Poêle avec circuit d'eau pour le chauffage de la maison : particularités du chauffage par poêle + choix de l'option optimale

Le bois et le charbon restent dans de nombreuses régions les combustibles les plus accessibles, avec lesquels sont chauffées les maisons individuelles. Cependant, le chauffage par poêle n'est pas choisi uniquement pour le faible coût et l'accessibilité de l'énergie, mais aussi pour le faible prix de son installation.

Cependant, en plus de nombreux avantages, un poêle avec circuit d'eau pour le chauffage de la maison présente également de nombreux inconvénients. Ce n'est pas toujours la meilleure option. Essayons de comprendre les nuances d'un tel système de chauffage.

Spécificités du chauffage à base de poêle

Le chauffage par poêle est la norme dans les villages russes, dont la fiabilité et la praticité sont éprouvées depuis des siècles. Et aujourd'hui, dans de nombreuses maisons villageoises, on trouve des poêles avec une plaque de cuisson et un four pour cuire le pain.

Certains d'entre eux sont équipés d'un circuit d'eau du système de chauffage, d'autres non. Mais les propriétaires de logements ruraux ne se précipitent pas pour les jeter et les remplacer par des chaudières modernes. On n'a pas encore inventé de méthode de chauffage plus fiable et sans problème.

Sans circuit d'eau dans la maison, un poêle à bois ne peut chauffer qu'un petit espace autour de lui. Pour chauffer une ou deux pièces, cette option est acceptable, mais pour une grande maison, non.

Comme combustible dans de tels poêles villageois, on brûle :

• charbon ;
• tourbe ;
• bois ;
• briquettes (bûches reconstituées).

Il n'y a pas de différence fondamentale entre ces types de combustible du point de vue de la structure intérieure du poêle et du circuit du système de chauffage par eau dans la maison individuelle. Certains fournissent plus de chaleur, d'autres brûlent plus longtemps. Mais la conception du foyer et le schéma de distribution des tubes avec caloporteur dans les pièces sont identiques dans tous les cas.

En faisant le choix du chauffage par poêle, il ne faut pas oublier les normes de sécurité incendie pour la construction de poêles en brique – seul leur respect strict permettra de réduire le risque d'incendie au minimum.

Parmi les avantages du chauffage par poêle, on compte :

• absence de dépendance à la présence d'électricité dans le réseau ;
• coût relativement faible de l'installation du système de chauffage ;
• faible coût du combustible solide et possibilité d'utiliser différents types de celui-ci ;
• simplicité extrême d'utilisation ;
• une longue restitution de la chaleur (pour les constructions en brique);
• polyvalence – convient à la fois pour le chauffage et la cuisson des aliments.

Si une maison individuelle ne peut pas être raccordée au gaz de ville, le poêle à bois sera le meilleur choix pour son chauffage.

La seule exception est lorsque le charbon ou le bois ne sont pas disponibles dans une région donnée. Mais en Russie, cette situation est plutôt l'exception que la règle.

Les deux principaux inconvénients des poêles avec circuit d'eau sont l'impossibilité d'automatiser le fonctionnement et la difficulté de réguler la chaleur dans les pièces individuelles.

Parmi les autres inconvénients du chauffage par poêle, il faut mentionner :

• un long préchauffage du système avant le début de la restitution de chaleur ;
• une perte importante d'espace utile dans la maison en raison de la masse du poêle ;
• le poids élevé de la structure du poêle en brique ;
• un faible rendement en raison d'une perte importante de chaleur dans la cheminée ;
• un risque élevé d'incendie en cas d'utilisation incorrecte.

Un poêle en brique de chauffage et de cuisson pour une maison individuelle avec chauffage à eau peut peser de 1,5 à 10 tonnes selon la conception et le nombre de rangées. À cela s'ajoute le poids de la cheminée.

Les fondations nécessaires pour une telle masse doivent être solides et coûteuses, ce qui peut également être considéré comme un inconvénient des systèmes de chauffage en question.

