Ämne: Min gör-det-själv kamin

[Roland]

I samband med att jag skrev om min koncentrerande solfångare halkade vi in på den kamin som jag då arbetade på. Nu när huset behöver värmas har jag provat den lite mer ingående. Kaminens konstruktion finns beskriven här: http://www.varmepumpsforum.com/vpforum/index.php?topic=51218.msg531258#msg531258.

Bilden nedan visar hur kaminen ser ut i installerat skick. Man kan se att Biltemas värmebeständiga färg inte riktigt klarar av temperaturen nertill på kaminen. Jag har aldrig mätt högre temperatur än 400 grader på kaminens yta så färgen håller nog inte riktigt vad den lovar.

Jag har som sagt testat kaminen mer ingående nu. Den klarar av att förbränna ca 2,5 kg ved/h. Rökgastemperaturen håller sig då inom intervallet 200 - 300 grader. Med veden tillförs alltså ungefär 11 kW. Frågan är då hur mycket som kommer huset tillgodo. För att få reda på det måste verkningsgraden bestämmas. Gör man det enkelt för sig mäter man enbart koldioxidhalt och rökgastemperatur.

Att mäta temperaturen är inga problem, den svåra biten är koldioxidhalten. Först försökte jag med en primitiv form av Orsatanalys, en metod där koldioxiden absorberas i lut och volymminskningen mäts. Det fungerade inte. Absorptionskärlet måste vara termostaterat. Det och det faktum att man måste kunna avläsa volymminskningen med rätt bra noggrannhet gjorde att jag förkastade den metoden som varande alltför besvärlig utan tillgång till proffsutrustning.

Då koldioxidanalysatorer ligger i en prisklass som mitt intresse för kaminens verkningsgrad inte kan matcha, valde jag en våtkemisk analysmetod. Visserligen fick jag köpa pH-mätare, standardlösning av saltsyra, byrett och lite annat men pH-mätare har jag ändå funderat på att köpa.

Analysmetoden är i korthet att jag suger in 50 mL rökgas i en 60 mL plastspruta. Sedan suger jag in lut i sprutan från en uppmätt mängd lutlösning med känd halt och skakar om. Lutlösningen tillsammans med sköljvatten titreras sedan med saltsyrestandarden till ca pH 8. Skillnaden mellan den volym saltsyrelösning som luten, som har använts för att absorbera rökgasen, förbrukar och samma mängd lut som inte har varit i kontakt med koldioxid ger hur mycket lut som har förbrukats för att absorbera koldioxiden. Sen är det enkelt att beräkna koldioxidhalten i rökgasen vilket ger rökgasmängden per kg ved. Den tillsammans med temperaturen ger värmeinnehållet i kWh/kg ved som försvinner ut med rökgaserna genom skorstenen.

Hittills utförda mätningar visar att verkningsgraden ligger lite över 60 % vilket jag är nöjd med med tanke på den primitiva konstruktionen. Det betyder att kaminen ger lite över 6 kW värme. Värmen sprider sig förvånansvärt bra i huset med tanke på planlösningen. Jag gör just nu ett tredagarsförsök med att värma huset uteslutande med kaminen, Det avslutas i kväll. Det kommer då att ha gått åt ungefär 45 kg ved, dvs 15 kg/dygn. Det betyder att huset har tillförts i genomsnitt 1,6 kW vilket ska räcka för att höja temperaturen inomhus 7 grader. Genomsnittliga temperaturskillnaden inne-ute har under perioden varit runt 13 grader, men solen värmer fortfarande en hel del på dagarna.

Det ligger nära till hands att fundera över hur verkningsgraden skall förbättras. Komplettering med ett varv 100 mm rör ligger nära till hands liksom att montera någon form av virvelbildare i rören. Nackdelen är att draget kan minska vilket gör kaminen svårare att tända när skorstenen är kall. Har den väl blivit varm är draget inga problem. Jag har också funderat över att montera en plåt under inloppet till rökröret så att rökgaserna tvingas göra en sväng inne i kaminen men jag tvivlar på att det skulle göra så mycket. Svetsa på värmeavgivande flänsar ligger utanför mina verkstadsresurser.

