Poêle-fusée à granulés alimenté par gravité

Notre espace de vie est d’environ 275 m2, principalement chauffé par les deux poêles à bois. Plus des chauffages électriques supplémentaires pour deux des chambres des enfants. Notre consommation de bois étant en moyenne d’environ 19 m2, soit 6 cordes de bûches sèches par hiver, je devais trouver une autre méthode de chauffage.

L’objectif

Après avoir installé des tubes de chauffage au sol lors de la rénovation, l’objectif était d’utiliser une sorte de système de chauffage à eau pour chauffer l’espace. Ma première idée a été d’utiliser un échangeur de chaleur géothermique, mais le coût d’achat et d’installation a rendu cette option impossible. La première solution “alternative” que j’ai essayée était un système de chauffage au compost, qui a eu un succès mitigé, je le regrette.

C’est ma deuxième alternative : un poêle-fusée à granulés de bois que j’ai construit, il est alimenté par gravité et fonctionne pratiquement sans surveillance pendant environ 12 heures sur un sac de 15 kg de granulés de bois.

Il chauffe l’eau qui est acheminée, via un collecteur de 60 litres, vers le système de chauffage au sol.

En activité depuis 4 mois, et je suis heureux des résultats obtenus jusqu’à présent. Il y a quelques petits problèmes à régler, mais dans l’ensemble, le système fait du bon travail.

La construction du poêle-fusée à granulés de bois

• Unité de brûleur construite à partir de briques réfractaires et de cornières
• Ancienne bouteille de gaz de 15 kg transformée en trémie d’alimentation (J’ai suivi ce guide)
• Tubes de cuivre enroulés autour d’un réservoir d’eau en acier inoxydable transformé
• Arduino connecté à un servo pour éliminer l’accumulation de cendres

La boîte à feu du poêle-fusée

Après les recherches habituelles sur le web et sur YouTube, j’ai décidé d’essayer de construire une version d’un poêle-fusée qui brûlerait des granulés de bois. En utilisant des briques réfractaires pour la boîte à feu. La plupart des constructions que j’ai rencontrées ont été réalisées avec des sections de boîte en acier soudé. Bien que je sois un soudeur assez compétent, les matériaux nécessaires n’étaient pas facilement disponibles.

De plus, j’avais déjà construit des boîtes à feu en utilisant des briques réfractaires et je pensais que la résistance à la chaleur et les qualités d’isolation pourraient permettre une meilleure combustion à haute température.

Construire la boîte à feu

C’est le design de la boîte à feu de mon poêle-fusée. Je voulais construire une sorte de poêle à pellets modulaire, et non pas un simple assemblage soudé, comme c’est le cas de beaucoup d’exemples que j’ai vus en ligne. Je voulais pouvoir modifier, changer et remplacer facilement les composants si nécessaire.

La construction est très simple, 6 briques de feu disposées comme dans mon modèle Sketch-Up. Les briques de feu sont standard (ici en France) 220mm x 110mm x 60 mm. Ce qui signifie qu’une fois disposées comme indiqué, elles laissent un trou carré de 110 mm x 100 mm.

Ayant déjà utilisé des briques réfractaires dans des poêles à bois domestiques, j’ai pensé que je pourrais essayer pour ce projet. De plus, elles sont vraiment bon marché, 1,40 € chacune.

Percer la brique réfractaire

La partie la plus difficile a probablement été le forage d’un trou de 70 mm dans l’une des briques réfractaires pour permettre le passage du tuyau d’alimentation en boulettes. Cela a été réalisé à l’aide d’une perceuse à colonne et d’un coupe-trou pour maçonnerie. Lors de ma première tentative, j’ai tué le coupeur, ces briques sont très résistantes, il a arrêté de couper après avoir atteint une profondeur de seulement 5 mm.

Après avoir obtenu un nouveau coupe trou, et raccordé un tuyau cette fois-ci. Je forais à la vitesse la plus lente, avec un débit d’eau constant sur le bord de coupe que je découpais. Ce n’était pas rapide, mais ça coupait. Après avoir percé le trou pilote/guide à fond, le grand trou a été percé à moitié de chaque côté.

