L'un des avantages du chauffage au bois est qu'un seul poêle peut être utilisé pour chaque besoin. En plus de nous garder au chaud, les machines à bois peuvent cuire des repas, sécher des vêtements et griller des orteils froids. Mais ne serait-il pas chic si cette boîte noire pouvait également prendre une douche chaude ?
En fait, 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 poêles à bois « fermés » et des systèmes d’eau sous pression a mis la plupart des anciennes techniques de chauffage par lots au second plan et de nouvelles méthodes basées sur des cycles fermés ont été développées.
La plupart des accessoires de chauffage de l'eau utilisent des échangeurs de chaleur installés dans le foyer ou la cheminée de l'équipement. Le meilleur exemple commercial de cette approche fonctionne très bien. Si le four fonctionne la majeure partie de la journée, ils peuvent fournir de l'eau chaude à toute la maison. Cependant, pour des raisons de sécurité, ces appareils sont souvent fabriqués en acier inoxydable (un produit coûteux) et doivent être testés sous pression pour garantir qu'ils peuvent résister aux températures très élevées qui peuvent être rencontrées dans le système de chauffage. En tant que tel, un bon échangeur de chaleur interne a un prix assez élevé. Les internes faits maison, en revanche, sont connus pour leurs explosions de vapeur brûlantes.
De plus, extraire la chaleur d'un foyer ou de la cheminée d'un poêle à bois peut avoir un effet secondaire malheureux : extraire les Btu directement du feu (en utilisant un échangeur de foyer) réduit l'efficacité de la combustion... si les produits d'une combustion incomplète sont refroidis en dessous de la température à laquelle ils se condensent (soit par une chambre de combustion, soit par un échangeur de chaleur de cheminée), une importante accumulation de créosote peut se produire. Ne vous y trompez pas, la combinaison d'un feu de cheminée et d'un échangeur de chaleur rempli d'eau peut être catastrophique.
Conscients du fait qu'il n'y a pas de repas de midi non payé, nous avons adopté une approche conservatrice pour concevoir notre propre accessoire de chauffage de l'eau pour poêle à bois. Au lieu de placer un échangeur à l'intérieur du poêle ou de la cheminée, nous en avons fixé un à l'extérieur du foyer. En adoptant cette stratégie, nous avons évité toute modification majeure du poêle, qui conserve l'accréditation Underwriters Laboratories. Plus important encore, plusieurs des critères de sécurité que nous avons déjà mentionnés sont respectés : la température rencontrée à l'extérieur de l'enceinte du poêle ne fera pas bouillir l'eau (tant que le liquide reste en circulation), la chaleur utilisée pour chauffer l'eau est de toute façon rayonnée par le poêle, donc aucun excès de chaleur ne s'échappe du foyer.
Notre accessoire de chauffage de l'eau se compose d'environ 50 pieds de tube de cuivre de 1/4 pouce enroulé dans une cloison sèche remplie de Paris. Le matériau à base de gypse aide à distribuer la chaleur uniformément aux serpentins et permet à l'échangeur d'être en contact direct avec le corps du four sans surchauffer. (Nous tenons à remercier Ed Walkinstik pour la suggestion.) L'assemblage se boulonne sur un côté du chauffe-eau et se branche sur un chauffe-eau recyclé de 42 gallons (nous avons utilisé un chauffe-eau avec un élément de combustion mais un boîtier insonorisé). Tout comme un préchauffeur solaire.
Une pompe de 10 gallons par minute montée sur le drain du chauffe-eau fait circuler l'eau à travers le serpentin et la renvoie au « T » juste en dessous de la soupape de décharge en haut du réservoir (cette soupape est réservée par mesure de sécurité). L'eau froide entre dans le récipient par l'entrée normale et l'eau chauffée au bois entre dans le chauffe-eau électrique conventionnel par la sortie de chaleur standard. Tout le câblage est bien isolé avec de la mousse haute densité de 1 pouce d'épaisseur.
Bien sûr, si l'eau circule constamment, la chaleur peut être perdue vers le poêle lorsqu'il n'y a pas de feu. Pour éviter cela, le chercheur Dennis Burkholder a placé des commandes marche/arrêt automatiques sur un thermostat de climatiseur à tension de ligne connecté au cordon d'alimentation de la pompe. (Vous pouvez également utiliser la commande combinée chauffage/climatisation plus courante, réglée sur le mode refroidissement.) Le thermostat est monté sur un mur à trois pieds du radiateur, à environ un pied du haut de celui-ci. Lorsque la température de l'air atteint 80 °F, le contrôleur de 120 volts allume la pompe et l'eau commence à chauffer. Lorsque la température descend à 76 °F, l'interrupteur différentiel intégré éteint à nouveau le circulateur.