[SUNE73]

Kul 

Följer med spänning 

[Roland]

Då säsongen för soldrivna ångmaskiner är slut har jag övergått till kaminen. Efter erfarenheterna från eldningen under september då jag värmde huset med kaminen har den modifierats.

Jag har tidigare skrivit att verkningsgraden var 60 %. När jag gick igenom beräkningsmetoden visade det sig att jag hade gjort ett fel i beräkningsgången. Rätt värde är 65 %. Jag hade räknat med att den mängd överskottsluft som hör ihop med en viss koldioxidhalt var högre än den egentligen är.

Prioritet ett i förbättringarna var att montera ett bärhandtag på kaminen. 20 kg är i sig inget problem att bära men kan man inte få ett ordentligt grepp om det man bär blir det besvärligt, speciellt om man inte vill smutsa ner kläderna.

Jag har installerat en plåt under rökrörets anslutning som tvingar rökgaserna att göra en sväng runt den innan de går in i rökröret. Förhoppningsvis kommer förbränningen att bli effektivare då rökgaserna kommer att blandas bättre när de tvingas runt kanten på plåten. Det blir också högre temperatur i utrymmet under plåten. Jag har märkt att går att mäta ett temperatursprång på mantelytan där plåten är belägen. Är temperaturen 300 grader under plåten är det ca 20 grader lägre temperatur ovanför. Förhoppningsvis ska en del aska avsätta sig på plåten och inte hamna i rören. Efter eldningen i september visade det sig att rören var belagda med ett ca en mm tjockt lager sot och aska.

Även om verkningsgraden är bra kan jag inte motstår frestelsen att försöka förbättra den. Enligt mina beräkningar kom ca 20 % av kaminens avgivna värme från rören efter kaminen. Det betyder att själva kaminen hade en verkningsgrad på ca 55 % och att rökröret bidrog med ytterligare 10 % för att ge 65 % total verkningsgrad.
En uppenbar möjlighet till förbättring är att öka längden på rökröret. Jag har lagt till ca 1,5 meter rör i form av fyra 90-graderböjar och fyra raksträckor som leder rökgaserna ett extra varv innan de leds till skorstenen. Den effektiva längdökningen är lite mindre då det är dubbla lager plåt vid skarvarna. Mätningar visar att verkningsgraden har ökat från ca 65 % till ca 75 %.

Analysuttaget har flyttats till termometerns plats. Mäts CO2-halt och temperatur på samma ställe elimineras det mätfel som man får om luft läcker in genom skarvarna i rören och späder rökgaserna.  På det gamla analysuttagets plats sitter nu en andra termometer så jag kan följa temperaturdifferensen över rörssystemet. Vid normal eldning är det 150 – 200 graders differens, en del, okänt hur mycket, beror på det läcker in luft vid skarvarna.

Det är sämre drag efter modifieringarna. Det är större strömningsmotstånd i rökröret i och med att det är längre. Svalare rökgaser minskar också draget i skorstenen. Förr kunde rökgastemperaturen vid utloppet mot skorstensstocken vara 350 grader. Nu är det svårt att komma över 250 grader. En sänkning till 200 från 300 grader gör att verkningsgraden ökar från 66 till 78 % när koldioxidhalten är 6 %. 

Baserat på mina erfarenheter hittills undrar jag om det inte är med kaminers uppgivna verkningsgrad som med bilars uppgivna bränsleförbrukning: glädjesiffror som inte går att uppnå i praktiken. Jag ser till exempel på Conturas hemsida att kaminerna påstås ha 80 % eller högre verkningsgrad. Då det verkar vara svårt att elda så att koldioxidhalten i rökgaserna kommer över 7 % skulle det betyda att rökgaserna kyls ner till 210 grader. Går man på uppgiven rökgastemperatur vid nominell effekt, 300 grader, betyder det att koldioxidhalten är 11,5 %. Jag har mycket svårt att föreställa mig att det går att uppnå den halten vid eldning av vanlig ved i en kamin. Jag har läst att vedpannor som eldas på liknande sätt som en kamin (övereldning tror jag det kallas) kan ge 7 % koldioxidhalt i rökgaserna. Vill man nå högre koldioxidhalt och högre verkningsgrad blir det mer sofistikerade pannkonstruktioner som krävs med t.ex. tvåstegsförbränning.
 
