Одним из преимуществ отопления дровами является то, что для всех нужд можно использовать всего одну печь. Помимо того, что дровяные печи согревают нас, они могут готовить еду, сушить одежду и поджаривать холодные ноги. Но разве не было бы здорово, если бы эта черная коробка могла еще и принимать горячий душ?
На самом деле, бытовые дровяные водонагреватели не являются чем-то новым... более века назад многие печи имели насадки для бака. Однако появление «закрытых» дровяных горелок и систем подачи воды под давлением отодвинуло большинство старых методов периодического нагрева на второй план, и были разработаны новые методы, основанные на замкнутых циклах.
Большинство водонагревательных аксессуаров используют 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 товар) и должны быть испытаны под давлением, чтобы убедиться, что они могут выдерживать очень высокие температуры, которые могут возникнуть в системе отопления. Таким образом, хороший внутренний теплообменник имеет довольно высокую цену. С другой стороны, самодельные внутренние детали печально известны взрывами обжигающего пара.
Кроме того, извлечение тепла из топки или дымохода дровяной печи может иметь неприятный побочный эффект: извлечение БТЕ непосредственно из огня (с помощью теплообменника топки) снижает эффективность сгорания... если продукты неполного сгорания охлаждаются ниже температуры, при которой они конденсируются (либо через камеру сгорания, либо через теплообменник дымохода), может произойти большое накопление креозота. Не заблуждайтесь, сочетание пожара в дымоходе и заполненного водой теплообменника может привести к катастрофе.
Осознавая тот факт, что неоплачиваемого обеда в полдень не существует, мы применили консервативный подход к проектированию собственной водонагревательной установки для дровяной печи. Вместо того чтобы устанавливать теплообменник внутри нагревателя или дымохода, мы прикрепили его снаружи топки. Приняв эту стратегию, мы избежали каких-либо серьезных модификаций нагревателя, что соответствует аккредитации Underwriters Laboratories. Что еще более важно, соблюдаются несколько критериев безопасности, которые мы уже упоминали: температура, возникающая снаружи корпуса нагревателя, не приведет к закипанию воды (пока жидкость циркулирует), тепло, используемое для нагрева воды, в любом случае излучается нагревателем, поэтому из топки не выходит избыточное тепло.
Наше водонагревательное приспособление состоит всего из 50 футов медной трубки диаметром 1/4 дюйма, свернутой в спираль в гипсокартон с покрытием Paris. Материал на основе гипса помогает равномерно распределять тепло по спиралям и позволяет теплообменнику находиться в прямом контакте с корпусом печи без перегрева. (Мы хотели бы поблагодарить Эда Уолкинстика за предложение.) Узел крепится болтами к одной стороне нагревателя и подключается к переработанному водонагревателю объемом 42 галлона (мы использовали водонагреватель с выгорающим элементом, но со звуконепроницаемым корпусом). Точно так же, как солнечный предварительный нагреватель.
Насос производительностью 10 галлонов в минуту, установленный на сливе нагревателя, прокачивает воду через змеевик и обратно в «Т»-образный переходник, расположенный прямо под предохранительным клапаном в верхней части бака (этот клапан зарезервирован в качестве меры предосторожности). Холодная вода поступает в бак через обычный вход, а нагретая дровами вода поступает в обычный электрический нагреватель через стандартный выход тепла. Вся проводка хорошо изолирована пеной высокой плотности толщиной 1 дюйм.
Конечно, если вода постоянно циркулирует, тепло может уходить в печь, когда огонь не горит. Чтобы предотвратить это, исследователь Деннис Буркхолдер установил автоматическое управление включением/выключением на термостате кондиционера с сетевым напряжением, подключенном к шнуру питания насоса. (Вы также можете использовать более распространенный комбинированный регулятор отопления/кондиционирования воздуха, установленный в режим охлаждения.) Термостат крепится на стене в трех футах от обогревателя, примерно в футе от его верхней части. Когда температура воздуха достигает 80 °F, 120-вольтовый контроллер 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, каждая установка требует внесения некоторых изменений в основные размеры. Например, если ваша печь больше нашей, вы можете расширить панель настолько, чтобы получить полный 60-футовый змеевик из мягкой медной трубы диаметром 1/4 дюйма внутри большего каркаса теплообменника. Однако тем, у кого нагреватели меньшего размера, придется использовать меньшее количество проводов.
