Construction réaliste d'un poêle de masse

[invitea65d3c27]

According to this webpage: http://www.engineeringtoolbox.com/co...fer-d_430.html
the convective heat transfer towards air is minimum 10 Watt per square meter, per degree Kelvin.

Ouh là, ça me semble un peu élevé.
J'ai plutot ce lien qui donne des valeurs en précisant les conditions: http://www.ivaldi.fr/calcultherm.html#rayonnement
D'après le graphe, si on prend le cas d'une plaque verticale de plus de 0,3m (courbe h3) ce qui devrait s'appliquer à un PDM, on aurait 500W pour un différentiel de 100°C, soit 5W/°C/m2 (et ce n'est pas une valeur minimum) ou encore 200W pour 40°C.

Or on avait vu que pour un écart de 40°C (pdm à 60°C, pièce à 20°C), la puissance radiative est de 253W donc avec un peu de courant d'air, on doit bien retrouver un rapport de 50/50 entre radiation et convection
Mon impression initiale que la radiation est prédominante est donc fausse si on regarde les ordres de grandeur de près. Comme quoi, il faut se méfier des messages marketing tonitruants

Edit: les puissances sont bien sur calculées toujours pour une surface de PDM de 1 m2.
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[Philou67]

Si je ne me trompe pas, et d'après ce que j'ai pu comprendre rapidement des transferts thermiques hier soir, le coefficient thermique convectif (convective heat transfer), appelé aussi h, est plus faible pour les parois verticales que pour les parois horizontale. Ceci est probablement du au fait que le phénomène de convection se base sur la gravité.
D'ailleurs à ce propos, on trouve sur wikipédia (convection), que le phénomène de convection se déclenche sur une valeur minimale du nombre de Rayleigh (http://fr.wikipedia.org/wiki/Convection, voir aussi http://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermique). Je ne doute pas qu'avec la différence de température de la paroi d'un PDM avec l'air, ce nombre soit atteint. Mais étant donné la montée en température qui est lente, cette condition n'est peut-être pas vérifiée pendant toute la durée de restitution de la chaleur. De même, il faut une certaine surperficie à température cohérente pour que la convection soit efficace.
Ceci me laisse penser que la convection dans un poêle n'est pas un phénomène constant, ou plutot, que son importance n'est pas constante. Il faudrait faire la mesure sur une journée complète de chauffe pour voir la moyenne globale.
Ca fait avancer la compréhension (riri, tu dis plus rien ? )

[invite90bb2978]

Bonjour à tous,

Quelques jours de vacances ( dans l'Aveyron pour étudier... l'emplacement de mon futur PDM ) et on est largué... Pour le dilemme convection/rayonnement, tout dépend à mon avis de la chaleur de la paroi. Avec un PDM simple paroi comme les tigchel ou les Hiemstra, les t° des parois sont plus élevées que sur un brique. Il est alors normal d'avoir plus de convection dans la pièce. Dirk est habitué aux PDM Tigchel et pour avoir un ami qui en a un, les parois peuvent devenir très très chaudes. Pour parler comme les "pros", plus le delta T entre la t° de l'air de la pièce et la t° des parois est élevée, plus il y aura convection.

Comme je l'ai dit, la t° de mes parois n'excède que rarement 60° et ne dépassent jamais 65°. Chez moi je pense que le 80/20 est raisonable.

A+

riri

[invite662aee41]

...En tout cas, on peut moduler énormément l'émissivité et donc la puissance radiante en jouant sur le revetement. Il faut juste vérifier son émissivité mais ça risque pas d'etre marqué sur le pot de peinture

It is not so difficult to know the unknown emissivity factor of a specific surface. It works by comparing 2 temperatures. First temperature is taken by making contact (= conduction), the second temperature is taken without making contact (= radiation). By comparing the two results the emissivity factor can be calculated. Testo sells a thermometer (825-T4) that can do this "all in one". The price is around 250 euro.

