Efficacité et classement de poêles

Chauffage au bois 1980

Chauffer une maison avec un "Franklin" ou avec un poêle moderne, ne fait vraiment pas de différence, pourvu qu'on soit confortable...?

C'est vrai, sauf qu'il est probablement plus intéressant de chauffer la même maison avec cinq cordes de bois plutôt qu'avec huit! De plus, un poêle efficace sera en général plus sécuritaire et donnera plus facilement une attisée de huit heures.

Mais qu'est-ce qui rend un poêle efficace?

Y a-t-il des caractéristiques qui permettent de différencier un poêle efficace d'un autre qui ne l'est pas?

L'EFFICACITÉ:

Nous définissons d'abord un poêle efficace comme celui qui extrait toute l'énergie possible du bois et qui en transfère ensuite le maximum à la pièce. Nous considérons donc séparément ces deux aspects:

extraction de l'énergie du bois ou efficacité de combustion et transmission de la chaleur dans la pièce ou efficacité de transfert de chaleur.

A - Efficacité de combustion:

Pour obtenir le maximum de chaleur du bois, le poêle doit être construit et opéré de façon à obtenir une combustion complète du bois.

Cela implique que tout le carbone dans le bois est transformé en bioxyde de carbone et que tout l'hydrogène devient de l'eau. Les gaz d'échappement seraient alors des plus propres et toute l'énergie de combustion dans le bois serait dégagée en chaleur.

Pour arriver à ce point, il faut que tous les produits de décomposition du bois se retrouvent à une haute température et qu'ils soient mélangés a beaucoup d'oxygène. Une poignée de sciure de bois sèche lancée dans un foyer qui flambe à feu vif tend à brûler de cette façon. Ces particules de bois ne produisent presque aucune fumée dans leur combustion "explosive".

Cependant, si nous analysons la fumée qui sort d'un poêle à bois, nous voyons qu'il y reste encore un peu de composés combustibles.

En ce qui a trait à l'opération du poêle à bois, on peut dire que moins on fournit d'air au feu, plus il est étouffé, moins la combustion est complète.

Par ailleurs, l'efficacité de combustion s'améliore quand on augmente la température, qu'on laisse entrer un certain excès d'air et qu'on ralentit les gaz dans la chambre de combustion.

Dans un poêle à bois bien construit, une doublure en brique à feu, en fonte ou en acier permet de maintenir une haute température dans la chambre de combustion, en plus de protéger les parois.

Un déflecteur sert aussi à ralentir les gaz et à maintenir une plus haute température dans la chambre de combustion.

Un léger excès d'air est aussi nécessaire pour que l'oxygène entre en contact avec les produits de décomposition du bois dans tous les coins de la boîte à feu.

Diag.2-1 Un déflecteur sert à ralentir les gaz dans la chambre de combustion et à empêcher l'accès des flammes dans le tuyau de raccordement.

Dans presque tous les poêles, l'efficacité de combustion du bois est cependant assez élevée, c'est-à-dire de l'ordre du 95%.

Lorsque les entrées d'air d'un poêle étanche sont fermées, pour un feu très lent, cette efficacité peut représenter 80% à 90% de l'efficacité d'une combustion complète.

Exceptionnellement, lorsqu'un poêle est presque scellé et qu'il opère sans flamme, cette efficacité pourrait représenter de 70% à 80%.

Les pertes de chaleur dues à une combustion incomplète sont donc importantes. La combustion complète est surtout importante pour la sécurité, car moins la combustion est bonne, plus les dépôts de créosote augmentent et par conséquent les risques de feu de cheminée.

B - Efficacité de transfert de chaleur:

Si les vieux poêles peuvent se vanter de souvent atteindre une meilleure efficacité de combustion, il n'en est pas de même pour l'efficacité de transfert de chaleur, leur chaleur élevée étant en grande partie perdue par la cheminée.

Pour qu'un poêle soit réellement efficace la chaleur maximale tirée du bois doit aussi être transférée le plus possible à la maison.