Jag har en bekant som eldar pellets. Förhoppningsvis kan vi under denna vecka mäta på den pannan. Det ska bli intressant att se vilken koldioxidhalt en pelletsbrännare ger. De har också en braskamin men den är inbyggd och det känns tveksamt om jag får borra hål för termometer och analysuttag.

Edit: postade först fel version

[bopakoster]

Kul som sagt! Teori och praktik hand i hand gör det verkligen intressant. Tack Roland.

Har lite undringar. Det går ju att förbättra värmeuttaget betydligt i en öppen spis med eldningskråka. Din kamin överför värmen mestadels med strålning och en viss konvektion runt plåthölje och skorsten. Du ökade den strålande ytan med längre skorsten. En anordning som ökar luftflödet förbi de varma ytorna dvs principen för eldningskråkan, borde öka verkningsgraden?
Ett/flera  rör som går in i botten och ut genom toppen på kaminen är vad jag tänker på.
Och naturligtvis, förbränningsluften in till kaminen ska förstås tas utifrån så den goa nyskapade stugvärmen inte dras ut i skorstenen, eller hur? 

[Roland]

Värmeöverföringsmotståndet hos rören verkar vara fördelat med hälften på insidan och hälften på utsidan. Bättre luftcirkulation på utsidan bör ge en märkbar förbättring, särskilt som alla rör nu gör att det är rätt trångt i öppna spisen. Den naturliga konvektionen per meter rör måste ha fungerat bättre tidigare när det var mer fritt kring röret. Ett besök hos Clas Ohlson i Täby Centrum för inköp av fläkt ingår därför i planerna för den närmaste tiden.

Rör i kaminen kräver svets så det ligger utanför det möjligas gräns liksom flänsar på mantelytan.

Luften till kaminen ser jag inte som så stort problem. Förlusterna som är förknippade med den luften handlar om en uppvärmning till rumstemperatur som när det är kallt ute är runt 30 grader. Luften lämnar sedan kaminen i form av rökgaser med en temperatur bortåt 200 grader över rummets temperatur. Det är den senare temperaturdifferensen som är den viktiga ur förlustsynpunkt. Förlusterna genom att luften tas från rummet bör inte motsvara mer än ca 3 % av vedens värmeinnehåll. Jag kan inte motivera hål i golvet utifrån den siffran.

Det bör tilläggas att verkningsgraden mäts enbart ur koldioxidhalten. Att en del av veden förbränns till kolmonoxid och att rökgaserna innehåller oförbrända kolväten ingår inte i kalkylen. Det finns också en del kol i askan. Det gör att den verkliga verkningsgraden är lägre. Mängden kol i askan är förvånansvärt låg vilket måste bero på att värmestrålningen från rosten gör att nedfallande kol förbränns. Det märks att att askan på en del ställen har sintrat lite så det är hög temperatur på botten av kaminen. 

[Roland]

Så har vi då mätt på pelletspannan. Det visade sig att som den brännaren var inställd var verkningsgraden ca 70 % i stället för 85 % enligt databladet. Sökning på nätet visade att koldioxidhalten ska ligga på 12-13 %. Vi mätte ca 5 %. Resultatet var så märkligt att jag först blev lite tvivlande på min analysmetod men kontroll med en uppmätt mängd ren koldioxid visade att den fungerade bra. Möjligen kan röret som vi tog gasprovet genom ha varit placerat vid något ställe där tjuvluft läckte in, vi får testa alternativ placering vid nästa mätning. 

