Одно из преимуществ отопления дровами заключается в том, что для всех нужд можно использовать всего одну печь. Помимо обогрева, дровяные печи могут готовить еду, сушить одежду и согревать замерзшие ноги. Но разве не было бы здорово, если бы в этой черной коробке можно было еще и принять горячий душ?
На самом деле, бытовые водонагреватели на дровах — это не новинка… более века назад многие печи имели баки. Однако появление «закрытых» дровяных печей и систем подачи воды под давлением отодвинуло на второй план большинство старых методов периодического нагрева, и были разработаны новые методы, основанные на замкнутых циклах.
В большинстве водонагревательных приборов используются теплообменники, установленные в топке или дымоходе оборудования. Лучший коммерческий пример такого подхода работает действительно хорошо. Если печь работает большую часть дня, она может обеспечить горячей водой весь дом. Однако в целях безопасности эти устройства часто изготавливаются из нержавеющей стали (дорогой материал) и должны проходить испытания под давлением, чтобы гарантировать, что они выдержат очень высокие температуры, которые могут встречаться внутри системы отопления. Таким образом, хороший внутренний теплообменник стоит довольно дорого. Самодельные внутренние теплообменники, с другой стороны, печально известны тем, что вызывают взрывы обжигающего пара.
Кроме того, отвод тепла из топки или дымохода дровяной печи может иметь нежелательный побочный эффект: отвод тепловой энергии непосредственно от огня (с помощью теплообменника в топке) снижает эффективность сгорания… если продукты неполного сгорания охлаждаются ниже температуры конденсации (либо через камеру сгорания, либо через теплообменник в дымоходе), может произойти большое накопление креозота. Не стоит заблуждаться, сочетание пожара в дымоходе и заполненного водой теплообменника может привести к катастрофе.
Понимая, что бесплатного обеда не предусмотрено, мы применили консервативный подход к проектированию собственного водонагревательного устройства для дровяной печи. Вместо того чтобы устанавливать теплообменник внутри печи или дымохода, мы прикрепили его снаружи топки. Благодаря этой стратегии мы избежали каких-либо существенных изменений в печи, что позволило сохранить аккредитацию Underwriters Laboratories. Что еще более важно, были соблюдены несколько уже упомянутых нами критериев безопасности: температура снаружи корпуса печи не приведет к закипанию воды (пока жидкость циркулирует), тепло, используемое для нагрева воды, в любом случае излучается печью, поэтому избыточное тепло не выходит из топки.
Наша система подогрева воды состоит всего из примерно 15 метров медной трубки диаметром 0,6 мм, свернутой в гипсокартон, заполненный гипсом. Гипсокартонный материал помогает равномерно распределять тепло по змеевикам и позволяет теплообменнику находиться в непосредственном контакте с корпусом печи без перегрева. (Мы хотели бы поблагодарить Эда Уолкинстика за это предложение.) Конструкция крепится болтами к одной стороне нагревателя и подключается к бывшему в употреблении водонагревателю объемом 42 галлона (мы использовали водонагреватель с нагревательным элементом, но со звукоизолирующим коробом). Работает как солнечный предварительный нагреватель.
Насос производительностью 10 галлонов в минуту, установленный на сливном отверстии водонагревателя, циркулирует воду через змеевик и обратно к тройнику, расположенному чуть ниже предохранительного клапана в верхней части бака (этот клапан зарезервирован в качестве меры безопасности). Холодная вода поступает в резервуар через обычный вход, а вода, нагретая дровами, поступает в обычный электрический водонагреватель через стандартный выходной патрубок. Вся проводка хорошо изолирована пенополиуретаном высокой плотности толщиной 1 дюйм.
Конечно, если вода постоянно циркулирует, тепло может теряться в печь, когда нет огня. Чтобы предотвратить это, исследователь Деннис Беркхолдер установил автоматическое включение/выключение на термостат кондиционера, работающий от сети переменного тока и подключенный к шнуру питания насоса. (Можно также использовать более распространенный комбинированный регулятор отопления/кондиционирования воздуха, установленный в режим охлаждения.) Термостат установлен на стене на расстоянии трех футов от нагревателя, примерно в футе от его верхней части. Когда температура воздуха достигает 80°F, контроллер на 120 вольт включает насос, и вода начинает нагреваться. Когда температура падает до 76°F, встроенный дифференциальный выключатель снова отключает циркуляционный насос.
