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Aug 08, 2023

DIY Holzofen-Warmwasserbereiter-Pläne

Befolgen Sie diese Tipps, um ein Warmwasser-Heizregister für einen Holzofen zu konstruieren und Geld zu sparen

Befolgen Sie diese Tipps, um ein Warmwasser-Heizregister für einen Holzofen zu bauen und Stromrechnungen zu sparen. Enthält ein Diagramm und Pläne für einen Holzofen-Warmwasserbereiter, die Sie in Ihrem eigenen Haus einrichten können.

Einer der Vorteile des Heizens mit Holz ist die Vielfalt der Bedürfnisse, die mit nur einem Ofen abgedeckt werden können. Ein Holzofen hält uns nicht nur warm, er kann auch das Abendessen zubereiten, Kleidung trocknen und kühle Zehen anstoßen. Aber wäre es nicht toll, wenn diese Black Box auch ein schönes heißes Bad heraufbeschwören würde?

Eigentlich ist die Warmwasserbereitung mit Holzöfen nichts Neues. . . Viele Kochherde verfügten vor mehr als einem Jahrhundert über einen Wassertank. Das Aufkommen der „luftdichten“ Holzverbrennungs- und Druckwassersysteme hat jedoch die meisten dieser alten Chargenheiztechniken auf der Strecke gelassen und es wurden neue Methoden entwickelt, die auf einem geschlossenen Kreislauf basieren.

Die meisten wassererwärmenden Aufsätze verwenden Wärmetauscher, die im Feuerraum oder im Schornstein des Geräts eingebaut sind. Die besten kommerziellen Beispiele dieses Ansatzes funktionieren tatsächlich sehr gut. Wenn der Ofen den größten Teil des Tages in Betrieb ist, kann er eine ganze Familie mit Warmwasser versorgen. Aus Sicherheitsgründen bestehen diese Geräte jedoch in der Regel aus Edelstahl (einem teuren Rohstoff) und müssen einem Drucktest unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie den sehr hohen Temperaturen standhalten, denen sie im Heizsystem ausgesetzt sein können. Daher sind hochwertige interne Wärmetauscher mit einem recht hohen Preis verbunden. Selbstgebaute Innengeräte hingegen haben sich einen schlechten Ruf wegen ihrer brühend heißen Dampfexplosionen erworben.

Darüber hinaus kann die Entnahme von Wärme aus dem Feuerraum oder dem Schornstein eines Holzofens unangenehme Nebenwirkungen haben: Die direkte Entnahme von BTU aus dem Feuer (mit einem Feuerraumwärmetauscher) kann die Verbrennungseffizienz verringern. . . und wenn die Produkte unvollständiger Verbrennung unter die Temperatur abgekühlt werden, bei der sie kondensieren (entweder durch einen Feuerraum oder einen Kaminwärmetauscher), kann es zu einer starken Kreosotansammlung kommen. Es ist zweifellos unnötig zu erwähnen, dass die Kombination aus einem Kaminbrand und einem internen, wassergefüllten Wärmetauscher eine Katastrophe bedeuten kann.

Da wir erkannten, dass es kein unentgeltliches Mittagessen gibt, wählten wir einen konservativen Ansatz bei der Entwicklung unseres eigenen Warmwasseraufsatzes für einen Holzofen. Anstatt zufällig einen Wärmetauscher innerhalb des Heizgeräts oder Schornsteins zu platzieren, haben wir einen an der Außenseite des Feuerraums angebracht. Auf diese Weise konnten wir größere Änderungen am Heizgerät vermeiden, wodurch die Underwriters' Laboratory-Zertifizierung erhalten bleibt. Darüber hinaus werden einige Sicherheitskriterien erfüllt, die wir bereits erwähnt haben: Die Temperaturen, die außerhalb der Hülle des Heizgeräts herrschen, bringen das Wasser nicht zum Kochen (solange die Flüssigkeit weiter zirkuliert), und die zum Erwärmen des Wassers verwendete Wärme ist genau die, die benötigt wird ohnehin von der Heizung abgestrahlt worden wäre, so dass dem Feuerraum keine zusätzliche Wärme entzogen wird.