Dirk

[invitea65d3c27]

Bonjour ririmason,

plus le delta T entre la t° de l'air de la pièce et la t° des parois est élevée, plus il y aura convection.

Plus il y aura de radiation

Comme je l'ai dit, la t° de mes parois n'excède que rarement 60° et ne dépassent jamais 65°. Chez moi je pense que le 80/20 est raisonable.

Ce serait d'après les calculs plus haut 253W radiation / 200 W de convection.

[invite662aee41]

...Comme je l'ai dit, la t° de mes parois n'excède que rarement 60° et ne dépassent jamais 65°. Chez moi je pense que le 80/20 est raisonable...

Bonjour Riri,

I know that several people believe in this 80 percent radiation and 20 percent convection. But nobody is able to explain it to me! Do you have a good scientific explanation?

Dirk

[invitea65d3c27]

It is not so difficult to know the unknown emissivity factor of a specific surface. It works by comparing 2 temperatures. First temperature is taken by making contact (= conduction), the second temperature is taken without making contact (= radiation). By comparing the two results the emissivity factor can be calculated. Testo sells a thermometer (825-T4) that can do this "all in one". The price is around 250 euro.

Dirk

Absolument Dirk. Il suffit de régler l'émissivité du thermomètre IR pour que ça donne la même température que le thermomètre de contact et on a l'émissivité.

[invitea65d3c27]

D'ailleurs à ce propos, on trouve sur wikipédia (convection), que le phénomène de convection se déclenche sur une valeur minimale du nombre de Rayleigh (http://fr.wikipedia.org/wiki/Convection, voir aussi http://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermique). Je ne doute pas qu'avec la différence de température de la paroi d'un PDM avec l'air, ce nombre soit atteint. Mais étant donné la montée en température qui est lente, cette condition n'est peut-être pas vérifiée pendant toute la durée de restitution de la chaleur. De même, il faut une certaine surperficie à température cohérente pour que la convection soit efficace.
Ceci me laisse penser que la convection dans un poêle n'est pas un phénomène constant, ou plutot, que son importance n'est pas constante. Il faudrait faire la mesure sur une journée complète de chauffe pour voir la moyenne globale.
Ca fait avancer la compréhension (riri, tu dis plus rien ? )

A vue de nez, je dirais que le nombre de Rayleigh limite est très vite atteint avec l'air à cause de sa faible viscosité (cf ce coefficient dans le dénominateur de la formule), contrairement à l'eau qui ne crée un courant convectif qu'après 10, 20 °C de delta T.
Je dirais donc qu'il n'y a pas vraiment d'effet de seuil pour la convection avec l'air. A vérifier

[invite662aee41]

... Dirk est habitué aux PDM Tigchel et pour avoir un ami qui en a un, les parois peuvent devenir très très chaudes...

Hello Riri,

It is not true that I am familiar with the tigchelkachel. I am only interested and familiar with the regular sized masonry stoves. The stoves that were built under my supervision weighed all over 4 ton!

Regular sized masonry stoves have an exterior surface of about 10 square meter. Somewhere between 80 and 90 degrees Celcius the output of such a stove is 10 kW! Per square meter exterior stove surface, this means about 500 Watt of radiative transfer, plus about 500 Watt of convective transfer. I verified this output with the heat losses of his house and had the impression that the ouput might have been 12 kW!

I know that such a high output is not very common, yet this stove has already been used for two winters and has not been damaged by its use.

Dirk

[invite90bb2978]

Bonjour Riri,

I know that several people believe in this 80 percent radiation and 20 percent convection. But nobody is able to explain it to me! Do you have a good scientific explanation?

Dirk

Salut Dirk,

En fait j'ai mesuré à plusieurs reprises la différence de t° entre mon plafond et mon plancher dans la pièce du PDM. Je n'arrive pas à 2° ce qui est minime. Ceci me fait dire que la convection en tout cas chez moi est minime voire négligeable. Avec un chauffage par convection cette différence est parfois de plus de 10° parfois 15°.

