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Auto construction d’un chauffe-eau rocket

V1.0 et maintenant V2.0

vendredi 11 novembre 2016, par Violaine

V 3.0 à venir : Nous désirons aujourd’hui faire évoluer le système et faire circuler les fumées autour du ballon d’eau chaude... si quelqu’un est compétent est motivé, votre aide sera la bienvenue, c’est plutôt le temps qui nous manque !}

V2.0 SUCCES :
Les terre-pailleux ont maintenant adapté une chambre de combustion de Batch-box sur le chauffe-eau ballon. L’amélioration est considérable car nous passons de 15° à 70° en moins de 2h30 et avec peu de manutention : on charge le batch-box avec des bûches, on ferme et on s’en va.
Un gros progrès !!

Sans oublier de dire que le chauffe-eau se trouve maintenant dans la nouvelle véranda, il se refroidit moins vite et permet de réchauffer la véranda juste ce qu’il faut pour nos agrumes et autres plantes tropicales !


Cet hiver, les terre-pailleux ont décidé de s’équiper d’un chauffe-eau pour améliorer le confort des douches et des vaisselles. Bien sûr, l’idée d’un chauffe-eau solaire nous a traversé l’esprit. Mais cette option est chère et nous n’avons pas trouvé de solution (peu chère) pour assurer l’appoint avec notre poêle à bois.
En revanche, nous avions déjà une bonne expérience de l’usage et de la fabrication du rocket stove portatif pour cuisiner. Alors pourquoi pas un rocket-chauffe-eau !
Par ailleurs, nous avons trouvé une vidéo sur le site de Benjamin Broustey (professeur/designer de permaculture) qui en avait construit un, alors nous avons eu envie de nous lancer aussi.
Cette vidéo et un manuel (voir le lien plus bas ) sont nos deux principales sources d’information pour cette expérimentation. Le manuel est gratuit et téléchargeable sur internet.

Besoins

La première question à se poser dans un tel cas est : « Quel est notre besoin ? ». En effet, la quantité d’eau chaude consommée chaque jour est un paramètre déterminant dans le dimensionnement de votre chauffe-eau.
A Terre, Paille et Compagnie, nous sommes actuellement 6 personnes, notre choix s’est donc porté vers un ballon de 150 litres au moins. De plus il y a deux maisons à alimenter, donc nous avons trouver un emplacement stratégique pour réduire les longueurs de tuyau et les pertes thermiques.

Principe du chauffe-eau Rocket :

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Le Rocket chauffe-eau est divisé en 2 parties :

- Un corps en brique réfractaire comprenant un conduit d’alimentation (1), un cendrier (2) et un conduit de combustion (3). Ce dernier est isolé avec 10 cm de vermiculite maintenue par des briques creuses.

- un ballon spécifique appelé « accu gaz ». Ce type de ballon est équipé d’un conduit de fumée en son centre. Il est donc conçu pour chauffer l’eau avec une flamme. Le conduit central (4) joue le rôle d’élévateur de chaleur.
On retrouve donc la forme typique en J des rocket stove de masse destiné au chauffage. Cette forme permet un fort tirage et une combustion très efficace du bois.

Pour suivre la chauffe de l’eau, nous avons équipé l’accu gaz d’une sonde de température avec un afficheur digital.

Une partie des matériaux dont nous avons besoin peut être récupérée. C’est le cas de l’accu gaz, des briques creuses, de l’isolant et de quelques pièces de plomberie.

Comme précisé ci-dessus, l’accu gaz est un modèle de ballon particulier. L’accu-gaz :

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Entrée des flammes

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Sortie des fumées (presque inexistante avec la combustion rocket)...

Dimensionnement

La section et la longueur des conduits d’alimentation, de combustion et de l’élévateur de chaleur sont très importantes dans la réussite du chauffe-eau. C’est pourquoi, avant de dimensionner le corps en brique, il faut avoir récupéré ou acheté l’accu gaz. En effet, les caractéristiques du ballon ne sont pas modifiable et le corps en brique sera dimensionné en fonction de celles-ci.

