Một trong những ưu điểm của việc sưởi ấm bằng củi là chỉ cần một chiếc lò có thể đáp ứng mọi nhu cầu. Ngoài việc giữ ấm, lò đốt củi còn có thể nấu ăn, sấy quần áo và sưởi ấm đôi chân lạnh giá. Nhưng sẽ thật tuyệt nếu chiếc hộp đen đó cũng có thể dùng để tắm nước nóng!
Thực tế, việc sử dụng bình đun nước nóng bằng củi trong gia đình không phải là điều mới lạ… hơn một thế kỷ trước, nhiều bếp lò đã có bình chứa nước kèm theo. Tuy nhiên, sự ra đời của các loại lò đốt củi “kín” và hệ thống nước áp suất đã khiến hầu hết các kỹ thuật đun nước nóng theo mẻ cũ bị loại bỏ và các phương pháp mới dựa trên chu trình kín đã được phát triển.
Hầu hết các thiết bị làm nóng nước đều sử dụng bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt trong buồng đốt hoặc ống khói của thiết bị. Ví dụ thương mại tốt nhất về phương pháp này hoạt động rất hiệu quả. Nếu lò sưởi hoạt động hầu hết thời gian trong ngày, chúng có thể cung cấp nước nóng cho toàn bộ ngôi nhà. Tuy nhiên, vì lý do an toàn, các thiết bị này thường được làm bằng thép không gỉ (một nguyên liệu đắt tiền) và phải được kiểm tra áp suất để đảm bảo chúng có thể chịu được nhiệt độ rất cao có thể gặp phải trong hệ thống sưởi. Do đó, một bộ trao đổi nhiệt bên trong tốt có giá khá cao. Mặt khác, các bộ phận bên trong tự chế lại nổi tiếng với nguy cơ gây nổ hơi nước bỏng.
Ngoài ra, việc lấy nhiệt từ buồng đốt hoặc ống khói của bếp củi có thể gây ra tác dụng phụ không mong muốn: việc lấy trực tiếp nhiệt từ lửa (sử dụng bộ trao đổi nhiệt trong buồng đốt) làm giảm hiệu suất đốt cháy… nếu các sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn được làm nguội xuống dưới nhiệt độ ngưng tụ (thông qua buồng đốt hoặc bộ trao đổi nhiệt trong ống khói), có thể xảy ra sự tích tụ lớn chất creosote. Đừng nhầm lẫn, sự kết hợp giữa lửa trong ống khói và bộ trao đổi nhiệt chứa đầy nước có thể dẫn đến thảm họa.
Nhận thấy thực tế là không có bữa ăn trưa nào miễn phí, chúng tôi đã áp dụng cách tiếp cận thận trọng khi thiết kế bộ phận làm nóng nước bằng bếp củi của riêng mình. Thay vì đặt bộ trao đổi nhiệt bên trong lò sưởi hoặc ống khói, chúng tôi đã gắn nó vào bên ngoài buồng đốt. Bằng cách áp dụng chiến lược này, chúng tôi đã tránh được bất kỳ sửa đổi lớn nào đối với lò sưởi, vốn vẫn duy trì chứng nhận của Underwriters Laboratories. Quan trọng hơn, một số tiêu chí an toàn mà chúng tôi đã đề cập được đáp ứng: nhiệt độ gặp phải bên ngoài vỏ lò sưởi sẽ không làm sôi nước (miễn là chất lỏng vẫn lưu thông), nhiệt lượng dùng để làm nóng nước dù sao cũng được lò sưởi tỏa ra, vì vậy không có nhiệt lượng dư thừa nào thoát ra khỏi buồng đốt.