Structure du chauffage par poêle à eau

Idéalement, le poêle pour le système de chauffage considéré doit être conçu et construit en même temps que la maison. Si le bâtiment résidentiel est déjà construit, il sera difficile d'y installer un poêle en brique. Et souvent, cela s'avère même impossible en raison de la nécessité de réaliser des fondations solides et de reconstruire la charpente du toit.

Un poêle pour le chauffage à eau dans une maison individuelle peut être réalisé non seulement en brique, mais aussi en acier, sous la forme d'un poêle à bois avec des tubes d'échange thermique autour du foyer pour chauffer le liquide de refroidissement.

Le chauffage à eau basé sur un poêle se compose de :

• du poêle lui-même (métallique ou en brique) ;
• d'un échangeur de chaleur à l'intérieur ou autour du foyer du poêle, ainsi que sous forme de serpentin autour de la cheminée ;
• d'un circuit réparti dans la maison avec un liquide de refroidissement et un vase d'expansion dans le grenier.

Dans certains cas, ce système de chauffage est également complété par une pompe de circulation et un accumulateur hydraulique. Cependant, cette version étendue est très rarement utilisée, car elle nécessite une alimentation électrique ininterrompue et entraîne un surcoût de l'ensemble du schéma.

Mais le principal avantage du chauffage à eau par poêle est le faible coût du dispositif. Il ne vaut pas la peine de le compléter avec des éléments coûteux et sujets aux pannes.

Schéma de circulation de l'eau dans le circuit

Le système de chauffage à eau dans les maisons est conçu avec une circulation naturelle (gravitationnelle) ou forcée du liquide de refroidissement. S'il est basé sur un poêle à bois, il est préférable d'opter pour la première option.

Le schéma de distribution à circulation naturelle de l'eau est moins cher que son homologue à circulation forcée et, contrairement à ce dernier, ne nécessite pas d'alimentation électrique.

Il est recommandé d'installer un chauffage par poêle à eau uniquement dans les maisons à un étage d'une superficie allant jusqu'à 150 m². Dans ce cas, il peut être réalisé par gravité sans pompes supplémentaires.

S'il est nécessaire de chauffer un cottage de deux étages ou plus, il est préférable de le faire à l'aide d'une chaudière plus puissante. Pour de telles constructions, il faudrait construire un poêle tout simplement immense, ce qui serait coûteux à réaliser. De plus, il faudrait y charger à chaque fois des volumes de combustible considérables. Et une telle pratique est fortement déconseillée en raison de l'augmentation des risques d'incendie.

Le système classique de chauffage par poêle à circulation naturelle de l'eau se compose de :

• d'un échangeur de chaleur intégré au poêle ;
• d'un circuit de tuyauterie métallique ;
• de radiateurs (généralement remplacés par des tuyaux épais dans les pièces) ;
• d'un vase d'expansion.

Si vous décidez de réaliser vous-même le chauffage à eau dans une maison de campagne, il est préférable de le concevoir selon ce schéma. L'installation et le calcul de cette variante sont plus simples à effectuer qu'avec une circulation d'eau forcée.

Un système avec pompe de circulation convient mieux aux chaudières ; basé sur un poêle, il perd son efficacité accrue en matière de transfert de chaleur.

Si le chauffe-eau est automatisé et chauffe l'eau en permanence selon les besoins, le poêle à bois n'est allumé qu'une ou deux fois par jour. C'est à ces moments que le caloporteur dans le foyer du poêle se réchauffe pour restituer la chaleur dans les pièces. Ensuite, le faire circuler par la pompe dans les tuyaux du circuit n'a pas de sens. De toute façon, rien ne chauffera l'eau dans le foyer froid.

En choisissant un poêle à bois ou à charbon, les propriétaires de maisons individuelles comptent généralement obtenir un système de chauffage autonome. Si l'on y installe un équipement de pompage nécessitant une alimentation électrique pour fonctionner, il sera difficile de parler d'autonomie.

