من مزايا التدفئة بالحطب أن موقدًا واحدًا يكفي لجميع الاحتياجات. فبالإضافة إلى تدفئتنا، يمكن لأجهزة حرق الحطب طهي الطعام، وتجفيف الملابس، وتدفئة أقدامنا الباردة. ولكن ألن يكون من الرائع لو كان بإمكان هذا الصندوق الأسود أيضًا الاستحمام بماء ساخن؟
في الواقع، سخانات المياه المنزلية التي تعمل بالحطب ليست جديدة... فمنذ أكثر من قرن، كانت العديد من المواقد مزودة بخزانات. ومع ذلك، فإن ظهور مواقد الحطب "المغلقة" وأنظمة المياه المضغوطة قد وضع معظم تقنيات التسخين القديمة جانباً، وتم تطوير طرق جديدة تعتمد على دورات مغلقة.
تستخدم معظم ملحقات تسخين المياه مبادلات حرارية مثبتة في غرفة الاحتراق أو مدخنة الجهاز. أفضل مثال تجاري لهذا النهج يعمل بكفاءة عالية. إذا كان الفرن يعمل معظم اليوم، فإنه يوفر الماء الساخن للمنزل بأكمله. مع ذلك، ولأسباب تتعلق بالسلامة، تُصنع هذه الأجهزة غالبًا من الفولاذ المقاوم للصدأ (وهو سلعة باهظة الثمن) ويجب اختبارها تحت الضغط للتأكد من قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية جدًا التي قد تُصادف داخل نظام التدفئة. لذلك، فإن المبادل الحراري الداخلي الجيد يكون باهظ الثمن. أما المبادلات الحرارية المصنعة منزليًا، فهي معروفة بخطر انفجارات البخار الحارقة.
كذلك، قد يكون لاستخلاص الحرارة من موقد الحطب أو مدخنته أثر جانبي غير مرغوب فيه: فاستخلاص الحرارة مباشرةً من النار (باستخدام مبادل حراري في الموقد) يقلل من كفاءة الاحتراق... وإذا تم تبريد نواتج الاحتراق غير الكامل إلى ما دون درجة حرارة تكثفها (سواءً من خلال غرفة الاحتراق أو مبادل حراري في المدخنة)، فقد يتراكم الكثير من القطران. ولا شك أن اجتماع نار المدخنة مع مبادل حراري مملوء بالماء قد يؤدي إلى كارثة.
إدراكًا منا لأهمية توفير وجبات الغداء مجانًا، اتبعنا نهجًا متحفظًا في تصميم ملحق تسخين المياه الخاص بنا لموقد الحطب. فبدلًا من وضع مبادل حراري داخل المدفأة أو المدخنة، قمنا بتثبيته على الجزء الخارجي من حجرة الاحتراق. وبهذه الطريقة، تجنبنا أي تعديلات جوهرية على المدفأة، التي لا تزال معتمدة من قبل مختبرات Underwriters Laboratories. والأهم من ذلك، أن العديد من معايير السلامة التي ذكرناها سابقًا مستوفاة: فدرجة الحرارة خارج غلاف المدفأة لن تؤدي إلى غليان الماء (طالما بقي السائل يدور)، والحرارة المستخدمة لتسخين الماء تُشعّ من المدفأة نفسها، فلا تتسرب أي حرارة زائدة من حجرة الاحتراق.
يتكون ملحق تسخين المياه لدينا من حوالي 15 مترًا فقط من أنابيب نحاسية بقطر 6 مم ملفوفة داخل جدار جاف مملوء بالجبس. تساعد المادة المصنوعة من الجبس على توزيع الحرارة بالتساوي على الملفات، وتسمح للمبادل الحراري بالتلامس المباشر مع جسم الفرن دون ارتفاع درجة حرارته. (نود أن نشكر إد والكنستيك على هذه الفكرة). يتم تثبيت الوحدة بمسامير على جانب واحد من السخان، وتُوصل بسخان مياه مُعاد تدويره سعة 190 لترًا (استخدمنا سخان مياه مزودًا بعنصر تسخين احتراق، ولكنه مُغلف بصندوق عازل للصوت). تمامًا مثل سخان المياه الشمسي المُسبق.
