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

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.

bonjour fiedia
Tout d'abord merci pour toutes les mesures partagées, c'est précieux.
Comme toi j'aime bien faire des recherches, expérimenter.
Je trouve très bonne ton idée de faire des parois de différentes épaisseurs pour essayer de faire coïncider des temps d'inertie différents et ainsi lisser davantage la courbe de température obtenue.
Juste une chose, ce n'est pas facile de lire les courbes, on s'embrouille un peu.
il y a sûrement une erreur car tu dis en préambule que la peau 2 en t°max arrive à 60° après 12h et sur le graphique c'est 30° maxi, on dirait qu'il faut tout multiplier par 2 sur le graphique en bas à droite.
A part ça tout est cohérent , j'ai fini par comprendre.
J'aimerais apporter une nouvelle idée pour compléter ton système. L'idéal serait d'avoir 2 cloches en // , une maintenue plus chaude que l'autre qui servirait à réguler le système par le biais d'une trappe qui permettrait de fermer au moment idéal et séparer les deux cavités des cloches.
2ème idée c'est de faire des volets réglables sur le ou les murs extérieurs de 5cm , on fermerait des volets isolés qui masqueraient une partie de la paroi qui monte à 100°, quand la température descend, on peut ouvrir pour plus d'échange avec la pièce de vie et là c'est instantané , on n'est pas soumis à l'inertie.
De cette façon je pense qu'on pourrait avoir une courbe quasi plate du matin au soir.
On a donc une cloche chaude qui a des murs moins épais et est réglable et l'autre qui sert plus à stocker et donner la température de base.

Suite
Il faut toujours s'arranger à avoir une réserve de calories , trop le matin mais régulée et conservée pour le soir quand la température du système commence à trop chuter. C'est bien pourquoi il faut la contenir dans une cloche plus isolée.
Même si au final tu as trop de calories car pas tout utilisé , alors tu fais un feu moins puissant pour le lendemain, mais tu n'aura pas trop chaud pour autant, car ton système est réglable et peut limiter l'échange de calories avec la pièce.
On pourrait faire plus simple aussi avec une seule cloche mais toujours des volets externes isolés qui permettent de doser. Là encore il faut une réserve qui permette d'avoir assez de calories pour la journée et courbe plate , donc foyer bien puissant.