Les composants du système d'échangeur de chaleur sont illustrés dans les dessins ci-joints, mais bien sûr, chaque installation nécessite quelques modifications des dimensions de base. Par exemple, si votre four est plus grand que le nôtre, vous pouvez agrandir le panneau suffisamment pour obtenir une bobine complète de 60 pieds de tuyau en cuivre souple de 1/4″ dans le cadre de l'échangeur plus grand. Cependant, ceux qui ont des appareils de chauffage plus petits devront utiliser une plus petite quantité de câblage.
Dans tous les cas, il est plus facile d'utiliser le tube tel qu'il est enroulé pour le transport. Nous mettons simplement le fil serti dans le cadre et plions doucement le tuyau pour remplir le rectangle. Le matériau flexible peut être plié à un rayon d'environ 1-1/2 pouces sans se tordre, il n'est donc pas difficile de le forcer dans d'éventuels « points chauds ». Nous travaillons du bord extérieur vers l'intérieur, en fixant les bobines au fond de panier au fur et à mesure. (Sans fils pour fixer la bague extérieure du tube, l'ensemble voulait sauter hors du cadre.)
Une fois les tuyaux en cuivre répartis uniformément dans le cadre, mélangez une fine couche de plâtre de Paris et versez le mélange dans le cadre. Niveler la surface en passant une règle sur le fer d'angle et laisser sécher le matériau pendant quelques jours. Le panneau peut ensuite être fixé sur le côté du four et la ligne de 1/4 pouce peut être connectée au tuyau de 1/2 pouce du réservoir de préchauffage.
Nous avons effectué des tests approfondis pour déterminer la configuration la plus efficace du commutateur et pour nous assurer que l'équipement fonctionnerait en toute sécurité. Par exemple, pour voir ce qui se passerait si une panne de courant arrêtait notre pompe, nous avons scellé le tuyau sortant du réservoir de préchauffage et installé un manomètre sur la soupape de décharge. La pression la plus élevée que nous avons pu développer dans le système était de 3 PSI… c'est après que notre Atlanta Stove Works Catalytic ait bloqué le débit pendant 8 heures au taux de combustion le plus élevé possible !
De plus, pour déterminer si l'échange de chaleur par conduction à travers les parois du four était encouragé à des niveaux malsains, nous avons examiné quotidiennement l'intérieur du foyer du poêle à bois pour détecter une accumulation accrue de créosote. Nous n'avons trouvé aucune différence dans l'apparence ou la profondeur des dépôts sur aucune des quatre parois, ce qui suggère que les échangeurs recevaient principalement de l'énergie radiante des parois extérieures du four. (La céramique peut avoir joué un rôle isolant, compensant la conductivité accrue.)
Quelle quantité d'eau chaude l'échangeur produira-t-il ? Eh bien, sur un cycle typique de 7 heures, nous chargerions 55 à 60 livres de bois dans le catalyseur d'Atlanta, ce qui augmenterait le contenu du réservoir de 42 gallons à près de 140 °F. Ce taux de combustion de 8 livres par heure est probablement un peu plus élevé que ce que la plupart des gens utilisent, vous pourriez donc obtenir un peu moins d'eau chaude avec un appareil similaire. Bien sûr, si vous continuez à brûler intensément tout au long de la journée, le total sur 24 heures devrait toujours être suffisant pour produire plus de 100 gallons d'eau chaude par jour. Même si vous faites souvent fonctionner votre poêle « éteint », ce système réduira considérablement vos factures de services publics.
Selon la taille de votre foyer et la consommation d'eau de chacun, ce système peut éliminer vos factures d'eau chaude en hiver. Donc, si vous pouvez obtenir du bois pour beaucoup moins cher que la quantité équivalente d'électricité ou de gaz, l'énergie que vous utilisez pour chauffer l'eau de votre poêle à bois (moins l'espace, bien sûr, la chaleur que l'appareil fournira) en vaudra la peine. De plus, vous serez heureux de savoir que vous avez fait un autre pas vers le remplacement des sources d'énergie non renouvelables.
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