergie rayonnante des parois extérieures du four. (La céramique a peut-être joué un rôle isolant, compensant ainsi l'augmentation de la conductivité.)
Quelle quantité d'eau chaude l'échangeur produira-t-il ? Sur un cycle typique de 7 heures, nous chargeons 25 à 27 kg de bois dans le catalyseur Atlanta, ce qui porte le contenu du réservoir de 160 litres à près de 60 °C. Ce taux de combustion de 3,6 kg par heure est probablement un peu supérieur à la consommation moyenne ; vous pourriez donc obtenir un peu moins d'eau chaude avec un appareil similaire. Bien sûr, même en maintenant une combustion intense tout au long de la journée, la production totale sur 24 heures devrait suffire à produire plus de 380 litres d'eau chaude par jour. Même si vous éteignez fréquemment votre poêle, ce système réduira considérablement vos factures d'énergie.
Selon la taille de votre foyer et la consommation d'eau de chacun, ce système peut éliminer vos factures d'eau chaude en hiver. Ainsi, si vous pouvez vous procurer du bois à un prix bien inférieur à celui de l'électricité ou du gaz, l'énergie utilisée pour chauffer l'eau grâce à votre poêle à bois (après déduction, bien sûr, du coût de l'espace et de la chaleur dégagée par l'appareil) sera un investissement rentable. De plus, vous aurez la satisfaction d'avoir contribué à la réduction des énergies non renouvelables.
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