Poêle – en brique ou métallique

Un poêle en brique met plus de temps à chauffer, mais il restitue aussi plus longtemps la chaleur à l'espace environnant. Son équivalent en acier, en revanche, chauffe rapidement et refroidit tout aussi rapidement après la combustion du combustible. Ce problème est partiellement résolu par la présence de grands volumes de caloporteur dans le circuit d'eau.

Cependant, plus il faut stocker d'eau dans le système, plus celui-ci devient coûteux en matériaux.

Un poêle à bois métallique avec serpentin à eau pour le circuit de chauffage peut être installé directement sur un plancher en bois dans les maisons individuelles, sans aménagement de fondation spéciale.

Poêle en acier pour chauffage à eau d'une puissance de 5 à 15 kW – sans combustible ni eau, c'est une structure pesant 100 à 300 kg. Un tel poêle peut être installé sans risque sur des solives renforcées. Les fondations du poêle doivent être coulées lorsque le poêle pèse plus de 700 à 800 kg. S'il est en brique, alors on ne peut pas se passer de travaux en béton.

Comparé à un poêle métallique, un poêle en brique pèse plus lourd, coûte plus cher et est plus complexe à installer. Cependant, son rendement est plus élevé et les risques de gel du circuit avec rupture des tuyaux dus à la formation de glace à l'intérieur sont moindres. Si l'on décide de faire les choses en grand pour soi et pour une résidence permanente, il est recommandé d'opter pour la version en brique.

Tuyaux – inox ou métal-plastique

Si le système de chauffage est basé sur une chaudière à eau chaude, son raccordement peut être réalisé non seulement avec des tuyaux en acier, mais aussi en métal-plastique et en polypropylène. Cependant, si l'eau est chauffée par un poêle à bois, le circuit avec le fluide caloporteur doit être réalisé uniquement en inox.

Avec une grande charge de bois, l'eau dans le serpentin du foyer du poêle peut rapidement chauffer jusqu'à 100 degrés et bouillir ; de telles températures ne peuvent être supportées longtemps que par l'acier.

Le métal-plastique est conçu pour fonctionner avec un fluide caloporteur chauffé à 90–95 °C. Il peut supporter brièvement une chaleur allant jusqu'à 110–120 °C. Cependant, l'automatisme des chaudières et des chauffe-eau ne permet pas à l'eau d'atteindre de telles températures. Pour les planchers chauffants, elle est chauffée à 30–45 °C, et pour les radiateurs à 60–65 °C.

Cependant, dans le cas d'un poêle à bois, des températures proches de cent degrés ne sont pas seulement possibles, mais loin d'être rares. Il n'est pas recommandé de prendre des risques et de jouer à la roulette russe en raccordant ce poêle avec des tuyaux en métal-plastique. Il est préférable d'opter pour un acier inoxydable plus fiable.

De plus, les raccords sortant du foyer depuis le serpentin pour le branchement des tuyaux du circuit chaufferont certainement à des températures très élevées. Ils sont séparés du feu ouvert de moins d'un demi-mètre. Raccorder des tuyaux en plastique à ceux-ci est dangereux en raison du risque de fusion de ces derniers.

Transfert de chaleur – radiateurs ou registre

L'apport de chaleur du poêle au circuit de chauffage se fait par à-coups pendant plusieurs heures, tant que le bois ou le charbon brûle dans le foyer. S'il y a peu d'eau dans le système de chauffage, la maison se refroidira rapidement. C'est pourquoi, dans les villages, ce type de chauffage est généralement réalisé avec des tuyaux en acier épais, plutôt qu'avec des radiateurs plus familiers pour les citadins. Le registre de chauffage pour les poêles à bois est tout simplement idéal.

Le schéma classique du chauffage au poêle à eau avec circulation naturelle implique un contact direct de l'eau avec l'atmosphère via le vase d'expansion, mais l'air dans le fluide caloporteur est contre-indiqué pour les radiateurs ordinaires.

