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Le BRF
Le BRF
Le BRF, acronyme de Bois Raméal Fragmenté, est composé de bois issus de ramifications fragmentés avec un broyeur. Principalement utilisé en culture bio pour régénérer et enrichir les sols, il recèle un important potentiel thermique que nous avons tenté d'exploité. Effectivement, durant sa décomposition le BRF libère une grande quantité. Il atteint les 60-80°C au bout de 8-10 jours, puis sa température diminue lentement jusqu'à 25°C pendant 1 mois. Elle se stabilise enfin le mois suivant vers 18-20°C.
Ci dessous, vous trouverez deux protocoles expérimentaux permettant de mesurer les performances du BRF selon la taille ou la forme du tas.
Expérience 1 : Établir l’influence de la taille du tas sur la température du système
Faire des tas de tailles différentes
Les disposer sur un grillage dans une caisse calorifugé
Mettre un capteur de température à l’intérieur
Mesurer l’évolution de la température sur 1 mois
Expérience 2 : Déterminer la forme optimale pour la libération de la chaleur du BRF
Prendre deux volumes identiques de BRF
Disposer l’un des volumes en forme de tas sur un grillage dans une caisse calorifugée
Disposer l’autre en plaque en plaques sur le grillage dans une caisse caloriguée
Mesurer la température sur 1 mois
Dans une optique d'optimisation des performances du BRF, nous avons étudié une thèse réalisé par Johann AST, docteur de l'Université Henri Poincaré Nancy I, intitulé Etude de l'évolution des caractéristiques physico-chimiques des plaquettes forestières en fonction des modalités de stockage et de séchage.
Dans cette thèse, Johann AST se propose d'identifier les facteurs impactant la température et l'humidité du BRF à travers divers expériences. Il arrive à la conclusion que ces facteurs sont dans l'ordre la fraicheur, la granulométrie, et la taille. Plus précisément, un tas de BRF frais (moins de 6mois), composé de morceaux fins ou moyens, et d'une taille de 2 à 3m de haut, favorise de hautes températures pouvant aller jusqu'à 70°C.
Le tableau ci-joint est issu de la thèse et résume les résultats des essais de Johann AST. -1 signifie frais, de petite taille, à granulométrie fine, tandis que 1 signifie l'opposé (grande taille renvoyant à un tas de 4-6m de hauteur).
CHAUFFAGE JEAN PAIN
La méthode Jean Pain est une méthode de chauffage ancienne (années 70) mais efficace : cette vidéo démontre son efficacité pour subvenir aux besoins électriques d'une maison entière.
Voici un schéma de notre prototype de chauffage Jean Pain.
Le concept est simple : des tuyaux de cuivre (contenant de l'eau) en circuit fermé sont disposés en serpentin dans le tas de BRF. Ainsi, le BRF réchauffe l'eau, qui passe ensuite dans la serre où à cet endroit les tuyaux sont disposés sous forme de radiateur. L'eau relâche toute son énergie dans la serre pour la réchauffer, puis retourne dans le tas de BRF pour chauffer de nouveau.
Puisque nous avons très peu d'informations sur le BRF et ses capacités en temps que source d'un échangeur thermique, nous avons voulu tester la fiabilité de ce système de chauffage de façon théorique.
Tout d'abord, il faut préciser qu'il y a trois types d'échanges thermiques qui vont nous intéresser : la convection forcée (le vent à l'extérieur), la convection naturelle (à l'intérieur de la serre), et la conduction (dans les murs en verre et papier bulles).
Nous avons décomposé notre serre en plusieurs faces, en supposant que les échanges thermiques par le sol et par les petites surfaces triangulaires du toit sont négligeables. Nous supposons aussi que la conduction est unidirectionnelle, que le régime est permanent, et que la conductivité thermique ne dépend ni de la température ni de la position.
Les étapes de nos calculs sont les suivantes :
Calculer le flux de chaleur sortant de la serre.
Trouver la surface d'échange de tuyau nécessaire pour que l'échangeur puisse compenser le flux de chaleur calculé en 1.
Les formules utilisées dépendent du type d'échange thermique. Elles sont référencées dans le tableau ci-contre.
On trouve un flux total de 17,54W.
Enfin, l'étape 2. On prend le flux trouvé précédemment pour calculer le débit d'eau dans le tuyau. Ce débit est le même côté serre et côté BRF. On prend 22W pour le flux côté BRF car on suppose environ 20% de pertes thermiques.
A droite on peut voir les formules de corrélations pour pouvoir calculer les différents coefficients thermiques.
Et voici la formule pour pouvoir calculer la surface d'échange.
Convection forcée et écoulement plan
Convection naturelle et écoulement dans un cylindre
Voici les deux cas que nous avons étudiés.
Nous trouvons au mieux 77cm de longueur de tuyau. C'est le plus logique, que ce soit pour le modèle ou pour la longueur. Mais 77cm ça reste très petit et donc nous n’avons pas réussi à trouver un résultat réellement concluant.
Les explications que l’on peut donner sont que peut être les corrélations utilisées sont fausses, en tout cas pas applicables à notre cas spécifique. Le modèle utilisé est peut être incorrect aussi puisque la formule pour calculer la surface d’échange n’a pas été définie pour notre cas spécifiquement mais pour un modèle d’échangeur thermique proche au nôtre.
Voici le lien de notre tableur si vous souhaitez accéder à nos calculs.
SIMULATIONS
Pourquoi faire des simulations ? En particulier les simulations nous ont permis de :
Savoir si la physique est bonne avant la construction
Implémenter des solutions avant la construction si les simulations montrent que nos solutions ne sont pas bonnes
Connaître l’ordre de grandeur du temps d’aération de la serre lorsque l’humidité devient trop importante
Simulation humidite
Simulation humidite
Paramètres de la simulation :
Température intérieure : 10°C
Température extérieure : -5°C
Température point chaud : 60°C
Concentration en vapeur d’eau initiale (intérieure) : 1 mol/m3
Concentration en vapeur d’eau initiale (extérieure) : 0 mol/m3
Vitesse d’entrée du vent : 2m/s
Gravité : Incluse
Conclusion : L’humidité s’évacue en moins de 5 minutes.
simulation thermique
simulation thermique
Paramètres de la simulation :
Température intérieure : 10°C
Température extérieure : -5°C
Température point chaud : 60°C
Concentration en vapeur d’eau initiale (intérieure) : 1 mol/m3
Concentration en vapeur d’eau initiale (extérieure) : 0 mol/m3
Vitesse d’entrée du vent : 2m/s
Gravité : Incluse
Conclusion : L’humidité s’évacue en moins de 5 minutes.
CONCLUSION GENERALE : Pour évacuer le surplus d’humidité de la serre, il suffit de quelques minutes d’aération. Le coût thermique de cette aération est acceptable puisque la température de la serre se stabilise EN MOYENNE à 5°C ce qui valide le critère du cahier des charges.
Vous trouverez ici le compte-rendu sur la simulation d'humidité et là le compte-rendu sur la simulation thermique. Ces comptes-rendus sont suffisamment détaillés pour permettre à chacun de reproduire les simulations. On y trouve en particulier :
Une explication du lancement du logiciel
La définition de l’objectif de la simulation
Les détails pas à pas des étapes d’ajustements des paramètres
Une analyse des résultats
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