Transfert calorique brique réfractaire et air ?

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clasou
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Transfert calorique brique réfractaire et air ?




par clasou » 28/03/12, 13:08

Bonjour ,sans vouloir copier un sujet en cours ,j'ai bac -49 donc la naissance.
Ce que je n'arrive pas a comprendre ,j'ai chercher sur internet j'ai donc besoin d'un exemple simple pas de lien.

Une brique réfractaire stocke 880 joule par kilo ,elle font environ 2.2 kg.
Supposons une surface de cette matière de 300cm 2 n'ayant qu'un point d'échange avec l'air extérieur .c'est a dire entouré sur les autre faces d'un R tellement énorme (style 1500 pour couper court).

Donc je cherche la formule ,mais aussi le calcul en chiffre ,pour savoir combien de temps ,en prenant en compte comme point d'échange.
les 300cm 2 d'échange ,l'air qui est donc en contact avec cette surface est a 20 degré.
Donc quelle est le nombre de joule de calorie transféré en une seconde.
En espérant être compréhensible dans ma question ,ce qui n'est pas toujours mon point fort.
a+claude
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clasou
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par clasou » 28/03/12, 13:10

J'ai oublié en partant du principe que la brique est a 60 degré.
a+claude
ps tiens j'aurai pu éditer bip bip le cerveau :)
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Christophe
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par Christophe » 28/03/12, 14:51

Euh avant de rentrer dans les équations d'échange thermique et de diffusion de la chaleur (dedeleco te les trouvera facilement), c'est quoi le but recherché? Faire du stockage thermique?

L'eau est bien meilleur que n'importe quel matériaux solide (usuel, y a peut être mieux que l'eau).

Tu peux lire ce sujet : https://www.econologie.com/forums/stockage-t ... t9567.html ou faire une https://www.econologie.com/forums/search.php

Car le stockage a été mainte fois vu en long en large et en travers...
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Did67
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par Did67 » 28/03/12, 15:44

Il manquera au moins une donnée : la température de l'air au départ !
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dedeleco
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par dedeleco » 28/03/12, 15:58

Clasou écrit, mais il est très loin de la naissance :

Une brique réfractaire stocke 880 joule par kilo ,elle font environ 2.2 kg

pas assez précis dans les unités car il s'agit de 888J/Kg°C , plutôt 840 sur
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique
(j'y peux rien avec les liens, mais je ne prétends pas réinventer tout même à BAC+40 !!!!, c'est impossible, il faut les mesures ) et avec le passage de 60°C à 20°C pour les 2,2Kg cela représente une réserve calorique de 880x(60-20)x2,2=77,44KJ

qui vont être dissipés sur la surface de 300cm2 de contact avec l'air extérieur, problème de convection thermique très complexe, si on veut être exact, variable suivant où se trouve la brique, dedans, ou dehors avec quel vent, doux ou le mistral à 100KM/h, suivant l'orientation par rapport à ce vent, ce qui change tout, comme clasou a du constater à 49 ans !!

Aussi en évitant les liens BAC+6 à 40 , pour faire simple, la perte est celle de la couche limite d'air immobile en surface sous les courants d'air de convection assez lents ou du mistral rapides.

Cette couche limite isolante a une épaisseur variable entre 5 mm et 1mm environ (avec de la fumée on peut la voir et évaluer cette zone tranquille contre la brique).

Donc si on prend 5mm avec l'air à 0,026W/mK avec encore le lien
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique
cela donne 0,026/(5mm/1000mm)=5,2W/m2K de pertes ou en inverse de R=0,19m2K/W
soit pour 300cm2=0,03m2 une perte au départ avec 60°C-20°C=40°C
de 5,2x40x0,03= 6,24 J/s
Alors si on oublie la variation de l'épaisseur de la couche limite qui augmente avec T se rapprochant de 20°C par diminution de la convection, (effet important qui ralentit à la fin) alors le temps de refroidir avec une courbe de T exponentielle avec le temps sera avec une constante caractéristique de :
77400/6,24=12400s=3,44h
cela est une évaluation simpliste de la T au centre de la brique, mais pas celle apparente en surface, qui diminue bien plus vite.

Le temps change fortement suivant l'épaisseur de la couche limite , peut être moitié 2,5 mm et moins si un peu de vent réduisant à une heure. La convection est très complexe, BAC+10 et plus !!

Et il faut préciser qu'on oublie la diffusion de la chaleur dans la brique (BAC+3 mini), qui fait qu'en surface la température diminue très vite quelques minutes, mais l'intérieur reste chaud grâce à la faible conductivité thermique de la brique qui ralentit, et que j'ai négligé , et qui est d'environ grossièrement une pénétration de 1mm pour 1s , de 10mm pour 100s et de 10cm pour 10000s=2,7h, mais comme la forme et les dimensions de la brique n'ont pas été données, ce ne peut pas être calculé, (compliqué BAC+5 et logiciels ) mais probablement aussi limitant que le contact thermique extérieur, pour cette brique ordinaire..