Un tuyau en acier inoxydable de diamètre 80 à 120 mm posé dans la maison constitue un registre de chauffage, composé d'une conduite d'alimentation depuis le poêle et d'un retour vers celui-ci. Dans la pièce la plus éloignée du foyer, ces conduites sont raccordées en une seule, tandis que dans les autres pièces, elles sont disposées en deux canalisations le long des murs extérieurs.

Le registre n'a pas l'air aussi esthétique qu'un radiateur. En revanche, la première option est beaucoup moins chère et plus facile à fabriquer soi-même que la seconde. Pour la réaliser, il suffit d'avoir de l'expérience avec un poste à souder.

La surface de transfert thermique pour un tel circuit se calcule en multipliant le nombre PI par le diamètre et la longueur du tuyau. De plus, il faut prendre en compte dans les calculs la pression thermique dans l'alimentation et le retour, ainsi que la distance verticale entre les canalisations.

Cependant, souvent ces calculs ne sont pas effectués ; on prend un tuyau de diamètre 80 à 100 mm et on le pose le long du périmètre de tout le bâtiment résidentiel, en le bouclant dans la pièce la plus éloignée. Le réglage du transfert thermique se fait alors « à l'œil » et empiriquement en ajoutant une certaine quantité de combustible dans le foyer.

Ce n'est pas pour rien que les circuits constitués de registres associés à des poêles à eau sont si répandus. Il n'est même pas nécessaire de les calculer, il suffit de prendre un tuyau approprié et de le souder.

Nous choisissons l'échangeur de chaleur pour le foyer

L'échangeur de chaleur pour le poêle peut être fabriqué en cuivre, en acier ou en fonte. Il vaut mieux exclure d'emblée l'option en cuivre en raison de son prix élevé. Souder un tel appareil soi-même est extrêmement problématique.

Il faut installer les radiateurs en fonte à l'intérieur du foyer avec prudence – en raison du choc thermique, certaines de leurs sections peuvent se détacher des éléments voisins

La fonte surpasse l'acier en termes de paramètres techniques. Cependant, fabriquer de ses propres mains un échangeur de chaleur pour un poêle à bois à partir de fonte est problématique. On peut seulement utiliser une vieille batterie pour cela. Mais il faut tenir compte du fait que le joint entre ses sections brûlera dans le foyer. Cela mène directement à une perte d'étanchéité et à une fuite d'eau dans la chambre de combustion.

Si l'on décide de fabriquer l'échangeur de chaleur à partir d'un radiateur en fonte, il est préférable de prendre les modèles MC-110-300 ou MC-90-300. Ils sont petits et se placent facilement dans le foyer. Leur surface de chauffe pour chaque ailette sera d'environ 0,14 à 0,16 m².

À partir de ces chiffres, on peut estimer le nombre de sections nécessaires pour un circuit donné. Pour chaque 10 m² de surface de maison, il faut 1 kW, ce qui correspond approximativement à 0,1 m² de surface de chauffe de l'échangeur en fonte.

Les ailettes d'un radiateur en fonte sont généralement assemblées à l'aide de joints en caoutchouc thermorésistant. Dans le foyer du poêle, ce joint en caoutchouc brûlera ; il faut le remplacer par un cordon d'amiante

Un autre inconvénient de l'utilisation d'une batterie en fonte comme échangeur de chaleur est la difficulté de la nettoyer de la suie à l'intérieur du foyer. De temps en temps, la chambre de combustion doit être nettoyée, et les nervures en relief de la « fonte » gêneront considérablement cette opération.

La meilleure option d'échangeur de chaleur est en acier, sous forme :

• d'un serpentin composé de plusieurs tubes ;
• d'une chemise en tôle d'acier.

Ils sont fabriqués en acier à faible teneur en carbone St10…St20 d'une épaisseur de 4 à 5 mm. Si l'on prend des tubes, leur diamètre est de 30 à 50 mm.