Des informations très précises sur les proportions à respecter sont données dans le manuel « Racket_Mass_Heaters-Superefficient_Woodstoves_YOU_Can_Build ». La section de passage de l’air ne doit pas trop varier le long de son parcourt dans le rocket. De plus, une portion rectangulaire n’est pas équivalente à une portion circulaire de même section.
Dans notre expérimentation, nous avions un conduit de fumée de 83 mm de diamètre et de 1 m de hauteur. Nos choix ont donc été les suivants :
Conduit d’alimentation de section 9.5 cm x 8 cm et le plus court possible
Conduit de combustion de section 8 cm x 7.5 cm et de 35 cm de long . Cette portion doit être légèrement plus étroite que le reste et plus large que haute.
Cendrier de même section que le conduit d’alimentation et de profondeur 5 cm

Achat de matériaux

Une fois que le rocket est dimensionné la liste des matériaux peut être établie :
- Sonde de température
- Vermiculite ou laine de roche
- Conduit de fumée flexible
- Terre-paille
- Sable 0-2mm
- Argile fine ou barbotine tamisée
- Briques réfractaires
- Briques creuses
- Soupape de sécurité
- Vannes, nourrice, tés selon le nombre de point de puisage
tube, filasse, pâte à joint ...

Pour ce chauffe-eau notre budget global a été de l’ordre de 300 € (y compris l’accu gaz).

Fabrication

Le montage à sec

La première phase importante est le montage à sec du rocket-chauffe-eau. Ceci permet de se familiariser avec la forme du corps en brique, de définir les coupes à réaliser et surtout de voir si le tirage se fait bien.

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Pour que les essais soient plus concluant, il ne faut pas hésiter à jointoyer les briques réfractaires avec de la boue. Cela rend le montage plus étanche.
A ce stade, il ne faut pas s’attendre à un fonctionnement parfait puisque le conduit de combustion n’est pas isolé et puisqu’il y a toujours quelques fuites. Toutefois, c’est l’occasion d’optimiser la forme du rocket, à savoir les sections et les longueurs des différents conduits.

Lors des découpes des briques réfractaires, pensez bien à prendre en compte l’épaisseur du mortier. Cet oubli peut augmenter de 1cm les dimensions que vous aviez prévues pour le conduit d’alimentation et de combustion.

Le montage réel

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Fabrication du mortier pour le jointoiement des briques réfractaires :
Nous avons utilisé un volume de barbotine fine pour 3 volumes de sable 0-2.
La bonne quantité de sable dépend de nombreux paramètres (humidité du sable et de la barbotine, teneur en argile de la barbotine...).
Pour obtenir un bon mélange, nous avons ajouté le sable petit à petit et contrôlé régulièrement la texture. Le mélange final doit être collant mais pas trop !

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Réalisation de la base servant de support pour l’isolation.

La partie avant correspond au cendrier.
La partie arrière sera remplie d’isolant et située sous le conduit de combustion.
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Les jointoiement doivent être aussi fins que possible.

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Réalisation du conduit de combustion et du cendrier .

Une première rangée de briques posées à plat vient fermer l’espace prévu pour l’isolation et sert de base au conduit de combustion.
De chaque côté, des briques taillées à la hauteur appropriée sont posées. Dans le corps du rocket, la rugosité des parois joue un rôle négatif sur le tirage. On cherchera donc à lisser au mieux les joints et même à adoucir les angles.

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Réalisation du conduit d’alimentation et fermeture du conduit de combustion.

A la base du conduit d’alimentation, nous avons laissé une brique amovible pour faciliter l’allumage et le nettoyage.
A la jonction entre les briques et l’accu gaz, il y a un agrandissement de section quasi inévitable. Nous avons donc taillé les briques pour adoucir le changement de section et ainsi réduire les turbulences à cet endroit là.

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Montage des briques creuses autour du rocket.

Nous avons laissé 10 cm de vide entre le corps en brique réfractaire et les briques creuses.
Nous avons également rempli les alvéoles avec de la vermiculite pour augmenter l’isolation du conduit de combustion.
La vermiculite est maintenue dans les alvéoles par des bouchons en terre paille.

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Réalisation du socle pour l’accu gaz.