La réalisation du cadre

J’ai réalisé le cadre de la boîte à feu du poêle-fusée en cornière d’acier de 40 x 40 x 4 mm (récupérée sur une vieille porte de grange)

• Commencez par faire deux plaques d’extrémité. Y compris les goujons pour fixer les angles de fixation, le tuyau de fumée et le servo-assemblage
• Couper, percer et fendre les angles de fixation
• Couper et souder les pattes sur les angles de fixation inférieurs
• Assembler les angles avec des briques réfractaires. J’ai dû chanfreiner les angles extérieurs des briques réfractaires pour dégager le rayon intérieur de la cornière en acier

Montage des conduits de fumée

J’ai eu la chance de trouver une sortie de cheminée en fonte sur un très vieux brûleur de mots que j’avais dans le coin de ma grange, j’ai tendance à ne rien jeter juste pour cette raison. Il était parfaitement adapté, il suffisait de combler quelques trous (le brûleur à bois dont il provenait était rond) avec un cordon d’étanchéité de porte.

Alimenter les granulés de bois

Finalement, j’ai construit l’ensemble de la trémie et du tube d’alimentation, comme je l’ai dit sur la page principale de ce projet, je ne suis pas satisfait de cette partie du poêle à granulés et je vais la refaire avant l’hiver prochain. Quand ce sera terminé, j’ajouterai des détails dans un post de mise à jour.

Cependant, c’est le dispositif actuel qui fonctionne encore assez bien, même s’il n’est pas parfait.

Une fois la boîte à feu construite, j’ai dû construire une chambre de type grill pour contenir les pellets pendant qu’ils brûlent. Il a fallu quelques tentatives pour y parvenir (en fait, j’expérimente encore pour essayer de régler/améliorer).

Exemple 1

J’ai commencé avec un large “V” construit à partir d’une barre ronde en acier, mais à cause des températures élevées, il a brûlé en très peu de temps.

Exemple 2

J’ai trouvé une tôle d’acier de 3 mm d’épaisseur et j’ai refait l’unité en perçant de nombreux trous (utilisez beaucoup d’huile pour empêcher le foret de brûler). Celui-ci a beaucoup mieux fonctionné, et bien qu’il y ait eu une certaine déformation due à la chaleur, l’unité n’a pas échoué. Cependant, après une période d’environ 90 minutes, elle s’est bouchée avec de la cendre et a mis le poêle-fusée à granulés en marche.

Exemple 3

Voici ma dernière création, qui fonctionne 24 heures sur 24 depuis 4 mois. J’avais encore un problème d’accumulation de cendres, mais il a été résolu grâce à une simple installation d’asservissement gérée par un Arduino UNO (voir ci-dessous)

Une courte vidéo sur le poêle à granulés

Transfert de la chaleur vers le chauffage au sol

Ensuite, pour transférer la chaleur du poêle-fusée à pellets au système de chauffage par le sol. Mon système de chauffage par le sol est constitué de tubes PER faisant circuler de l’eau qui devrait idéalement être à 30 °C. J’ai installé un réservoir collecteur de 60 litres (système ouvert) et une pompe de circulation du chauffage central pour faire circuler l’eau du réservoir vers les serpentins de tubes en cuivre enroulés autour de la chambre chauffée.

En utilisant trois bobines de 25 mètres de tuyau de cuivre recuit de diamètre 14/16. C’était la partie la plus coûteuse de toute l’installation (92€ par bobine en 2018). Les trois bobines sont soudées ensemble. Il y a de la place pour une bobine supplémentaire, que je pourrais ajouter à l’avenir. Cette partie de la construction était assez simple car les bobines de tuyau de cuivre recuit avaient déjà pratiquement la même taille que le réservoir autour duquel elles sont enroulées.

La partie la plus difficile a été de former les serpentins étanches pour le haut du réservoir. Pour y parvenir, j’ai rempli le tuyau de sable fin avant de sceller les extrémités en les aplatissant pour former un tuyau. Ensuite, en utilisant un disque de bois comme gabarit, j’ai formé le tuyau en spirale. Cela m’a donné un peu mal à la tête et à la fin, j’ai fabriqué le tuyau en trois parties et je les ai soudées ensemble.

J’ai fixé trois capteurs DS18B20 pour surveiller les températures de l’eau à l’entrée, à la sortie et au conduit de cheminée. Ils sont connectés au Raspberry Pi qui contrôle les pompes et surveille le système.

Une installation très simple pour éliminer l’accumulation de cendres, programmée pour fonctionner à intervalles réguliers. Une fois installé, le poêle-fusée à pellets fonctionnait sans surveillance pendant 10 à 12 heures. C’est le temps qu’il fallait pour vider la trémie.