Kemikaliebrist gjorde att vi inte kunde göra försök med minskad lufttillförsel. Vi fortsätter vid senare tidpunkt, min släktings intresse för koldioxidanalyser ökade markant när han insåg vad skillnaden mellan 70 och 85 % kostade per år.

En fråga kvarstår: Om en modern vattenkyld pelletspanna där rökgastemperaturen enligt tillverkaren bör ligga i intervallet 170-220 grader har 85 % verkningsgrad, hur kan då en luftkylda braskaminer som eldas med ved och har en rökgastemperatur på ca 300 grader vid nominell effekt påstås ha verkningsgrader på 80 % eller högre? Det kräver att braskaminen kan eldas så att koldioxidhalten blir densamma som en pelletsbrännare ger. 

[Roland]

Nu när de nya cirkulationspumparna är igång har jag återgått att arbeta på mitt kaminprojekt.

Först en rättelse. Pelletspannan jag mätte på har en verkningsgrad på ca 80 % i stället för 75 %. Jag använde för liten mängd lut att absorbera koldioxiden i vilket gjorde att när rökgaserna innehöll högre halter koldioxid blev det inte fullständig absorption. Husets ägare blev något gladare.

Jag mätte också verkningsgraden hos en braskamin i samma hus. Vid lugn eldning var den ca 70 %. Kaminen stod i en f.d. öppen spis. Rökröret var draget i skorstenen. Man hade tagit upp en några kvadratdecimetrar stor öppning på muren någon meter ovanför eldstaden och monterat ett galler där. På så sätt bidrog rökröret till uppvärmningen genom att det blev en luftström från öppna spisen ut genom gallret. Då jag inte fick borra hål i rökröret var jag tvungen att ta gasproverna i skorstenen som lyckligtvis var belägen alldeles i närheten av takluckan. Jag kunde inte heller mäta rökgastemperaturen utan fick mäta yttemperaturen på rökröret och uppskatta rökgastemperaturen från värden differensen rökgas-rökrör för min kamin. 70 % är därför ett osäkert värde.

Den extra slingan för att öka verkningsgraden var ingen lyckad lösning. Draget blev dåligt, kaminen var svåreldad och det rykte in när man lade in ved.

Fläkten som blåser luft över rökrören förbättrade verkningsgraden markant. Jag fick som bäst lite över 90 % verkningsgrad. Även när den gick med lägsta hastighet sänkte den rökgastemperaturen så mycket att verkningsgraden ökade med ca 7 %.

Då jag tröttnade på att kaminen var så svår att elda bytte jag ut större delen av 100 mm rören till 125 mm rör och kortade ner slingan något, utloppet från kaminen är numer vinklat bakåt i stället för nedåt. Jag ville byta till 150 mm rör men det fick inte plats. Draget blev bra men verkningsgraden var en liten besvikelse. Då rökgasrörets yta var ungefär densamma som föregående variant trodde jag att det skulle bli samma verkningsgrad. Men det blev det inte. Utan fläkt var verkningsgraden ca 65 % och med fläkt ca 75 %. Koldioxidhalten i rökgaserna var för det mesta under 5 %. Det gör att det även med låg rökgastemperatur blir dålig verkningsgrad.

När jag mätte på den ovan nämnda braskaminen reagerade jag på att veden brann lugnt med en rödare färg på lågorna. Jag tolkade det som att lufttillförseln var rätt ordentligt strypt. Att det ändå gav rätt moderat koldioxidhalt i rökgaserna, 4-5 %, tolkade jag som dålig kontakt mellan luften och veden. Luften kom upp genom en rost mitt i kaminen. Veden stod lutad mot bakre väggen.

Detta inspirerade till försök med mindre lufttillförsel. Jag lade en 6 cm bred ring av plåt ovanpå rosten. Kaminen har en innerdiameter på ca 31 cm. Tidigare kunde luften strömma upp över hela ytan. Nu blev det ett hål på 19 cm i mitten plus en lite glipa längs periferin. Proveldning visade att verkningsgraden ökade från ca 75 % till 80-85 % med fläkten på lägsta fart. Koldioxidhalten låg för det mesta över 5 %.