Maintenant il faut préciser que mon PDM fait plus de 2220mm de haut et que le rayonnement se fait sur toute la hauteur.

riri

[invite90bb2978]

Bonjour ririmason,
Plus il y aura de radiation

Est-ce proportionnel?

Ce serait d'après les calculs plus haut 253W radiation / 200 W de convection.

La hauteur du PDM influence?

riri

[invite90bb2978]

Bonjour,

Je voudrais bien avoir l'avis de miniTAX sur le fait que je mesure peu de différences de t° entre le plafond et le plancher. Cette mesure permet-elle d'affirmer qu'il y a peu de convection?

riri

[invite662aee41]

Hello Riri,

It is not so much a lack of convection with the more radiative heating systems that should be the cause of the little temperature difference between floor and ceiling.

It is rather the lack of radiation in convective heating systems that causes high temperature differences.

Another factor, more in the 'background', is the fact that the energy output of masonry stoves is very constant in time. They cannot be turned off at night. Because of this, the temperatures of the solid materials inside the house have all the time it needs to equalise well.

Dirk

[invite90bb2978]

Hello Riri,

It is not so much a lack of convection with the more radiative heating systems that should be the cause of the little temperature difference between floor and ceiling.

It is rather the lack of radiation in convective heating systems that causes high temperature differences.

Another factor, more in the 'background', is the fact that the energy output of masonry stoves is very constant in time. They cannot be turned off at night. Because of this, the temperatures of the solid materials inside the house have all the time it needs to equalise well.

Dirk

Merci pour ton avis Dirk. Je vois ce que tu veux dire. J'ai aussi fait un autre test. J'ai pris une feuille de papier mince et légère, et je l'ai mise contre la paroi du PDM un jour de grande chauffe. Je n'ai quasiment pas observé de mouvements de la feuille. J'en ai déduit qu'il y a peu de courant d'air ascencionnel.

J'ai raison?

riri

[invite90bb2978]

Autre corrolaire : si votre PDM rayonne trop par rapport à la pièce à chauffer, le peindre en blanc va diminuer sa puissance et va permettre de chauffer moins, plus longtemps. Ou si riri, avec son magnifique PM blanc a trop froid dans sa pièce, il peut le recrépir en plus sombre.

Salut,

Et si je le peints zébré, j'aurais chaud, froid, chaud, froid...

riri

[invitea65d3c27]

Hello Riri,

It is not so much a lack of convection with the more radiative heating systems that should be the cause of the little temperature difference between floor and ceiling.

It is rather the lack of radiation in convective heating systems that causes high temperature differences.

Bonjour Dirk,
Je pense que riri se demandait surtout si avec aussi peu de gradiant bas-haut, la convection ne serait pas négligeable par rapport au rayonnement

[invitea65d3c27]

Bonjour,

Je voudrais bien avoir l'avis de miniTAX sur le fait que je mesure peu de différences de t° entre le plafond et le plancher. Cette mesure permet-elle d'affirmer qu'il y a peu de convection?

riri

Bonjour riri,
Attention, la convection n'est pas forcément que du bas vers le haut. Ca peut etre n'importe quel mouvement d'air (si tu souffles sur le pdm avec un ventillateur, c'est de la convection aussi).
Si tu regardes ce graphe http://www.ivaldi.fr/calcultherm.html#rayonnement , tu te rends compte qu'entre une plaque horizontale (beaucoup de gradient, courbe h1) et une plaque verticale de plus de 0,3m de haut (peu de gradient, courbe h3), il y a peu de différence dans la puissance de convection tant que l'écart pdm-pièce reste en dessous de 50°C . Or tu as dit que ton pdm reste autour de 60°C. Avec une pièce à 20°C, ça fait un écart de 40°C. Donc tu peux prendre un coefficient de convection de 5W/°C/m2, soit 200W/m2 pour le PDM à 60°C, quel que soit l'écart de T plancher-plafond au niveau du pdm. Ca ne devrait pas changer des (poeles de ) masses au niveau ordre de grandeur.
J'ai fait un peu long mais j'espère avoir été clair.

