Einer der Vorteile des Heizens mit Holz besteht darin, dass für alle Zwecke ein einziger Ofen ausreicht. Holzbefeuerte Geräte halten uns nicht nur warm, sondern können auch Mahlzeiten zubereiten, Kleidung trocknen und kalte Zehen wärmen. Aber wäre es nicht toll, wenn diese schwarze Box auch eine heiße Dusche nehmen könnte?
Tatsächlich sind Warmwasserbereiter für den Hausgebrauch mit Brennholz nichts Neues. Vor über einem Jahrhundert verfügten viele Öfen über Tankaufsätze. Mit der Einführung „geschlossener“ Holzbrenner und Druckwassersysteme wurden jedoch die meisten alten Chargenheiztechniken auf Eis gelegt und es wurden neue Methoden entwickelt, die auf geschlossenen Kreisläufen basieren.
Die meisten Zubehörteile zur Warmwasserbereitung verwenden Wärmetauscher, die im Feuerraum oder im Schornstein des Geräts installiert sind. Das beste kommerzielle Beispiel für diesen Ansatz funktioniert wirklich gut. Wenn der Ofen fast den ganzen Tag läuft, können sie das ganze Haus mit Warmwasser versorgen. Aus Sicherheitsgründen werden diese Geräte jedoch häufig aus Edelstahl (einem teuren Material) hergestellt und müssen einem Drucktest unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie den sehr hohen Temperaturen standhalten, die im Heizsystem auftreten können. Daher ist ein guter interner Wärmetauscher ziemlich teuer. Selbstgebaute Innenteile hingegen sind dafür berüchtigt, dass sie kochend heiße Dampfexplosionen verursachen.
Außerdem kann die Wärmeentnahme aus einem Feuerraum oder dem Schornstein eines Holzofens einen unschönen Nebeneffekt haben: Die direkte Entnahme von Btu aus dem Feuer (mithilfe eines Feuerraum-Wärmetauschers) verringert die Verbrennungseffizienz. Wenn die Produkte einer unvollständigen Verbrennung unter die Temperatur abgekühlt werden, bei der sie kondensieren (entweder durch eine Brennkammer oder einen Schornstein-Wärmetauscher), kann es zu einer großen Ansammlung von Kreosot kommen. Lassen Sie sich nicht täuschen: Die Kombination aus einem Schornsteinfeuer und einem wassergefüllten Wärmetauscher kann eine Katastrophe bedeuten.
Da wir uns der Tatsache bewusst sind, dass es kein unbezahltes Mittagessen gibt, haben wir bei der Entwicklung unseres eigenen Warmwasserbereiters für Holzöfen einen konservativen Ansatz gewählt. Anstatt einen Wärmetauscher in den Ofen oder Schornstein einzubauen, haben wir einen an der Außenseite der Feuerkammer angebracht. Durch diese Strategie haben wir größere Änderungen am Ofen vermieden, der weiterhin die Akkreditierung der Underwriters Laboratories behält. Noch wichtiger ist, dass mehrere der bereits genannten Sicherheitskriterien erfüllt werden: Die außerhalb des Ofengehäuses herrschende Temperatur bringt das Wasser nicht zum Kochen (solange die Flüssigkeit zirkuliert), die zum Erhitzen des Wassers verwendete Wärme wird ohnehin vom Ofen abgestrahlt, sodass keine überschüssige Wärme aus der Feuerkammer entweicht.
Unser Warmwasserbereiteraufsatz besteht aus nur etwa 15 Metern Kupferrohr mit 6,35 mm Durchmesser, das in eine mit Gipskarton gefüllte Trockenbauwand eingewickelt ist. Das gipsbasierte Material hilft dabei, die Wärme gleichmäßig auf die Spulen zu verteilen und ermöglicht den direkten Kontakt des Wärmetauschers mit dem Ofenkörper, ohne dass dieser überhitzt. (Wir danken Ed Walkinstik für den Vorschlag.) Die Baugruppe wird an einer Seite des Heizgeräts angeschraubt und an einen recycelten 42-Gallonen-Warmwasserbereiter angeschlossen (wir haben einen Warmwasserbereiter mit einem Durchbrennerelement, aber einem schalldichten Gehäuse verwendet). Genau wie ein Solarvorwärmer.
Eine am Heizungsabfluss montierte Pumpe mit einer Förderleistung von 10 Gallonen pro Minute pumpt Wasser durch die Spule und zurück zum T-Stück direkt unter dem Überdruckventil oben am Tank (dieses Ventil dient als Sicherheitsvorkehrung). Kaltes Wasser gelangt durch den normalen Einlass in den Behälter und holzbeheiztes Wasser gelangt durch den Standard-Wärmeauslass in die herkömmliche elektrische Heizung. Die gesamte Verkabelung ist mit 1 Zoll dickem, dichtem Schaumstoff gut isoliert.
