Een van de voordelen van verwarmen met hout is dat je één kachel voor alles kunt gebruiken. Naast dat hij ons warm houdt, kan een houtkachel maaltijden bereiden, kleding drogen en koude tenen verwarmen. Maar zou het niet fantastisch zijn als die zwarte doos ook een warme douche zou kunnen geven?
In feite zijn houtgestookte waterverwarmers voor huishoudelijk gebruik niets nieuws... meer dan een eeuw geleden hadden veel kachels al een tank als waterreservoir. De komst van "gesloten" houtkachels en waterdruksystemen heeft echter de meeste oude methoden voor het verwarmen van grote hoeveelheden water verdrongen en er zijn nieuwe methoden ontwikkeld die gebaseerd zijn op gesloten cycli.
De meeste waterverwarmingssystemen maken gebruik van warmtewisselaars die in de verbrandingskamer of schoorsteen van de installatie zijn geplaatst. Het beste commerciële voorbeeld van deze aanpak werkt erg goed. Als de verwarming het grootste deel van de dag aan staat, kunnen ze warm water leveren voor het hele huis. Om veiligheidsredenen zijn deze apparaten echter vaak gemaakt van roestvrij staal (een duur materiaal) en moeten ze onder druk worden getest om er zeker van te zijn dat ze bestand zijn tegen de zeer hoge temperaturen die in het verwarmingssysteem kunnen voorkomen. Een goede interne warmtewisselaar heeft dan ook een behoorlijk prijskaartje. Zelfgemaakte interne systemen staan ​​daarentegen bekend om de explosies van hete stoom.
Het onttrekken van warmte aan de schoorsteen van een open haard of houtkachel kan ook een ongewenst neveneffect hebben: het rechtstreeks onttrekken van warmte (via een warmtewisselaar in de open haard) vermindert de verbrandingsefficiëntie. Als de producten van onvolledige verbranding afkoelen tot onder de temperatuur waarbij ze condenseren (via een verbrandingskamer of een warmtewisselaar in de schoorsteen), kan er een grote hoeveelheid creosoot ontstaan. Vergis u niet, de combinatie van een schoorsteenvuur en een met water gevulde warmtewisselaar kan rampzalig aflopen.
Omdat we beseften dat er geen onbetaalde lunch bestaat, kozen we voor een conservatieve aanpak bij het ontwerpen van onze eigen waterverwarmingsunit voor houtkachels. In plaats van een warmtewisselaar in de kachel of schoorsteen te plaatsen, bevestigden we er een aan de buitenkant van de vuurkamer. Door deze strategie te volgen, vermeden we grote aanpassingen aan de kachel, die de accreditatie van Underwriters Laboratories behoudt. Belangrijker nog, aan verschillende van de reeds genoemde veiligheidscriteria wordt voldaan: de temperatuur buiten de kachelbehuizing zal het water niet laten koken (zolang de vloeistof blijft circuleren), de warmte die nodig is om het water te verwarmen wordt sowieso door de kachel afgegeven, waardoor er geen overtollige warmte uit de vuurkamer ontsnapt.
Onze waterverwarmingsunit bestaat uit slechts ongeveer 15 meter koperen buis van 6 mm, opgerold in een gipsplaat. Het gipsmateriaal zorgt voor een gelijkmatige warmteverdeling over de buizen en maakt direct contact tussen de warmtewisselaar en de behuizing van de boiler mogelijk zonder oververhitting. (Met dank aan Ed Walkinstik voor deze suggestie.) De unit wordt aan één kant van de boiler vastgeschroefd en aangesloten op een gerecyclede boiler van 160 liter (wij gebruikten een boiler met een doorgebrand verwarmingselement, maar in een geluidsdichte behuizing). Net als een zonnevoorverwarmer.
Een pomp met een capaciteit van 10 gallon per minuut, gemonteerd op de afvoer van de boiler, circuleert water door de spiraal en terug naar de T-splitsing net onder de overdrukventiel bovenaan de tank (dit ventiel is gereserveerd als veiligheidsmaatregel). Koud water komt de tank binnen via de normale inlaat en water voor de houtkachel komt de conventionele elektrische boiler binnen via de standaard warmte-uitlaat. Alle bedrading is goed geïsoleerd met 2,5 cm dik schuim met hoge dichtheid.
Natuurlijk kan er warmte verloren gaan aan de kachel als er geen vuur brandt, terwijl het water constant circuleert. Om dit te voorkomen, heeft onderzoeker Dennis Burkholder automatische aan/uit-regelingen ingebouwd in een thermostaat voor airconditioning die is aangesloten op het netsnoer van de pomp. (U kunt ook de meer gangbare gecombineerde verwarmings-/airconditioningregelaar gebruiken, ingesteld op koelstand.) De thermostaat is op een muur gemonteerd op ongeveer een meter afstand van de verwarming, ongeveer 30 centimeter van de bovenkant. Wanneer de luchttemperatuur 27 °C bereikt, schakelt de 120-volt regelaar de pomp in en begint het water op te warmen. Wanneer de temperatuur daalt tot 24 °C, schakelt de ingebouwde differentiaalschakelaar de circulatiepomp weer uit.