[Philou67]

Normal, la convection tire parti de la gravité, et la gravité ne va que dans une direction. C'est bien ça, non ?

[invitea65d3c27]

Normal, la convection tire parti de la gravité, et la gravité ne va que dans une direction. C'est bien ça, non ?

Je dirait que ça tire parti d'une différence de densité. La couche d'air à 60°C près du pdm est moins dense que celle à 20°C à 1 m et ça devrait suffire comme moteur de convection. Ce n'est pas forcément dans le sens vertical.

[Philou67]

Ce n'est pas vraiment ce que j'ai lu sur wikipédia, dont une formule faisait intervenir la gravité. Mais je n'ai peut-être pas lu assez longtemps pour tout comprendre.

[invite662aee41]

...J'ai aussi fait un autre test. J'ai pris une feuille de papier mince et légère, et je l'ai mise contre la paroi du PDM un jour de grande chauffe. Je n'ai quasiment pas observé de mouvements de la feuille. J'en ai déduit qu'il y a peu de courant d'air ascencionnel. J'ai raison?

Hello Riri,

The velocity of the convective air currents against the walls of a masonry stove will be low, because of the small temperature difference and also because of turbulences. My guess is that the air will move upwards at just centimeters per second. To make this visible, it is better to use the smoke of a cigaret or a stick of incense. Smoke particles are very small and very light and will therefore work much better to make air currents visible than a sheet of paper.

Dirk

[invite662aee41]

Bonjour Dirk,
Je pense que riri se demandait surtout si avec aussi peu de gradiant bas-haut, la convection ne serait pas négligeable par rapport au rayonnement

Bonjour MiniTAX,

I understood that. Therefore I tried to explain what I believe is the cause of the small temperature difference between the wall and the ceiling. Convection without radiation keeps the bottom level cool and the ceiling hot, because of stratification. It is comparable with a lake. Despite lots of convection, the temperature at the bottom is always stable and cool, because the heaviest watermolecules (= those at 4°C) sink to the bottom. The same thing happens in a room that is heated by convection.

With the radiation component everything changes because radiation does not depend of gravity or density. A masonry stove equally heats floor and ceiling.

Is convection therefore reduced? I don't think so: calculations and measurements clearly show this 50/50 relationship. Maybe the convection around a masonry stove is so slow and turbulent that it functions more as a 'mixer' than a 'pump'.

Dirk

[Yoghourt]

Bonjour

To make this visible, it is better to use the smoke of a cigaret or a stick of incense.

These smokes are hot. Another possibility is to diffuse some ash or flour (ma'am will disagree for sure), and light it on with a pocket lamp.

Ces fumées sont chaudes. Une autre possibilité est de balancer de la poussière ou de la farine (madame ne sera pas contente), et l'illuminer avec un faisceau de lampe.

[invite90bb2978]

@ miniTAX,Dirk,

Et si votre convection était tout simplement de la conduction? Il est d'usage de parler de convection pour un système de chauffage et de se référerer à la boucle faite par l'air ( réchauffement dans les ailettes du radiateur, montée jusqu'au plafond, refroidissement; descente et ainsi de suite ). Dans le cas du PDM ( en tout cas sur ce que j'ai pu observé ) il me semble que l'on est assez loin de ce schéma.

N'oublions pas une chose, avec un PDM on chauffe principalement les corps solides et non l'air. Ainsi, chez moi, le thermomètre d'ambiance affiche rarement plus de 18,5° ce qui serait considéré comme froid dans un système à convection. C'est dans cette configuration que l'on se rend mieux compte du chauffage par rayonnement. Pas d'effet de froid.

Dernier point, le PDM n'assèche pas l'air comme le fait un chauffage classique. Air plus humide = air plus dense et aussi meilleure conductivité de la chaleur et/ou du froid.