Nous avons posé un cerclage métallique (inclus dans l’accu gaz récupéré) sur les briques et nous l’avons jointoyé avec un mélange de barbotine et de laine de roche. La laine de roche sert de fibre incombustible pour éviter la fissuration.

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Pose de l’accu gaz et de l’isolation

Nous avons posé l’accu gaz sur le cerclage métallique et jointoyé avec le mélange barbotine-laine de roche. La jonction doit être soigneusement réalisée car c’est ici que le risque de fuite est le plus élevé.
L’espace entre les briques réfractaires et les briques creuses est rempli de vermiculite.

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Isolation

Une deuxième rangée de briques creuses est montée. Nous les avons taillées pour qu’elles puissent supporter l’accu gaz sur les côtés.
A ce stade l’isolation peut être terminée autour du corps en briques du rocket et sous l’accu gaz.
Ne pas oublier de glisser la sonde de température dans son emplacement sous le ballon.

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Finition du corps du Rocket-ballon

Nous avons réalisé une première finition avec du terre paille comme la photo ci-contre le montre.

Nous avons ensuite taillé la brique réfractaire amovible à la bonne dimension pour pouvoir fermer correctement le conduit d’alimentation tout en ayant facilement accès au cendrier.

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Raccordement de l’accu gaz

A droite, la soupape de sécurité sert à évacuer les surpressions s’il y a lieu
A gauche, la nourrice sert à alimenter en eau chaude les 2 maisons. Sur chaque circuit, il est préférable de prévoir une vanne et une purge pour faciliter les opérations de maintenance.

Essai de fonctionnement

Les premiers essais de fonctionnement n’ont pas été les plus simples. Il faut du temps pour apprivoiser le rocket !

L’allumage se fait en 3 phases :
D’abord, il faut faire brûler un peu de papier dans le conduit de combustion. Cela le réchauffe et active le tirage.
Ensuite, il faut faire brûler un peu de papier dans le conduit d’alimentation en ajoutant petit à petit du tout petit bois très sec (cagette, gros copeaux, branchette …). La flamme est aspirée dans le conduit de combustion et, à moins que le bois ne soit pas bien sec, on ne voit plus de fumée sortir du conduit. La combustion se fait avec un rendement élevé.
Enfin, lorsque le petit bois a pris, il faut alimenter en bois long et fin en remplissant bien le conduit d’alimentation.

L’entretien du feu :
Pendant le temps de chauffe du ballon, il faut surveiller régulièrement le feu. Tant donné que le bois a plutôt tendance à tomber plutôt qu’à glisser gentille ment vers le foyer, nous contrôlons tous les quarts d’heure que le feu est bien alimenté.
Dans notre cas où le rocket-chauffe-eau se situe à l’extérieur, la météo a une influence notable sur le tirage et donc sur la progression de la chauffe. En moyenne, il nous faut 4 heures 30 min pour augmenter la température des 150 litres d’eau de 50°C (de 15 à 65°C). La consommation en bois est de l’ordre de 3 à 4 kg.

Les paramètres qui influent sur la rapidité de chauffe sont les suivants :
- la position du conduit de fumée selon le vent
- la météo
- la présence ou non du ralentisseur de tirage dans le conduit élévateur de chaleur. Il réduit le tirage (donc le rendement de combustion) mais il augmente l’échange de chaleur avec l’eau dans le conduit élévateur de chaleur.
- la qualité de séchage du bois utilisé
- la constance de la personne chargée de surveiller le feu

La clôture de la chauffe :
Une fois que la température atteinte est satisfaisante (entre 60 et 70°C), le chauffe est « bouché » a ses deux extrémités. Les braises restent à l’intérieur et permettent de gagner encore quelques degrés.

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L’eau reste suffisamment chaude pendant 48h ce qui permet de prendre des bonnes douches.

Retour d’expérience et amélioration possible

Retours d’expérience positifs :
- la combustion est bonne, il n’y a pas de fumée sauf au démarrage
- on obtient de l’eau bien chaude avec 100 % d’énergie renouvelable

Retours d’expérience mitigés :
- le temps de chauffe est long
- l’eau reste chaude pendant 48h mais comme la chauffe est longue, on aimerait qu’elle reste chaude plus longtemps. Nous allons isoler le chauffe-eau et le local.