De onderdelen van het warmtewisselaarsysteem zijn weergegeven in de bijgevoegde tekeningen, maar uiteraard vereist elke installatie enkele aanpassingen aan de basisafmetingen. Als uw cv-ketel bijvoorbeeld groter is dan de onze, kunt u het paneel voldoende uitbreiden om een ​​volledige spiraal van 18 meter (60 voet) van 6 mm (1/4 inch) zachte koperen buis in het grotere frame van de warmtewisselaar te plaatsen. Gebruikers met kleinere cv-ketels zullen echter minder bedrading moeten gebruiken.
Het is in elk geval het gemakkelijkst om de buis te gebruiken zoals deze is opgerold voor transport. We plaatsen de gekrompen draad in het frame en buigen de buis voorzichtig om de rechthoek te vullen. Het flexibele materiaal kan tot een straal van ongeveer 3,8 cm worden gebogen zonder te knikken, dus het is niet moeilijk om het in eventuele "hot spots" te duwen. We werken vanaf de buitenrand naar binnen en bevestigen de spoelen aan de achterplaat terwijl we bezig zijn. (Zonder draden om de buitenring van de buis vast te zetten, wilde het geheel uit het frame springen.)
Nadat de koperen buizen gelijkmatig over het frame zijn verdeeld, roer je een dunne laag gips aan en giet je het mengsel in het frame. Maak het oppervlak vlak door met een liniaal over de hoekprofielen te gaan en laat het materiaal een paar dagen drogen. Het paneel kan vervolgens aan de zijkant van de oven worden bevestigd en de 1/4 inch leiding kan worden aangesloten op de 1/2 inch buis van de voorverwarmingstank.
We hebben uitgebreide tests uitgevoerd om de meest efficiënte configuratie van de schakelaar te bepalen en om er zeker van te zijn dat de apparatuur veilig zou werken. Om bijvoorbeeld te zien wat er zou gebeuren als een stroomstoring onze pomp zou uitschakelen, hebben we de leiding die uit de voorverwarmingstank komt afgedicht en een manometer op de overdrukventiel geïnstalleerd. De hoogste druk die we in het systeem konden bereiken was 3 PSI... en dat was nadat onze Atlanta Stove Works Catalytic de doorstroming gedurende 8 uur op de hoogst mogelijke verbrandingssnelheid had stilgelegd!
Om te bepalen of de warmteoverdracht door geleiding via de ovenwanden ongezonde niveaus bereikte, hebben we bovendien dagelijks de binnenkant van de vuurkamer van de houtkachel onderzocht op toegenomen creosootvorming. We vonden geen verschillen in het uiterlijk of de dikte van de afzettingen op de vier wanden, wat erop wijst dat de warmtewisselaars voornamelijk stralingsenergie van de buitenwanden van de oven ontvingen. (Het keramiek heeft mogelijk een isolerende werking gehad en de verhoogde geleidbaarheid gecompenseerd.)
Hoeveel warm water produceert de warmtewisselaar? Wel, tijdens een typische cyclus van 7 uur laden we 25 tot 27 kilo hout in de Atlanta-katalysator, waardoor de inhoud van de tank van 160 liter opwarmt tot bijna 60 °C. Deze verbrandingssnelheid van 3,6 kilo per uur is waarschijnlijk iets hoger dan wat de meeste mensen gebruiken, dus u krijgt mogelijk iets minder warm water van een vergelijkbaar apparaat. Natuurlijk, als u de hele dag intensief stookt, zou de totale hoeveelheid warm water over 24 uur nog steeds voldoende moeten zijn, meer dan 378 liter per dag. Zelfs als u uw kachel regelmatig uitzet, zal dit systeem uw energierekening aanzienlijk verlagen.
Afhankelijk van de grootte van uw huishouden en ieders waterverbruik, kan dit systeem uw warmwaterrekening in de winter elimineren. Dus als u hout veel goedkoper kunt krijgen dan een vergelijkbare hoeveelheid elektriciteit of gas, is de energie die u gebruikt om het water te verwarmen met uw houtkachel (uiteraard exclusief de ruimte en de warmte die het apparaat zelf afgeeft) de investering meer dan waard. Bovendien zult u blij zijn te weten dat u weer een stap hebt gezet richting het vervangen van niet-hernieuwbare energiebronnen.
Al 50 jaar zetten we ons bij MOTHER EARTH NEWS in voor de bescherming van de natuurlijke hulpbronnen van onze planeet en helpen we u tegelijkertijd geld te besparen. U vindt bij ons tips om uw stookkosten te verlagen, verse, natuurlijke producten thuis te kweken en nog veel meer. Daarom willen we dat u geld én bomen bespaart door u te abonneren op ons milieuvriendelijke, automatisch verlengende spaarplan. Als u met een creditcard betaalt, bespaart u $5 extra en ontvangt u 6 nummers van MOTHER EARTH NEWS voor slechts $12,95 (alleen in de VS). U kunt ook kiezen voor de optie 'Factuur sturen' en $17,95 betalen in 6 termijnen.