Plusieurs facteurs collaborent à ce transfert: la conductivité des matériaux, la grandeur de surface de transfert, la différence de température et le temps de contact. Regardons comment ces différents éléments se retrouvent dans un poêle à bois.

1) Conductivité:

Plus la conductivité des matériaux est élevée, meilleur est le transfert de chaleur. Une poignée de poêlon, en bois ou en plastique, sera moins chaude qu'une poignée en métal.

Une boîte à feu. entièrement doublée de briques laissera passer la chaleur moins vite. Plus haut, nous avons insisté sur la doublure de brique ou de métal. Cette doublure favorise la combustion mais n'est pas très bonne pour transférer la chaleur.

La partie du poêle au-dessus de la chambre à combustion doit donc être de métal simple, pour présenter une surface à haute conductivité de chaleur. Un foyer en maçonnerie n'a pas cette conductivité.

Diag. 2-2 Conductivité des matériaux: Une doublure de brique à feu dans un poêle à bois favorise la combustion mais n'est pas très bonne pour transférer la chaleur (comme un foyer). La partie du poêle au-dessus de la chambre de combustion étant de métal simple, présente une surface qui transfert très bien la chaleur.

2) Surface de transfert:

Plus la surface est grande, meilleur est le transfert de chaleur. Sur un grand élément, une tasse d'eau bouillira plus vite dans une grande marmite que dans une petite marmite.

Plus les gaz de combustion et l'air de la pièce pourront lécher une grande surface du poêle, plus la chaleur sera transférée à la maison. La marche des poêles à étage ("step-stove") augmente la surface de transfert. Il faut cependant se rappeler qu'une trop grande chambXH à<L COmbuU>tÀ.on ne garde pas un feu assez chaud. Une façon de contourner ce problème consiste à séparer la chambre de combustion de l1 ëchangzuA de, chaZzuÂ., soit simplement par l'installation d'un dé^tecteuA comme dans les poêles à passage en "S" (voir p. 18) soit par l'addition d'une unité séparée qui sert d'échangeur de chaleur comme dans les poêles à cylindre d'acier

Diag. 2-3 Surface de transfert ; plus les gaz de combustion et l'air de la pièce pourront lécher une grande surface du poêle, plus la chaleur sera transféré à la maison.

3) Différence de température:

 Plus la différence de température est grande, meilleur est le transfert de chaleur. Une marmite d'eau chauffera plus vite sur un élément dont la température du poêle sera élevée, plus il y aura de chaleur transmise à la pièce.

Une autre façon d'augmenter la différence de température entre le poêle et l'air, consiste à garder de l'air plus frais en contact avec l'extérieur du poêle en utilisant un ventilateur.

Par contre l'utilisation d'un ventilateur pose certains problèmes:

il ne doit être opéré que lorsque la température des gaz est assez chaude, au-dessus de 200°F (400°F), pour éviter la condensation de la créosote qui se fait en grande partie à des températures inférieures. Cette température peut être mesurée à l'aide d'un thermomètre à cheminée.

4) Temps de contact:

Plus le temps de contact entre les deux surfaces est long, meilleur est le transfert de chaleur. Une marmite d'eau qui n'est pas laissée assez longtemps sur l'élément n'atteindra pas le point d'ébullition. Plus les gaz de combustion séjournent longtemps dans le poêle, plus ils peuvent transmettre de leur chaleur. Un déflecteur allonge le parcours des gaz et donc leur temps de passage dans le poêle.

Diag. 2-4 Différence de température: une plus haute température à l'intérieur du poêle due à un feu intense, assure un meilleur transfert de chaleur.

Diag. 2-5 Temps de contact: un déflecteur allonge le parcours des gaz et donc leur temps de passage dans le poêle.

Ces deux derniers principes sont clairs et assez simples quand il s'agit d'une cuisinière électrique. Pour un poêle à bois, c'est un peu plus compliquée Voyons l'influence d'un excès d'air provenant de l'ouverture excessive des réglages d'air ou d'une mauvaise construction du poêle (diag. 2-6) .