تقوم مضخة بقدرة 10 جالونات في الدقيقة، مثبتة على مصرف السخان، بتدوير الماء عبر الملف وإعادته إلى وصلة "T" أسفل صمام الأمان الموجود أعلى الخزان (هذا الصمام مخصص كإجراء احترازي). يدخل الماء البارد إلى الخزان عبر المدخل العادي، بينما يدخل الماء المسخن بالحطب إلى السخان الكهربائي التقليدي عبر مخرج التسخين القياسي. جميع الأسلاك معزولة جيدًا برغوة عالية الكثافة بسمك بوصة واحدة.
بالطبع، إذا كان الماء يدور باستمرار، فقد تُفقد الحرارة إلى الموقد عند عدم وجود نار مشتعلة. ولمنع ذلك، قام الباحث دينيس بوركهولدر بتركيب أجهزة تحكم تشغيل/إيقاف تلقائية على منظم حرارة مكيف هواء يعمل بجهد التيار الكهربائي، وموصول بسلك الطاقة الخاص بالمضخة. (يمكنك أيضًا استخدام جهاز التحكم المشترك الأكثر شيوعًا للتدفئة/التكييف، وضبطه على وضع التبريد). يُثبّت منظم الحرارة على جدار على بُعد ثلاثة أقدام من السخان، وعلى بُعد قدم تقريبًا من قمته. عندما تصل درجة حرارة الهواء إلى 80 درجة فهرنهايت، يقوم جهاز التحكم ذو جهد 120 فولت بتشغيل المضخة ويبدأ الماء في التسخين. وعندما تنخفض درجة الحرارة إلى 76 درجة فهرنهايت، يقوم مفتاح التفاضل المدمج بإيقاف تشغيل المضخة مرة أخرى.
تُظهر الرسومات المرفقة مكونات نظام المبادل الحراري، ولكن بالطبع يتطلب كل تركيب بعض التعديلات على الأبعاد الأساسية. على سبيل المثال، إذا كان فرنك أكبر من فرننا، يمكنك توسيع اللوحة بما يكفي لاستيعاب لفة كاملة بطول 60 قدمًا من أنبوب نحاسي مرن بقطر 1/4 بوصة داخل إطار المبادل الأكبر. مع ذلك، سيحتاج أصحاب السخانات الأصغر إلى استخدام كمية أقل من الأسلاك.
على أي حال، من الأسهل استخدام الأنبوب وهو ملفوف لسهولة النقل. نضع السلك المضغوط داخل الإطار ونثني الأنبوب برفق لملء المستطيل. يمكن ثني المادة المرنة حتى نصف قطر حوالي 1.5 بوصة دون أن تنثني، لذا يسهل إدخالها في أي نقاط ساخنة محتملة. نبدأ العمل من الحافة الخارجية إلى الداخل، ونثبت اللفائف على اللوحة الخلفية أثناء العمل. (بدون أسلاك لتثبيت الحلقة الخارجية للأنبوب، كان الأنبوب بأكمله سينزلق من الإطار).
بعد توزيع أنابيب النحاس بالتساوي داخل الإطار، قم بتحريك طبقة رقيقة من الجبس واسكب الخليط في الإطار. سوِّ السطح بتمرير مسطرة على زاوية الحديد واترك المادة تجف لبضعة أيام. بعد ذلك، يمكن تثبيت اللوحة على جانب الفرن وتوصيل خط 1/4 بوصة بأنبوب 1/2 بوصة لخزان التسخين المسبق.