Ces remarques ne sont que des observations de ma part et demandent une caution d'un physicien...

riri

[invite662aee41]

Ces fumées sont chaudes. Une autre possibilité est de balancer de la poussière ou de la farine (madame ne sera pas contente), et l'illuminer avec un faisceau de lampe.

Bonjour Yoghourt,

It is true that smoke is hot, but this is only true for a very short time. It cools fast and then it becomes heavier than air. I always use those little incense sticks when I want to visualise otherwise undetectable air currents.

As you say, fine dust will also work, but on condition that it is fine enough.

Dirk

[invite90bb2978]

Bonjour à tous,

Ceci est une mise en garde à tous ceux qui envisagent l'installation d'un banc chauffant. Il y a un danger réel de squateurs indésirables et tétus.

riri

[invite662aee41]

Et si votre convection était tout simplement de la conduction? Il est d'usage de parler de convection pour un système de chauffage et de se référerer à la boucle faite par l'air ( réchauffement dans les ailettes du radiateur, montée jusqu'au plafond, refroidissement; descente et ainsi de suite ). Dans le cas du PDM ( en tout cas sur ce que j'ai pu observé ) il me semble que l'on est assez loin de ce schéma.

When molecules cannot move freely, as happens in solid materials, there is conduction.

When molecules are able to move around, as happens in fluid materials, there is convection.

More we are able to immobilise air molecules, more we will have a better insulator. But when air molecules can move around freely, we have a medium that can and will transport much heat!

1 cubic meter of air contains more heat that 1 kg soapstone (stéatite) when both are at the same temperature!!!

Dirk

[invite662aee41]

...avec un PDM on chauffe principalement les corps solides et non l'air.

This is true but also not true. Only the radiative output (which I still believe, is just 50% of the output) will mainly heat solids. Yet, these solids will also transfer their energy with the surrounding air and vice versa.

Ainsi, chez moi, le thermomètre d'ambiance affiche rarement plus de 18,5° ce qui serait considéré comme froid dans un système à convection.

Air temperature in a room should be about the same as the average temperature of the background. If it is lower, then this is probably caused by heat losses through gaps or via ventilation.

C'est dans cette configuration que l'on se rend mieux compte du chauffage par rayonnement. Pas d'effet de froid.

That is very true statement! A higher background temperature allows for lower air temperatures. Yet, as I said before, air temperature should always be about the same as the average background temperature. If that is not the case, there are heat losses, caused by escaping air.

Dirk

[invite87dee4d4]

Bonjour à tous,

Ceci est une mise en garde à tous ceux qui envisagent l'installation d'un banc chauffant. Il y a un danger réel de squateurs indésirables et tétus.

riri

bonjour,

je me fais plus discret .... mais il faut savoir laisser place au savoir
je vous lis cependant avec intérêt...
je suis bien content que minitax soit passé par là ..afin de vous "rationnaliser" un peu

sur ta photo je vois un magnifique chat mais aussi un magnifique tas de cendres ..... quand est-il de cette combustion complète dont on parle souvent ...

ou peut-être est-ce le résultat d'un mois ou deux

@+

[invite90bb2978]

bonjour,

je me fais plus discret .... mais il faut savoir laisser place au savoir
je vous lis cependant avec intérêt...
je suis bien content que minitax soit passé par là ..afin de vous "rationnaliser" un peu

sur ta photo je vois un magnifique chat mais aussi un magnifique tas de cendres ..... quand est-il de cette combustion complète dont on parle souvent ...

ou peut-être est-ce le résultat d'un mois ou deux

@+

Bon ok je n'ai pas nettoyé les cendres de la fin de saison dernière et il se fait qu'à la fin de saison j'ai brulé des solives en pin qui produisent pas mal de cendres...Là c'était le premier feu de la nouvelle saison et le chat ( grizzly ) était très impatient...

Pour te donner une idée; les cendres représentent un seau et demi par mois en plein hiver.

a+

riri

riri