من بين مزايا التدفئة باستخدام الخشب أنه يمكن استخدام موقد واحد فقط لكل احتياج. فبالإضافة إلى تدفئتنا، يمكن لآلات حرق الخشب طهي الوجبات وتجفيف الملابس وتحميص أصابع القدم الباردة. ولكن ألن يكون من الرائع أن يتمكن هذا الصندوق الأسود أيضًا من الاستحمام بالماء الساخن؟
في الواقع، سخانات المياه التي تعمل بالحطب في المنازل ليست جديدة... فقبل أكثر من قرن من الزمان، كانت العديد من المواقد مزودة بملحقات خزان. ومع ذلك، فإن ظهور مواقد الخشب "المغلقة" وأنظمة المياه المضغوطة وضع معظم تقنيات التسخين القديمة على الموقد الخلفي وتم تطوير طرق جديدة تعتمد على الدورات المغلقة.
تستخدم معظم ملحقات تسخين المياه مبادلات حرارية مثبتة في صندوق النار أو مدخنة المعدات. أفضل مثال تجاري لهذا النهج يعمل بشكل جيد حقًا. إذا كان الفرن يعمل معظم اليوم، فيمكنه توفير الماء الساخن للمنزل بأكمله. ومع ذلك، من أجل السلامة، غالبًا ما تكون هذه الأجهزة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (سلعة باهظة الثمن) ويجب اختبارها تحت الضغط لضمان قدرتها على تحمل درجات الحرارة المرتفعة جدًا التي قد تواجهها داخل نظام التدفئة. على هذا النحو، يأتي المبادل الحراري الداخلي الجيد بسعر باهظ جدًا. من ناحية أخرى، تشتهر الأجزاء الداخلية المصنوعة منزليًا بانفجارات البخار الحارق.
بالإضافة إلى ذلك، فإن استخراج الحرارة من صندوق النار أو مدخنة موقد الحطب يمكن أن يكون له تأثير جانبي مؤسف: استخراج وحدة حرارية بريطانية مباشرة من النار (باستخدام مبادل صندوق النار) يقلل من كفاءة الاحتراق ... إذا تم تبريد منتجات الاحتراق غير الكامل إلى ما دون درجة الحرارة التي تتكثف عندها (إما من خلال غرفة الاحتراق أو مبادل حراري للمدخنة)، يمكن أن يحدث تراكم كبير من الكريوزوت. لا تخطئ، فإن الجمع بين نار المدخنة ومبادل حراري مملوء بالماء يمكن أن يؤدي إلى كارثة.
مع الأخذ في الاعتبار حقيقة عدم وجود وجبة غداء غير مدفوعة الأجر، اتبعنا نهجًا متحفظًا في تصميم ملحق تسخين المياه الخاص بموقد الحطب الخاص بنا. بدلاً من وضع مبادل حراري داخل السخان أو المدخنة، قمنا بربطه بالجزء الخارجي من صندوق النار. من خلال اعتماد هذه الاستراتيجية، تجنبنا أي تعديلات كبيرة على السخان، والذي يحافظ على اعتماد مختبرات Underwriters. والأهم من ذلك، تم استيفاء العديد من معايير السلامة التي ذكرناها بالفعل: لن تؤدي درجة الحرارة التي يتم مواجهتها خارج حاوية السخان إلى غليان الماء (طالما ظل السائل متداولًا)، يتم إشعاع الحرارة المستخدمة لتسخين الماء بواسطة السخان على أي حال، لذلك لا يهرب أي حرارة زائدة من صندوق النار.
