Les proportions des Batchrockets

Plan

Introduction


Les poêles de masse sont composés d'un coeur de chauffe dont le but est de brûler le bois le plus efficacement possible, et d'un système de récupération de la chaleur dont le but est de transmettre la chaleur des fumées à la masse.

Schéma des deux parties principales d'un poêle de masse.
Schéma réalisé par G. Stephens, association UZUME.

Dans notre cas le coeur de chauffe est un Batchrocket et cet article détaille sa construction. Pour comprendre comment fonctionne le système de récupération de chaleur, voir l'article sur les cloches. Pour voir des poêles de masse dans leur intégralité, voir l'article sur nos réalisations.

Le principe


Les Batchrockets sont basés sur un jeu de proportions qui leur permet de brûler efficacement le bois. On peut donc construire des Batchrockets de quasiment toutes les tailles en fonction des besoins : les dimensions changent, mais pas les proportions.

Anatomie d'un Batchrocket.

En clair, la "dimension fondamentale" à partir de laquelle on déduit toutes les autres est issue du diamètre de la cheminée interne. En multipliant ce diamètre par 0,72 on obtient la "dimension fondamentale". Ensuite :

  • La largeur du foyer correspond à 2 fois la dimension fondamentale;
  • La hauteur du foyer correspond à 3 fois la dimension fondamentale;
  • La profondeur du foyer varie entre 3,5 et 6 fois la dimension fondamentale;
  • La largeur du port correspond à la moitié de la dimension fondamentale;
  • La hauteur du port correspond à 2,2 fois la dimension fondamentale.
De plus, la surface de l'arrivée d'air principale du foyer correspond à 25% de la section (surface en coupe transversale) de la cheminée interne.

Les différents éléments qui composent un Batchrocket ont tous des proportions bien précises qu'il faut respecter (à ~5%) pour que le coeur de chauffe brûle correctement.

Vues 3D d'un Batchrocket.

Concernant l'arrivée d'air secondaire :

  • La section du tube horizontal correspond à 10% de la section de la cheminée interne;
  • La section du tube vertical correspond à 5% de la section de la cheminée interne;
  • Le sommet de la partie verticale est découpé à 45° et son point le plus haut doit arriver au milieu du port;
  • La distance entre le tube vertical et le port est telle que la surface libre sur ses cotés soit égale à la surface du port;

Vues 3D de l'arrivée d'air secondaire.

L'arrivée d'air secondaire est posée dans une "tranchée" en bas du foyer, de sorte que le dessus de la partie horizontale de l'arrivée d'air secondaire corresponde au sol du foyer.

Les dimensions des Batchrockets


Le tableau ci-dessous résume les dimensions de chaque coeur de chauffe pour les modèles "standards" que nous proposons.

Diamètre de la cheminée interne (mm) 140 165 200 230 250
Hauteur de la cheminée interne (mm) :
valeurs min et max
800 950 1150 1300 1400
1000 1200 1400 1650 1800
Dimensions de la chambre de combustion :
Largeur (mm) 200 240 290 330 360
Hauteur (mm) 300 360 430 500 540
Profondeur (mm) :
valeurs min et max
330 400 480 550 600
550 650 800 900 1000
Largeur des triangles (mm) 65 75 95 110 120
Dimensions du Port :
Largeur (mm) 50 60 72 83 90
Hauteur (mm) 220 260 320 370 400
Profondeur min (mm) 60 60 60 60 60
Dimensions de l'arrivée d'air secondaire :
Dimensions du tube horizontal (mm) 60x30x2 80x40x2 80x40x2 100x50x2 100x50x2
Dimensions du tube vertical (mm) 30x30x2 40x40x2 45x45x2 50x50x2 60x60x2
Distance tube vertical-Port (mm) 11 13 16 18 20
Dimensions de l'arrivée d'air principale (dans la porte) :
Surface de l'ouverture (mm2) 3850 5350 7850 10400 12300
SIA* en simple cloche (m2) 4,6 6,4 9,4 12,5 14,7
SIA en double cloche (m2) 3,9 5,4 8,0 10,6 12,5

* : SIA signifie Surface Interne Absorbante.