Pour des briques bien plus grandes, épaisseur du mètre, alors cette diffusion limite tout et pour 3 à 6m, permet de conserver la chaleur des jours et de l'été pour l'hiver.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Conduction_thermique
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clasou
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par clasou » 28/03/12, 16:03

Oui ,bon je ne suis pas a 40 joule / kilo ,surtout que c'est de mémoire.
Bon ,en fait je vais me faire un rocket stove ,donc le but est d'essayer de ne pas faire trop petit ,mais pas non plus un monstre que je n'arriverai pas a faire monter en température.

L'idée n'est pas vraiment d'économiser ,ais c'est surtout le confort ,style faire un feu tous les deux jours.
Mais je viens de réaliser ,preuve que la sieste porte conseil ,que c'est disons l'inverse de la façon de calculer les pertes d'un mur.
donc surface en m2 * différence de température / lambda du matériaux.

a+claude
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par dedeleco » 28/03/12, 16:30

Je déteste lambda car pas clair et source d'erreurs sans les unités !!

Pour être clair et éviter les erreurs, il faut manipuler avec les unités précises lambda W/mK et pas lambda seul , qui ne signifie rien sans ces unités bien précises !!
En écrivant les unités on doit finir en J/s=W
et si lambda est la conductivité thermique en W/mK -pas son inverse) il ne faut pas diviser mais multiplier

perte =W/(mK) /m . m2 .K=W=J/s

perte en W= conductivité thermique (W/(mK) divisée par l'épaisseur d'isolant en m, puis multiplier par la surface m2, puis multiplier par la différence de T en K ou °C et il ne reste que la perte en J/s=W

donc :
surface en m2 * différence de température / lambda du matériaux.
sans les unités ne permet pas de comprendre et de voir les incohérences de ce qu'on manipule.
Il ne faut pas manipuler par coeur, mais comprendre les principes avec les unités.
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par dedeleco » 28/03/12, 16:34

L'idée n'est pas vraiment d'économiser ,ais c'est surtout le confort ,style faire un feu tous les deux jours.

vu les pertes d'une maison typique qui n'est pas un dewar, ni BBC, probablement, il faut environ la tonne voire 2 tonnes de chauffé , typique de poêle de masse.
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clasou
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par clasou » 28/03/12, 16:44

Non ce n'est pas un dewar,ni une bbc bien que elle en est plus si loin que ça.

De toute façon vu la forme du rocket stove ,une tonne ça va vite.
.
Mais mon soucis est disons plus les matériaux que j'utilise ,puisque certain peuvent stocker très haut en température ,mais on un prix contrairement a l'idée du rocket qui est plus de la récup .
Donc voila l ' hypothèse ,mais a bac a sable -10 :cheesy: ,c'est pas toujours évident .
a+claude
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par dedeleco » 29/03/12, 01:30

Pour répondre simplement, on peut prendre à peu près n'importe quoi comme solide, pas cher pour stocker :
argile, brique, terre compacte, verre, sable, galets, calcaire, granit, pas forcément réfractaire (si pas en contact direct avec les flammes, juste les fumées déjà refroidies à 300°C), voire plâtre ou gypse (à moins de 80°C, qui va se désagréger en chauffant trop), avec à peu près la valeur 0,88KJ/Kg°K ce qui donne par tonne chauffée de 20°C à 120°C (différence 100°C) donne stocké :
0,88x100x1000=88000KJ=88000/3600=24KWh/tonne de stockage
Cela a stocké la chaleur de combustion de 6Kg de bois sec à 4KWh/Kg.

Ceci est faible, car ne redonne en 24h que une puissance de 1KW de chauffage et en 8h que 3KW , sur une journée de travail.

Donc il faut bien plus chauffer les pierres ou briques, à 220°C voire 320°C pour avoir 2 à 3 fois plus de réserve et 2 à 3 KW de chauffe sur 24h et du bon de 6KW à 9KW sur 8h, pour une absence d'une journée de travail.

Avec 2 tonnes on doit avoir le double soit 16h à 6 à 9KW de puissance, redonnée, donc la maison restant chauffée convenablement.

Une maison en parpaings et ciment, isolée de l'extérieur a 10 à 30 tonnes et donc a une inertie de 1 à 2 jours naturellement, sans poêle de masse, alors que en bois, bien plus légère, elle a peu d'inertie et le poêle de masse est utile.

Cela fixe les idées, mais on stocke assez peu par tonne !!
et par Kg presque rien.
L'eau stocke 4,75 fois plus pour le même poids, mais refuse de dépasser 60 à 80°C soit avec passage de 20 à 70°C (50°C de variation) que 2,37 fois plus que les briques ou pierres chauffée à 120°C, et quasi identique si chauffées à 220°C.

Donc l'eau, avec réservoirs chers, n'est pas intéressante pour stocker cette chaleur.

Avec la paraffine ou autre truc à changement de phase, on stocke plus mais guère plus de 5 fois, pour des produits très chers ( 1000 à 2000€ la tonne, voire bien plus), par rapport à de l'argile gratuite prise sous terre.

voir pour vue d'ensemble et pas beaucoup mieux à moins de 200°C sans de grosses difficultés à longue durée (voir sels hydratés comme gypse, CaCl2 ) :
360KJ/l=0,1KWh/litre=100KWh/m3 (m3 à 1,4 à 2,6 tonnes )
https://www.econologie.com/forums/post210883.html#210883
http://www.bine.info/hauptnavigation/pu ... el=1436%29
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