Surmonter le problème de l’accumulation des cendres

Pour surmonter l’accumulation de cendres, j’ai mis au point ce simple servo Arduino. Il fonctionne avec une minuterie de base afin de s’assurer que la chambre de combustion ne s’encrasse pas de cendres.

J’ai utilisé un servo de force de 20 kg conçu pour des applications de modèles radiocommandés, monté sur le devant de la boîte à feu du poêle-fusée et connecté à un Arduino UNO (générique). A un intervalle régulier programmé, le servo actionne une plaque qui élimine les cendres qui se sont accumulées dans la chambre de combustion.

J’ai utilisé quelques restes d’accessoires de toiture pour constituer la charpente du servo.

La boîte imprimée en 3D est la même que celle utilisée pour mon unité de température et de minuterie, avec l’ajout d’un bouton de réinitialisation. J’ai laissé la fenêtre dans la boîte pour éventuellement ajouter plus tard un écran LED à 4 chiffres comme minuteur de compte à rebours.

#include <Servo.h>

Servo myservo;  // create servo object to control a servo
// twelve servo objects can be created on most boards

int pos = 0;    // variable to store the servo position

void setup() {
  myservo.attach(9);  // attaches the servo on pin 9 to the servo object
}

void loop() {
  for (pos = 0; pos <= 100; pos += 1) { // goes from 0 degrees to 100 degrees
    // in steps of 1 degree
    myservo.write(pos);              // tell servo to go to position in variable 'pos'
    delay(15);                       // waits 15ms for the servo to reach the position
  }
  for (pos = 100; pos >= 0; pos -= 1) { // goes from 100 degrees to 0 degrees
    myservo.write(pos);              // tell servo to go to position in variable 'pos'
    delay(15);                       // waits 15ms for the servo to reach the position
  }
  delay(900000);
}

La fixation du servo-contrôleur Arduino fonctionne très bien, elle est très fiable et permet un fonctionnement continu du système de poêle à granulés.

Une amélioration future pourrait consister à se connecter au Raspberry Pi qui contrôle le système de chauffage, pour permettre un fonctionnement automatique lorsque le poêle est allumé.

Dans l’ensemble, je suis très satisfait des résultats de mon poêle-fusée à granulés alimenté par gravité. La réduction de notre consommation de bois de chauffage a été énorme, nos deux brûleurs à bois n’ont été allumés que deux fois par semaine (et généralement juste le soir). En ce qui concerne les granulés de bois, nous avons utilisé en moyenne une dizaine de sacs de 15 kg par semaine, ce qui les rend beaucoup moins chers que les bûches.

En fonctionnement, la température de la cheminée varie de 70 à 85 °C sans dégagement de fumée (on ne peut pas savoir si elle est allumée de l’extérieur).

J’aimerais coupler le poêle à granulés avec un système de capteurs solaires à monter soi-même, pour réduire encore plus la consommation de granulés, surtout en automne et au printemps.

Problèmes de conception du poêle-fusée à granulés de bois

J’ai constaté qu’après 3 à 4 jours de fonctionnement continu, il y a une accumulation de goudron vers le bas du tuyau d’alimentation en pellets. Je pense que cela peut être dû au tuyau en acier. (photo ci-dessous)

De plus, bien que cela ne soit pas exactement un problème, la trémie fabriquée à partir d’une ancienne bouteille de gaz est incurvée à l’endroit où elle est soudée au tuyau d’alimentation, ce qui fait qu’une certaine quantité de granulés reste dans la trémie. Cela signifie que si je veux laisser le feu s’éteindre pour le nettoyage ou l’entretien, je dois être là pour brosser les derniers pellets dans le tuyau d’alimentation.

Améliorations futures du poêle-fusée à pellets

Expérimentez la mise en place de l’alimentation, éventuellement en ajoutant une autre brique de feu à la distance entre le tuyau d’alimentation en acier et la chambre de combustion. Je pense que cela réduirait le problème du goudron.

Construisez une nouvelle trémie, en la rendant légèrement plus grande pour avoir une durée de combustion de 24 heures et pour assurer que tous les granulés alimentent le feu.

Ajoutez un autre serpentin de 25 mètres de tuyau en cuivre à celui qui existe déjà pour transférer plus de chaleur.

Fabriquez une sorte d’isolation à gaine pour couvrir les serpentins de cuivre.

Ajoutez un peu de peinture résistante à la chaleur.