Il est plus simple de fabriquer un échangeur de chaleur en acier à partir de tôle d'acier – cependant, seule la surface tournée vers l'intérieur du foyer, vers le feu, participera à l'échange thermique.

La version tubulaire est plus efficace en termes d'échange thermique, mais sa fabrication est plus laborieuse.

Pour le calcul de l'échangeur de chaleur, il convient d'utiliser la formule :

Qy=K*(Tcp-Tk)

où :

• K – coefficient de transfert thermique du matériau (pour les aciers à faible teneur en carbone, on prend 15–20, et pour la fonte grise – 50);
• Tcp – température moyenne du milieu chauffant dans le foyer (Tmax+Tmin)/2 ;
• Tk – température moyenne du caloporteur (Tdépart+Tretour)/2.

Si l'on brûle du bois dans le poêle, alors Tcp=(700+300)/2=500 °C et Tk=(80+60)/2=70 °C. Finalement, Qy=15*(500-70)=6450 kcal/h. Cela signifie qu'un mètre carré de surface d'échangeur tourné vers le feu fournira environ 7,5 kW/h.

Pour le charbon, les calculs sont les suivants – Tcp=(1000+600)/2=800 °C et Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10 950 kcal/h = 12 734 W/h. Un mètre carré de surface d'échangeur donnera environ 12,7 kW/h.

Ensuite, on divise la puissance nécessaire au chauffage d'une maison donnée par le chiffre calculé, en fonction des prévisions d'utilisation d'un type de combustible ou d'un autre.

Par exemple, pour un cottage de 150 m², il faut environ 15 kW. S'il est chauffé au bois, il faudra un échangeur de chaleur avec une surface d'échange de 15/7,5 = 2 m². C'est la surface qui est tournée vers la flamme et qui chauffe.

Si l'on choisit un serpentin tubulaire, sa longueur se calcule selon la formule :

S=2*3,14*D*L

où :

S – surface calculée ;

D – diamètre des tubes ;

L – longueur nécessaire.

Les paramètres d'une chemise en tôle d'acier sont encore plus simples à calculer ; elle se compose généralement de deux rectangles sur les côtés de la chambre de combustion.

Choix de l'option la plus optimale

Dans une maison déjà construite, il est difficile d'installer un poêle en brique massif. Dans ce cas, il est préférable d'organiser le chauffage à eau sur la base d'un poêle métallique, qu'il est permis d'installer sur un plancher en bois renforcé sans couler de fondation.

Cependant, s'il est possible de réaliser une fondation correcte, il faut privilégier une construction de poêle en brique plus fiable.

Le circuit d'eau dans la maison pour un poêle à bois est préférablement réalisé en tubes d'acier épais et avec une circulation naturelle du caloporteur.

L'installation d'une pompe de circulation et/ou d'un accumulateur hydraulique dans le circuit de chauffage en question est une perte d'argent et n'apporte aucun avantage supplémentaire. Ils ne feront que compliquer l'installation du système. Et en cas de coupure de courant, ces appareils créeront même des problèmes. Alors qu'une option de chauffage sans eux continuera à chauffer la maison sereinement en cas de problèmes de réseau électrique.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Choix de la forme de l'échangeur de chaleur pour un poêle à bois :

Aperçu d'un poêle en brique pour le chauffage à eau dans un cottage :

Description d'un poêle en brique de chauffage et de cuisson avec analyse de l'ordonnancement de la construction :

Il est difficile de qualifier le chauffage à eau basé sur un poêle à bois d'idéal et de très efficace. Mais cette option de chauffage pour les maisons individuelles est la plus fiable, ainsi que la moins chère et la plus simple à mettre en œuvre. Il ne faut simplement pas compléter ce circuit avec une pompe de circulation et une automatisation. Elles fonctionnent sur le réseau électrique et rendent tout le système non autonome, annulant ainsi l'un de ses principaux avantages.