Unser Warmwasserbereitungsaufsatz besteht einfach aus etwa 50 Fuß 1/4″ Kupferrohr, das zu einer mit Gips gefüllten Platte gewickelt ist. Das auf Gips basierende Material trägt dazu bei, die Wärme gleichmäßig auf die Spulen zu verteilen und sorgt dafür, dass der Wärmetauscher in direktem Kontakt mit dem Ofenkörper steht, ohne dass es zu einer Überhitzung kommt. (Wir möchten Ed Walkinstik für diesen Vorschlag danken.) Die Baugruppe wird an der Seite des Heizgeräts verschraubt und in einen geborgenen 42-Gallonen-Warmwasserbereiter (wir haben einen mit einem durchgebrannten Element, aber einem intakten Tank) eingesteckt Ähnlich wie bei einem Solarvorwärmer.

Eine 10-Gallonen-pro-Minute-Pumpe, die am Abfluss des Heizgeräts installiert ist, zirkuliert Wasser durch die Spule und zurück zu einem „T“ direkt unter dem Überdruckventil an der Oberseite des Tanks (das Ventil wurde aus Sicherheitsgründen beibehalten). Kaltes Wasser gelangt über den normalen Einlass in den Behälter und das mit Holz erwärmte Wasser gelangt über den standardmäßigen Warmauslass zu einem herkömmlichen Elektroheizer. Alle Leitungen sind mit 1 Zoll dickem hochdichtem Schaumstoff gut isoliert.

Wenn das Wasser ständig zirkulieren würde, könnte natürlich Wärme an den Ofen verloren gehen, wenn kein Feuer brennt. Um dies zu verhindern, hat der Forscher Dennis Burkholder eine automatische Ein-/Aus-Steuerung über einen Netzspannungs-Klimaanlagenthermostat entwickelt, der an die Stromversorgungsleitung der Pumpe angeschlossen ist. (Sie könnten auch eine gängigere Kombinationssteuerung für Heizung/Klimaanlage verwenden, die auf den Kühlmodus eingestellt ist.) Der Thermostat wird einen Meter von der Heizung entfernt und etwa einen Fuß über der Oberseite an der Wand befestigt. Wenn die Lufttemperatur 80 °F erreicht, schaltet die 120-Volt-Steuerung die Pumpe ein und das Wasser beginnt sich zu erwärmen. Der eingebaute Differentialschalter schaltet die Umwälzpumpe wieder ab, wenn die Temperatur auf 30 °C sinkt.

Die Komponenten des Wärmetauschersystems sind in der beigefügten Abbildung dargestellt, aber natürlich erfordert jede Installation eine gewisse Änderung der Grundabmessungen. Wenn Ihr Ofen beispielsweise größer als unserer ist, können Sie die Platte möglicherweise so weit vergrößern, dass eine vollständige 60-Fuß-Spule des 1/4-Zoll-Weichkupferrohrs in das vergrößerte Wärmetauschergerüst passt. Wer jedoch über kleinere Heizgeräte verfügt, muss eine geringere Leitungsmenge beanspruchen.

In jedem Fall ist es am einfachsten, mit dem Schlauch zu arbeiten, da er für den Versand aufgerollt wurde. Wir haben einfach die gerollte Linie in den Rahmen gelegt und den Schlauch vorsichtig gebogen, um die rechteckige Form auszufüllen. Das flexible Material kann bis zu einem Radius von etwa 1 1/2 Zoll gebogen werden, ohne zu knicken, sodass es nicht schwierig ist, es in mögliche „Hotspots“ zu drängen. Wir arbeiteten von den Außenkanten nach innen und verdrahteten dabei die Spulen mit der Trägerplatte. (Ohne den Draht, der die äußeren Rohrringe an Ort und Stelle hält, wollte das Ganze aus dem Rahmen springen.)