أجرينا اختبارات مطولة لتحديد التكوين الأمثل للمفتاح ولضمان تشغيل المعدات بأمان. على سبيل المثال، لمعرفة ما سيحدث في حال انقطاع التيار الكهربائي وتوقف المضخة، قمنا بإغلاق الأنبوب الخارج من خزان التسخين المسبق وتركيب مقياس ضغط على صمام التنفيس. بلغ أعلى ضغط استطعنا توليده في النظام 3 رطل لكل بوصة مربعة... وذلك بعد أن أوقفت شركة أتلانتا ستوف ووركس كاتاليتيك تدفق الغاز لمدة 8 ساعات بأعلى معدل احتراق ممكن!
بالإضافة إلى ذلك، ولتحديد ما إذا كان التبادل الحراري بالتوصيل عبر جدران الفرن قد وصل إلى مستويات غير صحية، فحصنا الجزء الداخلي من صندوق احتراق موقد الحطب يوميًا بحثًا عن تراكم متزايد للكريوزوت. لم نجد أي اختلافات في مظهر أو عمق الرواسب على أي من الجدران الأربعة، مما يشير إلى أن المبادلات الحرارية كانت تتلقى في المقام الأول الطاقة الإشعاعية من الجدران الخارجية للفرن. (ربما لعب السيراميك دورًا عازلًا، مما قلل من زيادة التوصيل الحراري).
كمية الماء الساخن التي سينتجها المبادل الحراري؟ في دورة نموذجية مدتها 7 ساعات، نضع من 55 إلى 60 رطلاً من الخشب في محفز أتلانتا، مما يرفع درجة حرارة محتويات الخزان سعة 42 جالونًا إلى حوالي 140 درجة فهرنهايت. معدل الاحتراق هذا، 8 أرطال في الساعة، أعلى قليلاً مما يستخدمه معظم الناس، لذا قد تحصل على كمية أقل قليلاً من الماء الساخن من جهاز مماثل. بالطبع، إذا استمريت في الاحتراق بكثافة طوال اليوم، فسيظل إجمالي 24 ساعة كافيًا لتوفير أكثر من 100 جالون من الماء الساخن يوميًا. حتى لو كنت تُطفئ موقدك بشكل متكرر، سيُقلل هذا النظام فواتير الخدمات بشكل ملحوظ.
بحسب حجم أسرتك واستهلاك كل فرد للماء، يمكن لهذا النظام أن يُغنيك عن فواتير الماء الساخن في الشتاء. فإذا استطعت الحصول على الحطب بسعر أقل بكثير من تكلفة الكهرباء أو الغاز، فإن الطاقة التي ستستخدمها لتسخين الماء من موقد الحطب (بعد خصم المساحة، بالطبع، والحرارة التي سيُوفرها الموقد) ستكون استثمارًا مُجديًا. إضافةً إلى ذلك، ستسعد بمعرفة أنك قد خطوت خطوة أخرى نحو استبدال مصادر الطاقة غير المتجددة.
على مدار خمسين عامًا في مجلة "أخبار الأرض الأم"، عملنا على حماية موارد كوكبنا الطبيعية ومساعدتك في الوقت نفسه على توفير مواردك المالية. ستجد نصائح حول خفض فواتير التدفئة، وزراعة منتجات طازجة وطبيعية في المنزل، وغير ذلك الكثير. لهذا السبب، نرغب في مساعدتك على توفير المال والحفاظ على الأشجار من خلال الاشتراك في خطة التوفير الصديقة للبيئة والمتجددة تلقائيًا. عند الدفع ببطاقة الائتمان، يمكنك توفير 5 دولارات إضافية والحصول على 6 أعداد من مجلة "أخبار الأرض الأم" مقابل 12.95 دولارًا فقط (داخل الولايات المتحدة فقط). يمكنك أيضًا استخدام خيار "الدفع لاحقًا" ودفع 17.95 دولارًا على 6 أقساط.