Diag. 2-6 Certains poêles ont plusieurs ouvertures par où s'infiltrent d'énormes excès d'air. Ces entrées d'air qui ne viennent pas alimenter le feu ne font que baisser la température et baisser l'efficacité.

a) jusqu'à un certain point, ouvrir les réglages d'air permet à plus d'air d'atteindre le feu et accélère la combustion. Cela augmente la température des surfaces du poêle et réchauffe davantage la pièce.

b) par ailleurs, si les réglages d'air sont trop ouverts, nous avons un surplus d'air qui ne sert pas à la combustion. Cet air est réchauffé et expulsé, chaud, au dehors.

Tout air qui n'atteint pas la zone de combustion n'augmente pas la température et transporte de la chaleur au dehors. En plus, cet excès d'air réduit la température des gaz dans le poêle. Cette réduction de température intérieure diminue aussi l'efficacité de transfert de chaleur.

Donc après une certaine ouverture des réglages d'air, la quantité de chaleur transmise à la pièce commence à diminuer.

c) en plus cet excès d'air accélère le passage des gaz dans le poêle. Plus les gaz passent vite, moins ils ont l'occasion de transmettre leur chaleur à la maison.

En conclusion, opérer un poêle étanche avec de grands excès d'air donne plus de-chaleur d'une façon instantanée mais baisse l'efficacité totale du poêle. Après un certain point, continuer à ouvrir les réglages d'air diminue la quantité de chaleur donnée à la maison.

Notons que le transfert de chaleur d'un poêle à la pièce environnante ne doit pas être trop complet. Un minimum de chaleur sert à assurer le tirage et à empêcher la condensation des volatiles dans la cheminée.

Pour favoriser une efficacité maximale (combustion efficace et bon transfert de chaleur) le poêle doit respecter les normes suivantes:

(1) une construction étanche: l'air ne peut entrer que par les réglages d'air et les portes ont de préférence un joint d'étanchéité ("gasket")

(2) un bon contrôle sur les réglages d'air.

(3) des briques à feu ou une doublure de métal dans la chambre à combustion.

(4) un déflecteur qui allonge le parcours des gaz.

(5) une superficie en métal que l'on peut définir comme échangeur de chaleur.

(6) un ventilateur utilisé lorsque la température du poêle est suffisamment élevée.

CLASSEMENT DES POÊLES:

Pour classifier les poêles disponibles sur le marché, nous utilisons des catégories déterminées par la configuration du passage d'air dans le poêle, c'est-à-dire par la façon que la fumée voyage après qu'elle laisse le feu pour se diriger vers le tuyau de raccordement.

Voici les catérogies principales.

Passage direct: poêles avec passage de fumée direct du feu à la sortie du poêle.

Passage retardé ou en "S" ; poêles avec déflecteur ou bien échangeur de chaleur.

Passage de coté: poêle avec combustion à tirage de coté.

Passage vers le bas (downdraft): poêles avec combustion à tirage en bas.

En plus de ces quatre catégories, nous abordons les cuisinières les fournaises combinées à l'huile et au bois, les foyers et les poêles encastrables.

A - Passage direct

Dans cette première catégorie on retrouve certains modèles de Valley Comfort, Ashley, Tempwood, Sears, Carmor et autres.

Ces poêles à bois n'ont aucun moyen de retarder la fuite des gaz chauds de la boîte à feu. Ceci occasionne une légère perte d'efficacité. On retrouve les flammes jusque dans le tuyau de raccordement. Cette situation n'est pas des plus sécuritaires.

Diag. 2-7 Poêle à passage de fumée direct: les flammes montent directement dans le tuyau de raccordement. Ces poêles ne sont pas des plus sécuritaires.

B - Passage d'air retardé ou en "S"

Dans cette catégorie on remarque par exemple les JØtul, les MorsØ, les Fisher, les Chaleureux, les Lakewood, le Findlay Conestogo, les Free Flow.

La plupart de ces poêles sont plus efficaces que ceux de la première catégorie, car leur déflecteur ou échangeur de chaleur allonge le parcours des gaz et augmente leur temps de passage dans le poêle. Cela permet un meilleur transfert de chaleur et évite la présence de flammes dans le tuyau de raccordement.