يتكون ملحق تسخين المياه لدينا من حوالي 50 قدمًا فقط من أنابيب النحاس مقاس 1/4 بوصة ملفوفة في جدار جاف مملوء بباريس. تساعد المادة القائمة على الجبس في توزيع الحرارة بالتساوي على الملفات وتسمح للمبادل الحراري بالاتصال المباشر بجسم الفرن دون ارتفاع درجة الحرارة. (نود أن نشكر Ed Walkinstik على الاقتراح). يتم تثبيت التجميع على أحد جانبي السخان ويتم توصيله بسخان مياه مُعاد تدويره سعة 42 جالونًا (استخدمنا سخان مياه مع عنصر احتراق ولكن صندوق عازل للصوت). تمامًا مثل سخان الطاقة الشمسية المسبق.
يتم تركيب مضخة سعة 10 جالون في الدقيقة على مصرف السخان لتوزيع المياه عبر الملف والعودة إلى "T" أسفل صمام الأمان في الجزء العلوي من الخزان (يتم حجز هذا الصمام كإجراء احترازي للسلامة). يدخل الماء البارد إلى الوعاء من خلال المدخل العادي، ويدخل الماء المسخن بالحطب إلى السخان الكهربائي التقليدي من خلال مخرج الحرارة القياسي. يتم عزل جميع الأسلاك جيدًا برغوة عالية الكثافة بسمك 1 بوصة.
بالطبع، إذا كان الماء يدور باستمرار، فقد يتم فقدان الحرارة للموقد عندما لا يكون هناك نار مشتعلة. ولمنع ذلك، وضع الباحث دينيس بوركهولدر عناصر تحكم تشغيل/إيقاف تلقائية على منظم حرارة مكيف الهواء بجهد خطي متصل بسلك طاقة المضخة. (يمكنك أيضًا استخدام عنصر التحكم الأكثر شيوعًا في التدفئة/تكييف الهواء، مضبوطًا على وضع التبريد). يتم تثبيت منظم الحرارة على حائط يبعد ثلاثة أقدام عن السخان، على بعد حوالي قدم من أعلى السخان. عندما تصل درجة حرارة الهواء إلى 80 درجة فهرنهايت، يقوم جهاز التحكم 120 فولت بتشغيل المضخة ويبدأ الماء في التسخين. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى 76 درجة فهرنهايت، يقوم مفتاح التفاضل المدمج بإيقاف تشغيل الدورة الدموية مرة أخرى.
تظهر مكونات نظام المبادل الحراري في الرسومات المرفقة، ولكن بالطبع يتطلب كل تركيب بعض التغييرات في الأبعاد الأساسية. على سبيل المثال، إذا كان الفرن الخاص بك أكبر من فرننا، فيمكنك توسيع اللوحة بما يكفي للحصول على ملف كامل بطول 60 قدمًا من أنبوب نحاسي ناعم مقاس 1/4 بوصة داخل إطار المبادل الأكبر. ومع ذلك، سيتعين على أولئك الذين لديهم سخانات أصغر استخدام كمية أقل من الأسلاك.
على أية حال، من الأسهل استخدام الأنابيب لأنها ملفوفة للنقل. نضع السلك المضغوط في الإطار ونثني الأنبوب برفق لملء المستطيل. يمكن ثني المادة المرنة إلى دائرة نصف قطرها حوالي 1-1/2 بوصة دون تجعد، لذلك ليس من الصعب دفعها إلى أي "نقاط ساخنة" محتملة. نعمل من الحافة الخارجية إلى الداخل، ونربط الملفات باللوحة الخلفية أثناء تقدمنا. (بدون أسلاك لتأمين الحلقة الخارجية للأنبوب، أراد الشيء كله أن يقفز خارج الإطار.)
بعد توزيع الأنابيب النحاسية بالتساوي داخل الإطار، قم بتقليب طبقة رقيقة من الجبس وصب الخليط في الإطار. قم بتسوية السطح عن طريق تشغيل مسطرة على زاوية الحديد واترك المادة لتجف لبضعة أيام. يمكن بعد ذلك ربط اللوحة بجانب الفرن ويمكن توصيل الخط مقاس 1/4 بوصة بأنبوب مقاس 1/2 بوصة لخزان التسخين المسبق.