Améliorations possibles :

- Créer un local abrité du vent pour le rocket-chauffe-eau (nous sommes en train de le faire)
- Sur-isoler l’accu-gaz. L’isolation incluse autour du volume d’eau n’est pas suffisante
- Essayer d’augmenter la section des conduits d’alimentation et de combustion pour avoir plus de puissance et réduire le temps de chauffe.
- Essayer de faire passer la chaleur dans le conduit central de l’accu-gaz ET autour du volume d’eau. Cela implique de démonter l’isolation de l’accu-gaz et de construire un conduit autour de lui pour faire revenir les fumée chaudes autour du ballon.

Si vous avez expérimenté chez vous, n’hésitez pas à nous transmettre vos retours pour qu’ils soient publiés et qu’ils profitent à tous !

A vos truelles ! Plus on sera nombreux à essayer, plus l’efficacité progressera.

Les Terres Pailleux de la Courdémière

Nous venons de construire notre premier Batch Box Rocket Stove pour ce que ça intérèsse, une évolution du rocket stove de masse :
https://www.youtube.com/results?search_query=batch+box+rocket+stove

Sources :
- site de Benjamin Broustey : www.permaculturedesign.fr
- lien de téléchargement du manuel « Rocket_Mass_Heaters-Superefficient_Woodstoves_YOU_Can_Build » 

  • Le 9 février 2014 à 22:10, par benoit

    Bonjour,
    Travaillant sur un projet de chauffe eau bois, je parcours la toile à la recherche d’expériences des internautes.
    Après avoir parcouru votre autoconstruction du chauffe eau bois, je pense que votre montage présente un défaut :
    En démontant le bruleur gaz du chauffe eau je me suis rendu compte qu’il était doté d’un "répartiteur" de flamme, ce petit cylindre métallique pourvu de fentes qui a pour rôle d’orienter les flammes vers les parois de la chambre de combustion.
    Le tirage d’un rocket stove est tel que la flamme est aspiré dans le conduit, je pense donc que votre rendement est bien plus faible qu’il ne devrait, il suffirait de rajouter ce "répartiteur" afin que les flammes viennent lécher les parois de la chambre du ballon.
    Si vous le souhaitez je peux vous faire part de mes résultats une fois ma construction terminée.
    Merci pour votre site que je trouve génial.
    Bien à vous,
    Benoit

    • Le 27 février 2014 à 10:45, par Violaine

      Merci pour ce commentaire.
      Sur le principe, je suis d’accord.

      Dans la pratique, il se trouve que le rocket chauffe-eau n’a pas les proportions idéales d’un rocket stove de masse. Donc, si vous mettez un obstacle (répartiteur de flamme) dans le conduit élévateur de chaleur, le tirage sera réduit voire insuffisant selon le montage. Un tirage réduit induit une baisse de rendement.

      Toutefois, peut-être que cette diminution de rendement est compensée par le fait que les flammes lèchent la coupole du ballon. Seule l’expérience le dira. Alors, bien sûr, nous serions curieux de savoir si cette modification porte ses fruits.

      Violaine

      • Le 15 mars 2014 à 22:47, par benoit

        Bonjour,
        J’effectue actuellement mes tests avec un montage à blanc.
        J’ai réalisé un rocket avec une bouteille de gaz comme on en voit sur le net, avec quelques modifications (dont le répartiteur de flamme). L’accu gaz 150l est pour le moment tout simplement posé sur le rocket et sans toute l’isolation que je souhaite y apporter.
        Premier test :
        Elévation de la température de l’eau de 12.9° à 72° en 4 heures. J’avais confectionner une cassette qui s’encastrait dans le rocket déja chargée de bois, le problème est que la poignée limitait l’accès et la quantité de bois. J’avais , en plus du répartiteur de flamme, laissé le répartiteur de fumée qui équipait le chauffe eau gaz d’origine. Au bout d’une heure je l’ai retiré et ai pu constaté que mon tirage en était considérablement augmenté. J’ai utilisé du bois de palette, ça brule trop vite et faut rester constamment devant.