Dans ces deux genres de poêles [avec déflecteur ou échangeur de chaleur on constate que les flammes sont plus concentrées dans le poêle et que les gaz sont retenus plus longtemps que pour les poêles a passage direct. Cela permet une combustion plus complète.

Diag. 2-8 Poêle à déflecteur: le parcours des gaz est allongé pour en augmenter le temps de passage.

Diag. 2-9 Poêle à échangeur de chaleur: une surface supplémentaire augmente le transfert de chaleur à la pièce.

Les poêles à l'intérieur de chacune de ces deux premières catégories se différencient les uns des autres par leur réglage d'air (voir diag. 2-16), leur degré d'étanchéité et le réchauffement, la turbulence et la distribution de l'air qui alimente le feu.

C - Passage d'air de côté

Le Beausoleil (diag. 2-10), l'Olympic Crest, le Riteway 2000, le Héritage et le Canuck appartiennent à ce groupe.

Diag. 2-10 Poêle à passage d'air de côté: les gaz quittent sur le coté, près de la braise.

Ils ont comme particularité que les gaz quittent la chambre de combustion très près des braises et ont plus de chance de brûler, offrant ainsi une combustion plus complète et des gaz d'échappement plus propres.

L'Olympic Crest, le Héritage et le Canuck dévient la fumée et la font voyager dans la doublure du mur arrière pour augmenter le transfert de chaleur.

L'Olympic Crest et le Riteway 2000 ont tous deux une entrée d'air secondaire pour alimenter le feu et faire brûler les gaz de décomposition du bois. Ce système d'air peut être efficace durant le stage de combustion des gaz.

À la fin d'une attisée quand il reste surtout du charbon de bois, cette entrée d'air secondaire introduit un excès d'air. Cela refroidit les gaz et diminue l'efficacité du poêle.

D - Passage d'air vers le bas

Le Vermont Downdrafter (diag. 2-11)se distingue par un système de combustion qui est entièrement renversé. Les gaz s'échappent vers le bas et ils brûlent en passant à travers les braises. Avec un bon lit de braises, dans des conditions idéales, cela améliore la combustion.

Les caractéristiques du Vermont Downdrafter sont intéressantes mais son utilisation efficace nécessite beaucoup de soin et de patience.

Diag. 2-11 Poêle à passage d'air vers le bas: les gaz s'échappent vers le bas et ils brûlent plus complètement en passant à travers les braises.

Les fournaises combinées

La fournaise combinée accouple un brûleur à l'huile (ou un élément électrique) et un brûleur à bois qui se servent d'un seul système de conduits de distribution.

Lorsqu'un chargement de bois achève de brûler et que la température baisse, un thermostat fait démarrer le brûleur à l'huile qui fournit alors le complément de chaleur nécessaire.

Les fournaises combinées que nous avons testées sont les Duo-Matic, les Duo-Heat, Newmac, Intercity et H.S. Tarm. Cette dernière, une chaudière, se sert de l'eau et non de l'air comme agent de transport de chaleur.

Presque toutes les fournaises combinées que nous avons testées fonctionnent avec un trop grand excès
d'air. Ce surplus d'air provient, dans différentes proportions, des portes de chargement et de l'éventail du brûleur à l'huile. Nous avons trouvé cet excès d'air très prononcé pour les Duo-Matic et les Duo-Heat testées.

Diag. 2-12 Fournaise combinée au bois et à l'huile: un seul système de conduits de distribution de chaleur. Désavantage: trop grand excès d'air.

Les cuisinières

Diag. 2-13 Cuisinière à bois: produit une température assez contrôlée pour faire la cuisson mais n'est pas conçue pour assurer le chauffage efficace d'une maison.

La plupart des cuisinières ne sont pas très efficaces. Cela est principalement dû à leur excès d'air. Leurs boîtes à feu sont plutôt petites et peu sont étanches.

Leur but principal est de produire une température assez contrôlée pour faire la cuisson. Elles ne sont pas conçues pour assurer le chauffage efficace d'une maison.