La feuille de calcul complète avec les détails des formules utilisées est disponible ici : Batchrocket_dimensions_version_simplifiee.ods

Les cheminées d'évacuation


La théorie

Pour les Rocket Stoves, la tradition voulait qu'on utilise des cheminées d'évacuation du même diamètre que celui de la cheminée interne. C'est une règle de base précieuse pour les rockets mais insuffisante pour les Batchrockets.

L'objectif de la cheminée d'évacuation est de créer un tirage suffisant pour que les gaz y passent et sortent de la maison. Le tirage est une aspiration créée par une différence de pression négative (une dépression) entre la sortie et l'entrée de la cheminée d'évacuation.

Si la cheminée d'évacuation ne produit pas une dépression suffisante, les gaz préfèreront prendre un chemin plus naturel pour eux.. celui de la pièce à vivre et des interstices dans le toit !

Les facteurs de base qui influencent le tirage sont :

  • La différence de hauteur entre le bas et le haut de la cheminée d'évacuation.

    En effet, de la même manière que plus on descend sous l'eau plus la pression augmente, plus on monte dans l'air plus la pression diminue. On perd environ 12 Pa de pression par m de hauteur.

  • La température des gaz dans la cheminée d'évacuation.

    Les gaz chauds, plus légers, montent. Telle est la loi. L'air étant visqueux, il va coller aux autres molécules d'air et les entrainer dans son sillage. Donc plus les gaz entrant dans la cheminée d'évacuation sont chauds, plus ils créeront du tirage.

  • Les "pertes de charge" (frottements, dévoiements) sur le chemin des gaz.

    On constate tous les jours le même phénomène avec les conduites d'eau. Plus le conduit est petit, tordu, pincé, moins le débit en sortie est important.

  • Les défauts d'étanchéité dans la toiture et la différence de hauteur entre le sommet de la toiture et la sortie de la cheminée d'évacuation.

    Une maison dont le toit est percé représente une cheminée gigantesque. Elle concurrence la cheminée d'évacuation et peut même, dans certains cas, la vaincre. Dans ce cas on dit que le poêle refoule. c'est que les gaz sont aspirés par ces deux "cheminées" en même temps, et que la cheminée/maison l'aspire plus fortement.
    Pour s'en convaincre, il suffit d'ouvrir un velux pendant qu'un poêle fonctionne pour le voir ralentir et parfois même refouler.

La pratique

En clair, une cheminée d'évacuation idéale est :
  • Haute d'au moins 4-5 m.
  • Isolée au moins sur la partie au dessus du toit. Les gaz qui y rentrent doivent être suffisament chauds.
  • Droite, lisse à l'intérieur et de section suffisament importante.
  • Plus haute que le sommet du toit d'au moins 40 cm. Le toit doit être suffisament étanche de l'intérieur pour ne pas concurrencer la cheminée d'évacuation.

Pour gérer toutes ces contraintes prevoyez impérativement un clapet de démarrage (aussi appelé "starter" ou "by-pass"). Celui-ci va permettre d'envoyer des gaz chauds directement dans la cheminée d'évacuation au démarrage du poêle. On réchauffe ainsi pendant 5-10 minutes la cheminée pour créer un bon tirage puis on ferme le clapet.

La conséquence directe du paragraphe précédent, c'est que la cheminée d'évacuation doit être accolée au poêle. Pour un Batchrocket, les longs bancs sans starter avec la sortie au bout ne fonctionnent pas.

La cheminée d'évacuation, si elle n'est pas isolée, doit être prise en compte dans le dimensionnement de la cloche. Voir l'article correspondant pour plus de détails.

Dans tous les cas, une cheminée d'évacuation de 180 ou 200 mm de diamètre suffit. Même pour des Batchrockets dont la cheminée interne mesure 230 ou 250 mm de diamètre. Pour les plus petits poêles (Batchrocket de diam. 140 mm et inférieurs), une cheminée de diamètre 150 mm peut suffire.