Bộ phận làm nóng nước của chúng tôi chỉ bao gồm khoảng 15 mét ống đồng đường kính 0,6 cm được cuộn vào trong một tấm thạch cao chứa đầy bột trét. Vật liệu gốc thạch cao giúp phân phối nhiệt đều đến các cuộn dây và cho phép bộ trao đổi nhiệt tiếp xúc trực tiếp với thân lò mà không bị quá nóng. (Chúng tôi xin cảm ơn Ed Walkinstik về gợi ý này.) Bộ phận này được bắt vít vào một bên của máy sưởi và cắm vào bình nước nóng tái chế 42 gallon (chúng tôi đã sử dụng bình nước nóng có bộ phận đốt nóng nhưng có hộp cách âm). Giống như một bộ phận làm nóng sơ bộ bằng năng lượng mặt trời.
Một máy bơm 10 gallon/phút được gắn trên đường thoát nước của bình đun sẽ tuần hoàn nước qua ống dẫn và trở lại khớp nối hình chữ "T" ngay bên dưới van an toàn ở phía trên cùng của bể (van này được giữ lại như một biện pháp phòng ngừa an toàn). Nước lạnh đi vào bình chứa qua cửa vào thông thường, và nước được đun nóng bằng củi đi vào bộ gia nhiệt điện thông thường qua cửa thoát nhiệt tiêu chuẩn. Tất cả dây dẫn đều được cách điện tốt bằng lớp xốp mật độ cao dày 1 inch.
Tất nhiên, nếu nước liên tục tuần hoàn, nhiệt có thể bị thất thoát vào bếp khi không có lửa cháy. Để ngăn chặn điều này, nhà nghiên cứu Dennis Burkholder đã lắp đặt bộ điều khiển bật/tắt tự động trên bộ điều nhiệt điều hòa không khí điện áp lưới được kết nối với dây nguồn của máy bơm. (Bạn cũng có thể sử dụng bộ điều khiển kết hợp sưởi/điều hòa không khí phổ biến hơn, được đặt ở chế độ làm mát.) Bộ điều nhiệt được gắn trên tường cách máy sưởi khoảng 90 cm, cách đỉnh máy sưởi khoảng 30 cm. Khi nhiệt độ không khí đạt 27°C, bộ điều khiển 120 volt sẽ bật máy bơm và nước bắt đầu nóng lên. Khi nhiệt độ giảm xuống 24°C, công tắc chênh lệch tích hợp sẽ tắt máy tuần hoàn.
Các bộ phận của hệ thống trao đổi nhiệt được thể hiện trong các bản vẽ đính kèm, nhưng tất nhiên mỗi lần lắp đặt đều cần một số thay đổi về kích thước cơ bản. Ví dụ, nếu lò sưởi của bạn lớn hơn của chúng tôi, bạn có thể mở rộng tấm đủ để chứa một cuộn ống đồng mềm 1/4″ dài 60 feet bên trong khung trao đổi nhiệt lớn hơn. Tuy nhiên, những người có lò sưởi nhỏ hơn sẽ phải sử dụng ít dây dẫn hơn.
Dù sao thì, cách dễ nhất để sử dụng ống khi nó được cuộn lại để vận chuyển là hiệu quả nhất. Chúng ta chỉ cần đặt dây đã được uốn cong vào khung và nhẹ nhàng uốn ống để lấp đầy hình chữ nhật. Vật liệu dẻo có thể uốn cong với bán kính khoảng 1,5 inch mà không bị gập, vì vậy không khó để đưa nó vào bất kỳ "điểm nóng" tiềm năng nào. Chúng ta làm việc từ mép ngoài vào trong, gắn các vòng cuộn vào tấm nền khi tiến hành. (Nếu không có dây để cố định vòng ngoài của ống, toàn bộ cấu trúc sẽ dễ bị văng ra khỏi khung.)
Sau khi các ống đồng được phân bố đều trong khung, khuấy đều một lớp thạch cao mỏng và đổ hỗn hợp vào khung. San phẳng bề mặt bằng cách dùng thước kẻ miết lên thanh sắt góc và để vật liệu khô trong vài ngày. Sau đó, có thể gắn tấm panel vào cạnh lò và nối đường ống 1/4 inch với ống 1/2 inch của bình gia nhiệt sơ bộ.
Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm mở rộng để xác định cấu hình hiệu quả nhất của công tắc và để đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn. Ví dụ, để xem điều gì sẽ xảy ra nếu mất điện làm ngừng hoạt động máy bơm, chúng tôi đã bịt kín đường ống dẫn ra từ bình gia nhiệt sơ bộ và lắp đặt đồng hồ đo áp suất trên van xả áp. Áp suất cao nhất mà chúng tôi có thể tạo ra trong hệ thống là 3 PSI… đó là sau khi bộ chuyển đổi xúc tác của Atlanta Stove Works làm tắc nghẽn dòng chảy trong 8 giờ ở tốc độ đốt cao nhất có thể!
Ngoài ra, để xác định xem sự trao đổi nhiệt dẫn qua thành lò có bị thúc đẩy đến mức không tốt cho sức khỏe hay không, chúng tôi đã kiểm tra bên trong buồng đốt củi hàng ngày để tìm sự tích tụ muội than. Chúng tôi không tìm thấy sự khác biệt nào về hình dạng hoặc độ dày của lớp cặn trên bất kỳ thành nào trong bốn thành, cho thấy rằng các bộ trao đổi nhiệt chủ yếu nhận năng lượng bức xạ từ các thành ngoài của lò. (Vật liệu gốm có thể đóng một vai trò cách nhiệt nào đó, bù đắp cho sự dẫn nhiệt tăng lên.)
Bộ trao đổi nhiệt sẽ tạo ra bao nhiêu nước nóng? Thông thường, trong một chu kỳ 7 giờ, chúng tôi sẽ cho từ 55 đến 60 pound gỗ vào bộ xúc tác Atlanta, điều này sẽ làm tăng nhiệt độ trong bình chứa 42 gallon lên gần 140°F (60°C). Tốc độ đốt 8 pound mỗi giờ này có lẽ cao hơn một chút so với mức sử dụng của hầu hết mọi người, vì vậy bạn có thể nhận được ít nước nóng hơn một chút từ một thiết bị tương tự. Tất nhiên, nếu bạn tiếp tục đốt liên tục suốt cả ngày, tổng lượng nước nóng tạo ra trong 24 giờ vẫn đủ hơn 100 gallon mỗi ngày. Ngay cả khi bạn thường xuyên tắt bếp, hệ thống này cũng sẽ giúp giảm đáng kể hóa đơn tiền điện của bạn.
Tùy thuộc vào quy mô gia đình và lượng nước tiêu thụ của mỗi người, hệ thống này có thể giúp bạn loại bỏ hoàn toàn hóa đơn tiền nước nóng mùa đông. Vì vậy, nếu bạn có thể mua củi với giá rẻ hơn nhiều so với lượng điện hoặc khí đốt tương đương, thì năng lượng bạn sử dụng để đun nước bằng bếp củi (tất nhiên là không tính đến diện tích, mà chỉ tính đến lượng nhiệt mà thiết bị tạo ra) sẽ rất đáng để đầu tư. Thêm vào đó, bạn sẽ vui mừng khi biết mình đã tiến thêm một bước nữa trong việc thay thế các nguồn năng lượng không thể tái tạo.
Trong suốt 50 năm qua, MOTHER EARTH NEWS luôn nỗ lực bảo vệ tài nguyên thiên nhiên của hành tinh đồng thời giúp bạn tiết kiệm chi phí. Bạn sẽ tìm thấy những lời khuyên hữu ích về cách giảm hóa đơn sưởi ấm, trồng rau củ quả tươi ngon tại nhà và nhiều hơn nữa. Đó là lý do tại sao chúng tôi muốn bạn tiết kiệm tiền và bảo vệ cây xanh bằng cách đăng ký gói tiết kiệm tự động gia hạn thân thiện với môi trường của chúng tôi. Khi thanh toán bằng thẻ tín dụng, bạn có thể tiết kiệm thêm 5 đô la và nhận 6 số báo MOTHER EARTH NEWS chỉ với 12,95 đô la (chỉ áp dụng tại Mỹ). Bạn cũng có thể chọn tùy chọn Thanh toán sau và trả 17,95 đô la cho 6 lần trả góp.