Dans la plupart de ces poêles, on peut faire dévier la flamme et la fumée autour du four, ce qui ralentit les gaz et augmente la surface de transfert de chaleur donnant ainsi une augmentation d'efficacité.

On retrouve actuellement des cuisinières neuves relativement étanches et de bonne construction sur le marché (le Findlay Oval, le Stanley). Leur prix en général est très élevé et ne peut être justifié que si on prévoit s'en servir sur une base régulière.

Si vous possédez une vieille cuisinière, il peut être avantageux d'y faire la cuisson. De toute façon, gardez-la. Elle a une certaine valeur et vous pourriez songer à vous en servir un jour.

Les foyers

Nous ne recommandons pas un foyer pour un chauffage sérieux au bois. Le foyer de maçonnerie, à cause de sa pauvre conductivité (diag. 2-2) et à cause de l'absence de contrôle sur l'entrée d'air, n'est ni pratique, ni économique pour chauffer une maison.

Le foyer en métal préfabriqué, même s'il assure un meilleur transfert de chaleur, ne réussit pas à extraire suffisamment de chaleur du bois. Même avec tous les accessoires coûteux retrouvés sur le marché, l'efficacité d'un foyer ne peut être augmentée suffisamment pour le comparer à de bons poêles.

Si vous avez un foyer et que vous voulez chauffer sérieusement au bois, nous vous conseillons de le fermer et d'installer un poêle efficace devant (diag. 2-14) ou un poêle encastrable. Un poêle à double porte vous permet de voir les flammes tout comme un foyer mais lorsque vous fermez les portes vous bénéficiez d'un moyen de chauffage efficace.

Diag. 2-14 La seule solution sérieuse: fermer le foyer, installer un poêle à bois efficace.

Les poêles encastrables

II existe maintenant sur le marché des poêles encastrables qui sont fabriqués pour s'installer devant
ou partiellement à l'intérieur d'un foyer.

Ces additions offrent une efficacité nettement supérieure à celle du foyer mais moindre que celle des poêles à bois qui ont plus de surface exposée à la pièce. Afin d'assurer un meilleur transfert de chaleur plusieurs poêles encastrables sont munis d'un ventilateur qui récupère la chaleur emprisonnée à l'arrière du poêle.

Si le poêle encastrable résoud le problème de l'inutilité d'un foyer, il occasionne plusieurs difficultés de raccordement à la cheminée du foyer (voir Installation d'un système de chauffage au bois sécuritaire).

Ce classement de poêles ne veut servir que de guide à l'acheteur. Il est bon de se rappeler cependant qu'aucune marque de poêle n'offre une garantie de qualité en soi.

Nous avons rencontré des "citrons" même dans les meilleures marques! II est à noter toutefois qu'un marque renommée et un concessionnaire de bonne réputation sont les meilleures garanties qu'un poêle défectueux sera remplacé ou réparé à la satisfaction de l'acheteur.

Note: Réglages d'air manuels vs réglages d'air à thermostat.

Jusqu'à présent, nous n'avons pas vraiment pu détecter de différence marquée entre la distribution de chaleur dans le temps et l'efficacité d'un poêle à réglage d'air manuel et d'un poêle à réglage d'air à thermostat.

Au début de la combustion, quand un chargement est déposé sur les braises, le contrôle à thermostat laisse le bois flamber pour cinq à dix minutes. Nous préconisons cependant un bon feu pour une période de dix à vingt minutes deux fois par jour pour que la créosote se dépose plus loin dans la cheminée.

On doit par conséquent opérer les deux sortes de poêles manuellement durant cette période de la combustion. Par ailleurs, à la fin du feu, lorsque la température du poêle baisse, le thermostat ouvre grand l'entrée d'air alors que peu d'air est requis pour garder la braise.

On sait qu'une grande quantité d'air ne produit pas un feu beaucoup plus intense mais tend tout simplement à augmenter la perte de chaleur.

On peut cependant dire qu'un poêle à réglage d'air manuel peut donner d'aussi bons résultats qu'un poêle à thermostat, s'il est bien opéré.

Diag. 2-16 a) Réglage d'air manuel.

Diag. 2-16 b) Réglage d'air à thermostat.