Компоненты системы теплообменника показаны на прилагаемых чертежах, но, конечно, для каждой установки потребуются некоторые изменения основных размеров. Например, если ваша печь больше нашей, вы можете расширить панель настолько, чтобы вместить полный 60-футовый рулон мягкой медной трубы диаметром 1/4 дюйма внутри более крупной рамы теплообменника. Однако тем, у кого нагреватели меньшего размера, потребуется использовать меньшее количество проводов.
В любом случае, проще всего использовать трубку, свернутую для транспортировки. Мы просто вставляем обжатую проволоку в раму и аккуратно сгибаем трубу, чтобы заполнить прямоугольник. Гибкий материал можно согнуть до радиуса примерно 1,5 дюйма без перегибов, поэтому его несложно втиснуть в любые потенциальные «горячие точки». Мы работаем от внешнего края к центру, прикрепляя катушки к задней панели по мере продвижения. (Без проволоки для крепления внешнего кольца трубки вся конструкция стремилась выскочить из рамы.)
После того, как медные трубы равномерно распределены внутри рамы, нанесите тонкий слой гипса и вылейте смесь в раму. Выровняйте поверхность, проведя линейкой по уголку, и дайте материалу высохнуть в течение нескольких дней. Затем панель можно прикрепить к боковой стенке печи, а трубу диаметром 1/4 дюйма можно соединить с трубой диаметром 1/2 дюйма бака предварительного нагревателя.
Мы провели расширенные испытания, чтобы определить наиболее эффективную конфигурацию переключателя и убедиться в безопасной работе оборудования. Например, чтобы посмотреть, что произойдет, если отключение электроэнергии выведет из строя наш насос, мы герметизировали трубу, выходящую из бака предварительного подогрева, и установили манометр на предохранительном клапане. Максимальное давление, которое нам удалось создать в системе, составило 3 PSI… и это после того, как наш каталитический нейтрализатор Atlanta Stove Works остановил поток на 8 часов при максимально возможной скорости сгорания!
Кроме того, чтобы определить, не усиливается ли теплообмен за счет проводимости через стенки печи до опасного уровня, мы ежедневно осматривали внутреннюю часть топки дровяной печи на предмет увеличения отложений креозота. Мы не обнаружили различий во внешнем виде или глубине отложений ни на одной из четырех стенок, что позволяет предположить, что теплообменники получали преимущественно лучистую энергию от внешних стенок печи. (Керамика, возможно, играла некоторую изоляционную роль, компенсируя повышенную проводимость.)
Сколько горячей воды произведёт теплообменник? В типичном 7-часовом цикле мы загружаем от 55 до 60 фунтов древесины в катализатор Atlanta, что повышает температуру содержимого 42-галлонного бака почти до 140°F. Скорость сгорания 8 фунтов в час, вероятно, немного выше, чем у большинства людей, поэтому вы можете получить немного меньше горячей воды от аналогичного устройства. Конечно, если вы будете интенсивно использовать печь в течение дня, за 24 часа должно хватить более 100 галлонов горячей воды в сутки. Даже если вы часто выключаете печь, эта система значительно снизит ваши коммунальные платежи.
В зависимости от размера вашей семьи и потребления воды каждым членом семьи, эта система может полностью исключить ваши расходы на горячую воду зимой. Таким образом, если вы можете приобрести дрова значительно дешевле, чем эквивалентное количество электроэнергии или газа, энергия, затраченная на нагрев воды в вашей дровяной печи (за вычетом, конечно, занимаемого помещения и тепла, которое будет обеспечивать прибор), окупится с лихвой. Кроме того, вы будете рады узнать, что сделали еще один шаг к замене невозобновляемых источников энергии.
Вот уже 50 лет MOTHER EARTH NEWS работает над защитой природных ресурсов планеты, помогая вам при этом экономить деньги. Здесь вы найдете советы по снижению расходов на отопление, выращиванию свежих, натуральных продуктов дома и многое другое. Именно поэтому мы хотим, чтобы вы экономили деньги и деревья, подписавшись на наш экологичный план с автоматическим продлением подписки. При оплате кредитной картой вы можете сэкономить дополнительные 5 долларов и получить 6 выпусков MOTHER EARTH NEWS всего за 12,95 долларов (только для США). Вы также можете воспользоваться опцией «Выставить счет» и оплатить 17,95 долларов в рассрочку за 6 платежей.