Uppmuntrad av detta har jag provat med ytterligare att ha dragluckan mer stängd när elden har tagit fart. Det är inga problem att elda så att verkningsgraden är 85-87% och då är rökgasrören inte nysotade. Koldioxidhalten ligger ofta på 6 %.

Bilden visar hur installationen ser ut nu med gasprovtagningsutrustningen på plats. Det är en klar fördel med dubbla rökgastermometrar.  Så småningom lär man sig vad det ska vara för temperaturskillnad för att verkningsgraden ska bli bra. Låg differens när temperaturen vid utloppet vid kaminen är normalt betyder att luftflödet är för högt. Är temperaturen vid utloppet runt 400 grader och differensen 250 grader är det hög verkningsgrad. 

Det finns fortfarande förbättringspotential. Det finns ca 80 cm 100 mm rör som jag skulle kunna byta till 125 mm men det får vara. Kunde jag få tag i en bit sträckmetall skulle jag lägga den ovanpå rosten. Det är nu 20 mm springor mellan banden veden vilar på och det är lite för mycket.

Genom att förlägga mina undersökningar av verkningsgraden till tider med låg utomhustemperatur har jag inte behövt någon tillsatsel under de få kalla perioderna den här vintern.

Sen är det bara att konstatera att vedeldning är ett smutsigt arbete som medför ökad städning. Myseldning skrivs det en hel del om. Jag tycker inte det är speciellt mysigt att titta på en halvkvävd brasa genom ett sotigt glas vilket krävs för att elden ska ge ett nämnvärt bidrag till uppvärmningen. För myseldning krävs det enligt min mening att man ser elden direkt och kan höra att det sprakar. Då är verkningsgraden ointressant.

[Rickard]

SÅ DÄR skall det se ut i öppna spisen hos en äkta "Dignitär inom värmepump". 

Vanlig myseldning är för de som inte förstått ordet verkningsgrad. 

Gillar speciellt värmereflektorn av aluminium till vänster i bild. 

[Roland]

Aluminiumfolien är till för att skydda högtalaren, värmeutstrålningen från kaminen är kraftig när yttemperaturen kommer över 300 grader och lackat trä är att jämställa med en svart yta när det gäller absorption av värmestrålning.

[purjo__]

Bra att du har en extra tegelsten i värmemagasinet. 

[karlmb]

Härligt vetenskaplig approach!
Då har vi än en gång får bekräftat att det mesta med luft som medium fordrar en fläkt för att bli någorlunda effektivt. ..
Och att kaminer egentligen uteslutande är för myseldning. Dyr sådan.

Har precis samma problem själv med en högtalare som riskerar att överhettas..

[jehu]

Härligt
några synpunkter
*Anledningen att ta uteluft till kaminen är snarare att undvika ökat undertryck inne i huset vilket medför att kalluft sugs in vid fönster och andra ställen och ger kallras.
*Recirkulation ger en mer fullständig förbränning och ökar verkningsgraden men är nog inte lätt att få till med ett hembygge
*sotigt glas vill man absolut inte ha, då missar man ju strålningsvärmen vilket är en stor del av mysfaktorn  med en kamin. Därför är en bra kamin så utformad att ett riktat luftflöde håller glaset rent.
Vår kamin är utvald för att ge mycket strålvärme. Som bonus hög verkningsgrad, även vid snåleldning.

[Roland]

I somras byggde jag om kaminen något. Rökröret är nu 125 mm hela vägen vilket gör att det blir bättre drag. Det är ingen risk att lågor slår ut när jag öppnar luckan när det brinner kraftigt. Däremot blev det ingen större skillnad i verkningsgrad. Den är ca 85 % under normal eldning. Det är svårt att få upp koldioxidhalten i rökgaserna över 6-7 % så det är mycket överskottsluft. Det är den låga rökgastemperaturen vid utloppet till skorstenen som räddar verkningsgraden. Teoretiskt ska man utan luftöverskott nå ca 20 % vid vedeldning. I rökgaserna från en pelletspanna bör man kunna nå ca 12 %.