Wenn das Wasser ständig zirkuliert, kann es natürlich passieren, dass dem Ofen Wärme entgeht, wenn kein Feuer brennt. Um dies zu verhindern, hat der Forscher Dennis Burkholder einen Netzspannungsthermostat einer Klimaanlage, der an das Netzkabel der Pumpe angeschlossen ist, mit automatischen Ein-/Aus-Steuerungen ausgestattet. (Sie können auch die gängigere kombinierte Heizungs-/Klimaanlagensteuerung verwenden und auf Kühlmodus einstellen.) Der Thermostat wird an einer Wand in einem Abstand von einem Meter zum Heizgerät montiert, etwa 30 cm von dessen Oberseite entfernt. Wenn die Lufttemperatur 26 °C erreicht, schaltet der 120-Volt-Regler die Pumpe ein und das Wasser beginnt sich zu erwärmen. Wenn die Temperatur auf 24 °C fällt, schaltet der eingebaute Differenzialschalter die Umwälzpumpe wieder aus.
Die Komponenten des Wärmetauschersystems sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, aber natürlich erfordert jede Installation einige Änderungen an den Grundabmessungen. Wenn Ihr Ofen beispielsweise größer ist als unserer, können Sie das Panel so weit erweitern, dass Sie eine vollständige 60-Fuß-Spule aus 1/4-Zoll-Weichkupferrohr innerhalb des größeren Wärmetauscherrahmens erhalten. Diejenigen mit kleineren Heizgeräten müssen jedoch weniger Kabel verwenden.
Am einfachsten ist es in jedem Fall, das Rohr so ​​zu verwenden, wie es für den Transport aufgerollt ist. Wir legen den gewellten Draht einfach in den Rahmen und biegen das Rohr vorsichtig, um das Rechteck auszufüllen. Das flexible Material lässt sich ohne Knicken auf einen Radius von etwa 3,8 cm biegen, sodass es nicht schwer ist, es in mögliche „Hotspots“ zu zwängen. Wir arbeiten uns von der Außenkante nach innen vor und befestigen dabei die Spulen an der Rückwand. (Ohne Drähte zur Befestigung des Außenrings des Rohrs wollte das Ganze aus dem Rahmen springen.)
Nachdem die Kupferrohre gleichmäßig im Rahmen verteilt sind, rühren Sie eine dünne Schicht Gips an und gießen Sie die Mischung in den Rahmen. Glätten Sie die Oberfläche, indem Sie mit einem Lineal über das Winkeleisen fahren und lassen Sie das Material einige Tage trocknen. Anschließend kann die Platte an der Seite des Ofens befestigt und die 1/4-Zoll-Leitung mit dem 1/2-Zoll-Rohr des Vorwärmertanks verbunden werden.
Wir haben umfangreiche Tests durchgeführt, um die effizienteste Konfiguration des Schalters zu ermitteln und uns darauf zu verlassen, dass das Gerät sicher funktioniert. Um beispielsweise zu sehen, was passiert, wenn unsere Pumpe durch einen Stromausfall abgeschaltet wird, haben wir das aus dem Vorwärmertank kommende Rohr abgedichtet und ein Manometer am Überdruckventil installiert. Der höchste Druck, den wir im System aufbauen konnten, betrug 3 PSI … und das, nachdem unser Katalysator von Atlanta Stove Works den Durchfluss bei der höchstmöglichen Verbrennungsrate 8 Stunden lang blockiert hatte!
Um festzustellen, ob der Wärmeaustausch durch Leitung über die Ofenwände ein ungesundes Maß erreicht hatte, untersuchten wir zusätzlich täglich das Innere der Feuerkammer des Holzofens auf erhöhte Kreosotablagerungen. Wir konnten an keiner der vier Wände Unterschiede im Aussehen oder in der Tiefe der Ablagerungen feststellen. Dies lässt darauf schließen, dass die Wärmetauscher hauptsächlich Strahlungsenergie von den äußeren Ofenwänden erhielten. (Die Keramik könnte eine isolierende Funktion gehabt haben und so die erhöhte Leitfähigkeit ausgeglichen haben.)
Wie viel Warmwasser erzeugt der Wärmetauscher? Bei einem typischen 7-Stunden-Zyklus würden wir 25 bis 27 kg Holz in den Atlanta-Katalysator laden, wodurch der Inhalt des 150-Liter-Tanks auf fast 60 °C erhitzt würde. Diese Brennleistung von 3,6 kg pro Stunde ist wahrscheinlich etwas höher als die von den meisten Menschen, daher erhalten Sie mit einem ähnlichen Gerät möglicherweise etwas weniger Warmwasser. Wenn Sie den ganzen Tag über intensiv heizen, sollte die 24-Stunden-Gesamtleistung natürlich immer noch ausreichen (über 380 Liter pro Tag). Selbst wenn Sie Ihren Ofen häufig ausgeschaltet betreiben, wird dieses System Ihre Stromrechnung deutlich senken.
Abhängig von der Größe Ihres Haushalts und dem Wasserverbrauch aller Beteiligten können Sie mit diesem System Ihre Warmwasserrechnung im Winter eliminieren. Wenn Sie also Holz zu einem wesentlich günstigeren Preis als für die entsprechende Menge an Strom oder Gas bekommen, lohnt sich die Investition in die Energie, die Sie zum Erhitzen des Wassers in Ihrem Holzofen verwenden (abzüglich des Platzbedarfs und der Wärme, die das Gerät liefert), auf jeden Fall. Außerdem werden Sie froh sein, dass Sie einen weiteren Schritt in Richtung Ersatz nicht erneuerbarer Energiequellen unternommen haben.
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