В любом случае, проще всего использовать трубку, скрученную для транспортировки. Мы просто помещаем гофрированную проволоку в рамку и аккуратно сгибаем трубку, чтобы заполнить прямоугольник. Гибкий материал можно сгибать до радиуса около 1-1/2 дюйма без перегибов, поэтому несложно вставить его в любые потенциальные «горячие точки». Мы работаем от внешнего края внутрь, прикрепляя катушки к объединительной плате по мере продвижения. (Без проводов для крепления внешнего кольца трубки вся эта штука хотела выскочить из рамы.)
После того, как медные трубы будут равномерно распределены внутри рамы, размешайте тонкий слой гипса и залейте смесь в раму. Выровняйте поверхность, проведя линейкой по железному уголку, и дайте материалу высохнуть в течение нескольких дней. Затем панель можно прикрепить к боковой части печи, а линию диаметром 1/4 дюйма можно подсоединить к трубе диаметром 1/2 дюйма резервуара предварительного нагревателя.
Мы провели расширенные испытания, чтобы определить наиболее эффективную конфигурацию переключателя и убедиться в том, что оборудование будет работать безопасно. Например, чтобы увидеть, что произойдет, если отключение электроэнергии приведет к отключению нашего насоса, мы загерметизировали трубу, выходящую из бака предварительного нагревателя, и установили манометр на предохранительный клапан. Максимальное давление, которое нам удалось создать в системе, составило 3 фунта на кв. дюйм… и это после того, как наш каталитический котёл Atlanta Stove Works остановил поток на 8 часов при максимально возможной скорости горения!
Кроме того, чтобы определить, не повышается ли теплопроводность через стенки печи до нездорового уровня, мы ежедневно осматривали внутреннюю часть топки дровяной горелки на предмет повышенного накопления креозота. Мы не обнаружили никаких различий во внешнем виде или глубине отложений на любой из четырех стенок, что позволяет предположить, что теплообменники в основном получали лучистую энергию от внешних стенок печи. (Керамика могла играть некоторую изолирующую роль, компенсируя повышенную проводимость.)
Сколько горячей воды произведет теплообменник? Ну, за типичный 7-часовой цикл мы загрузим в катализатор Atlanta от 55 до 60 фунтов древесины, что поднимет содержимое 42-галлонного бака почти до 140 °F. Эта скорость горения 8 фунтов в час, вероятно, немного выше, чем та, которую используют большинство людей, поэтому вы можете получить немного меньше горячей воды от аналогичного устройства. Конечно, если вы будете продолжать интенсивно топить в течение дня, 24-часового общего количества горячей воды все равно должно быть достаточно, более 100 галлонов в день. Даже если вы часто используете свою печь «выключенной», эта система значительно сократит ваши счета за коммунальные услуги.
В зависимости от размера вашей семьи и потребления воды каждым членом семьи эта система может избавить вас от счетов за горячую воду зимой. Поэтому, если вы можете купить дрова по цене, значительно меньшей, чем эквивалентное количество электроэнергии или газа, энергия, которую вы используете для нагрева воды в вашей дровяной печи (конечно, за вычетом пространства, тепла, которое будет обеспечивать прибор), будет стоить вложений. Кроме того, вы будете рады узнать, что сделали еще один шаг к замене невозобновляемых источников энергии.
На протяжении 50 лет в MOTHER EARTH NEWS мы работаем над защитой природных ресурсов планеты, помогая вам экономить финансовые ресурсы. Вы найдете советы о том, как сократить счета за отопление, выращивать свежие натуральные продукты дома и многое другое. Вот почему мы хотим, чтобы вы экономили деньги и деревья, подписавшись на наш экологичный автоматически возобновляемый план сбережений. При оплате кредитной картой вы можете сэкономить дополнительно 5 долларов и получить 6 выпусков MOTHER EARTH NEWS всего за 12,95 доллара (только в США). Вы также можете воспользоваться опцией Bill Me и заплатить 17,95 доллара за 6 частей.