لقد أجرينا اختبارات موسعة لتحديد التكوين الأكثر كفاءة للمفتاح ولمنح أنفسنا الثقة في أن المعدات ستعمل بأمان. على سبيل المثال، لمعرفة ما سيحدث إذا تسبب انقطاع التيار الكهربائي في إيقاف تشغيل المضخة، قمنا بإغلاق الأنبوب الخارج من خزان التسخين المسبق وقمنا بتثبيت مقياس ضغط على صمام تخفيف الضغط. كان أعلى ضغط تمكنا من تطويره في النظام هو 3 رطل لكل بوصة مربعة... وذلك بعد أن أوقف جهاز Atlanta Stove Works Catalytic التدفق لمدة 8 ساعات بأعلى معدل احتراق ممكن!
بالإضافة إلى ذلك، لتحديد ما إذا كان يتم تشجيع تبادل الحرارة التوصيلية من خلال جدران الفرن إلى مستويات غير صحية، قمنا بفحص الجزء الداخلي من صندوق النار الخاص بموقد الخشب يوميًا بحثًا عن زيادة تراكم الكريوزوت. لم نجد أي اختلافات في مظهر أو عمق الرواسب على أي من الجدران الأربعة، مما يشير إلى أن المبادلات كانت تتلقى في المقام الأول طاقة مشعة من الجدران الخارجية للفرن. (ربما لعب السيراميك دورًا عازلًا، مما أدى إلى تعويض الموصلية المتزايدة.)
ما كمية الماء الساخن التي سينتجها المبادل الحراري؟ حسنًا، في دورة نموذجية مدتها 7 ساعات، سنحمل من 55 إلى 60 رطلاً من الخشب في محفز أتلانتا، مما سيرفع محتويات خزان سعة 42 جالونًا إلى ما يقرب من 140 درجة فهرنهايت. ربما يكون معدل الاحتراق البالغ 8 أرطال في الساعة أعلى قليلاً مما يستخدمه معظم الناس، لذلك قد تحصل على كمية أقل قليلاً من الماء الساخن من جهاز مماثل. بالطبع، إذا واصلت الحرق بكثافة طوال اليوم، فيجب أن يظل إجمالي 24 ساعة كافياً من الماء الساخن لأكثر من 100 جالون في اليوم. حتى إذا كنت تقوم بإيقاف تشغيل موقدك بشكل متكرر، فإن هذا النظام سيقلل بشكل كبير من فواتير الخدمات العامة الخاصة بك.
اعتمادًا على حجم أسرتك واستهلاك الجميع للمياه، يمكن لهذا النظام التخلص من فواتير الماء الساخن في فصل الشتاء. لذا، إذا كان بإمكانك الحصول على الخشب مقابل أقل بكثير من الكمية المعادلة من الكهرباء أو الغاز، فإن الطاقة التي تستخدمها لتسخين الماء من موقد الحطب الخاص بك (ناقص المساحة، بالطبع، الحرارة التي سيوفرها الجهاز) ستكون تستحق الاستثمار. بالإضافة إلى ذلك، ستكون سعيدًا بمعرفة أنك اتخذت خطوة أخرى نحو استبدال مصادر الطاقة غير المتجددة.
في MOTHER EARTH NEWS، عملنا على حماية الموارد الطبيعية للكوكب مع مساعدتك في توفير الموارد المالية. ستجد نصائح حول خفض فواتير التدفئة، وزراعة المنتجات الطازجة والطبيعية في المنزل، والمزيد. لهذا السبب نريدك أن توفر المال والأشجار من خلال الاشتراك في خطة التوفير المتجددة تلقائيًا والصديقة للأرض. عند الدفع ببطاقة ائتمان، يمكنك توفير 5 دولارات إضافية والحصول على 6 إصدارات من MOTHER EARTH NEWS مقابل 12.95 دولارًا فقط (الولايات المتحدة فقط). يمكنك أيضًا استخدام خيار Bill Me ودفع 17.95 دولارًا على 6 أقساط.