Sujet: Impact de l’épaisseur de cloche sur la conduction et le stockage de la chaleur

Posté le: 13/05/2021 12:20
Par : fiedia

Une cloche idéale doit transférer rapidement la chaleur du foyer dans la pièce tout en stockant aussi un maximum de cette dernière pour la restituer lentement dans l’environnement une fois la combustion terminée. Une fine peau permet de conduire la chaleur rapidement mais stocker celle-ci requière de la masse et donc des parois épaisses.
J’ai construit un batch 125mm + cloche avec différentes épaisseurs de peau : première peau 5 cm d’épaisseur sur toute la circonférence et le dessus, deuxième peau 5cm d’épaisseur sur deux faces, 20 cm sur les deux autres et 12 cm sur le dessus. Il y a donc trois configurations (peau1+peau2) : 5+5, 5+12, 5+20. La température à l’intérieur de la cloche est mesurée par 50 thermocouples.


- Conduction thermique : comme prévu, les parois extérieures des murs fins sont plus chaudes :
o Derrière 5+5 cm, le maximum atteint durant la saison est de 100°C.
o Derrière 5+20 cm, il est de 60°C.

- Inertie thermique : les parois plus épaisses demandent plus de temps pour se réchauffer mais refroidissent plus lentement :
o 5+5 cm : il faut 1.5h pour atteindre Tmax/2, 6h pour atteindre Tmax puis retour à Tmax/2 18h après démarrage du feu.
o 5+20cm : il faut 6 h pour atteindre Tmax/2, 12h pour Tmax puis la temperature reste au dessus de Tmax/2 plus de 24h après démarrage du feu.
- Les figures ci-dessous montrent l’emplacement des points de mesures ainsi que les étiquettes utilisées dans les graphiques suivants.



- Les six graphiques suivants ont été enregistrés pendant les 24 h suivant la combustion d’une charge de 3 kg.

o Graphiques en haut à gauche : dans le HR (bas, milieu et au dessus) + sortie de cloche + paroi extérieure du foyer.
o En haut milieu + à droite : peau1 face au foyer et face à la peau2 respectivement.
o Graphiques du bas : peau2 face à la peau1, à l’intérieur de la peau2 épaisse de 20cm, paroi extérieure.
- On observe clairement le pic de chaleur d’environ 30mn créé par la combustion (graphique1) puis la propagation de l’onde de chaleur à travers les différentes peaux.


- Ces courbes montrent aussi que environ une fois l’arrivée d’air fermée, les murs fins refroidissent bien plus rapidement que les murs épais (la courbe cyan du 5+5cm passe sous la magenta du 5+20cm dans le graphique 2). La chaleur stockée dans les murs épais est alors transférée vers les murs fins.
Mon prochain design jouera sur les épaisseurs de peau : fine sur les côtés radiants et épaisse contre le mur de la maison. Les murs fins vont chauffer plus vite et réchauffer la pièce alors que les murs plus épais vont stocker puis restituer la chaleur Je compte en outre mettre la partie épaisse en contact direct avec les fumées (peau 1). La peau entre cette masse et le mur de la maison sera isolante.

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