        Second test :
        J’ai retiré la fameuse cassette. Puis j’ai chargé de petits bois et de deux buches de 8cm de diamètre (chêne) . Température de l’eau à l’allumage 18.9°. Mon répartiteur de flamme toujours en place. résultats : une eau à 63° au bout d’une heure et demi, j’ai repoussée le reste des buches dans le fond, rajouter un peu de bois de palettes et obtenu 70° au bout de deux heures.

        Je suis satisfait du second test, car le premier exigeait une présence constante, alors que je n’ai fait que quelques controles durant le second test.
        Avez vous monté un doigt de gant pour y mettre la sonde ? Pour mes test j’ai juste plongé la sonde au fond du ballon.
        Comment puis je faire pour vous laisser quelques photos ?

        merci a bientot
        benoit

        • Le 29 mars 2014 à 15:47, par Violaine

          Bonjour Benoît

          Ton précédent message est très intéressant. Merci pour ton témoignage.

          Pour la mesure de la température, nous avons réutilisé l’emplacement prévu à cet effet de l’accu gaz. Nous avons acheté un petit thermomètre digital à sonde que nous avons glisser dans l’emplacement. Il s’agit d’un doigt de gans positionné à la base de l’accu gaz et qui remonte jusqu’à la moitié de la hauteur environ.

          Pour les photos, je ne sais pas trop, j’en parle avec Pascal et je te dis quoi.

  • Le 3 janvier 2015 à 16:23, par gael paille

    Merci a vous pour cette superbe expérience .

    Pour ma part s’est à l’occasion de notre éco festival (voir notre cite" ATN éco errance") que la demande en "ECS" écologique s’est fait incontournable suite au déboires de la vaisselle auto-gérer .
    je suis le plombier de la bande , et je vous avoue que fournir de l’eau chaude pour plus de 1000 personne pour que chacun lave son assiette et ces couverts....il faut un cumulus qui assure !

    Mes petites recherches mon mené droit à vous et je vous soumet donc ma petite critique :

    les briques réfractaires me semble ici inutile , trop d’inertie , inexorablement elle cumulent des calories qui seront restitué par rayonnement dans la pièce et jamais dans l’eau .
    Je trouve plus judicieux de concentré la chaleur sur le tube de l’accumulateur par une chambre de combustion en tube d’ acier, isolé a la cendre par exemple.

    j’ai opté non pas pour un accumulateur gaz mais pour un ballon échangeur de recyclé , un trou à la scie sauteuse en haut et en bas , un tube au milieux et deux soudures .
    Bon , je saie , il fait être plombier , s’est pas a la porté de tous, mais sa me permet de choisir mon diamètre de cheminée et de chambre de combustion , en prime je me garde l’ échangeur du ballon pour une partie solaire thermosiphon .

    Pour un maïeur rendement il faut provoqué un maximum de surface d’échange sur les paroirs du chauffe eau , je trouve l’idée d’une cloche de combustion intéressante,mais elle sera au détriment de l’isolant après la combustion .

    Toujours après la combustion il serai sage de pouvoir fermé la cheminée pour ne pas faire un échange inverse ,s’est problème récurent sur les installation de chauffe-eau accumulateur gaz sanitaire.
    J’espère ne pas avoir été trop flou et merci pour votre beau travaille, désolé pour les fautes . écologiquement gael

    • Le 2 mai 2015 à 08:13, par Violaine

      Merci pour ces observations.
      Tiens nous informé des résultats que tu obtiens avec ton chauffe eau rocket.
      C’est vrai que l’on a, nous aussi, pensé à souder un tube dans un ballon mais, nous n’avions pas la compétence pour le faire.
      Violaine

      • Le 18 décembre 2015 à 17:17, par petit pierre

        bonjour je cherche a aménager un rocket chauffe eau dans mon camion... donc je vais en faire plus petit. auriez vous des conseil sur la taille, le passage de toit etc... merci a vous.

  • Le 28 mai 2016 à 11:04, par petit pierre

    bonjour je voulais savoir si je pouvais utiliser un cumulus de 100litres avec une résistance en sont centre pour pouvoir faire se rocket ???

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