Sobald Sie die Kupferrohre gleichmäßig im Rahmen verteilt haben, rühren Sie eine dünne Menge Gips auf und gießen Sie die Mischung in den Rahmen. Glätten Sie die Oberfläche, indem Sie mit einem Haarlineal über das Winkeleisen fahren, und lassen Sie das Material einige Tage trocknen. Dann kann die Platte an der Seite Ihres Ofens befestigt werden und die 1/4-Zoll-Leitungen können an die 1/2-Zoll-Rohre des Vorwärmertanks angeschlossen werden.

Wir haben umfangreiche Tests durchgeführt, um die effektivste Konfiguration für den Wärmetauscher zu ermitteln und uns davon zu überzeugen, dass das Gerät sicher funktioniert. Um beispielsweise zu sehen, was passieren würde, wenn ein Stromausfall unsere Pumpe abschaltet, haben wir die Rohre, die aus dem Vorwärmertank austreten, abgedichtet und am Überdruckventil ein Manometer installiert. Der höchste Druck, den wir im System entwickeln konnten, betrug 3 PSI. . . und das, nachdem wir den Durchfluss acht Stunden lang bei der höchstmöglichen Verbrennungsrate für unseren Atlanta Stove Works Catalytic stagnieren ließen!

Um außerdem festzustellen, ob der konduktive Wärmeaustausch durch die Wand des Ofens in einem ungesunden Ausmaß gefördert wurde, überprüften wir jeden Tag das Innere des Feuerraums des Holzofens auf erhöhte Kreosotansammlungen. Wir fanden an keiner der vier Wände einen Unterschied im Aussehen oder in der Tiefe der Ablagerungen, was darauf hindeutet, dass der Wärmetauscher hauptsächlich Strahlungsenergie von der Außenwand des Ofens erhielt. (Möglicherweise hat die Keramik eine gewisse isolierende Wirkung ausgeübt und so die erhöhte Leitfähigkeit ausgeglichen.)

Wie viel Warmwasser wird der Wärmetauscher produzieren? Nun, während eines typischen siebenstündigen Zyklus würden wir 55 bis 60 Pfund Holz in den Atlanta Catalytic laden, was den Inhalt des 42-Gallonen-Tanks auf knapp 140 °F ansteigen ließe. Das entspricht einer Verbrennungsrate von acht Pfund pro Stunde ist wahrscheinlich etwas höher, als die meisten Leute verwenden, daher könnte die Warmwassermenge, die Sie von einem ähnlichen Gerät erhalten könnten, etwas geringer sein. Selbstverständlich sollte die Gesamtmenge über einen Zeitraum von 24 Stunden immer noch mehr als 100 Gallonen reichlich heißes Wasser pro Tag betragen, wenn Sie den ganzen Tag über einen starken Verbrennungsdruck haben. Und selbst wenn Sie Ihren Ofen häufig im „abgeschalteten“ Zustand betreiben, wird das System Ihre Stromrechnungen erheblich senken.

Abhängig von der Größe Ihrer Familie und der Wassermenge, die jede Person verbraucht, könnte das System Ihre Warmwasserrechnung im Winter einsparen. Wenn Sie also in der Lage sind, Ihr Holz zu einem Preis zu bekommen, der wesentlich niedriger ist als der einer entsprechenden Menge Strom oder Gas, wird die Energie, die Sie in die Erwärmung des Wassers Ihres Holzofens stecken (was natürlich vom Platzbedarf abgezogen wird). Wärme, die das Gerät abgegeben hätte) wird sich lohnen. Darüber hinaus werden Sie zufrieden sein zu wissen, dass Sie einen weiteren Schritt in Richtung Ersatz nicht erneuerbarer Energiequellen getan haben.