Init: PRA/MRI
Sagsnummer: 270-6-0402
Antal bilag: 1
Rekvirent:
Kontaktperson: Lars Helbro
Firma: Ovnsætter Lars Helbro
Adresse: Lyngbyvej 51, St. Brøndum
By: 9520 Skørping
Tlf: 9833 9218 Fax: 9833 9218
Emne:
Masseovn og stenkomfur
Fabrikat: Lars Helbro
Type: Stenovne
Nominel effekt: Se side 10 Brændsel:
Træ
Terminer: Emne modtaget: Afprøvning
foretaget på opstillingsstedet
Emne prøvet:
April 1996
Procedure: Se efterfølgende sider.
Resultat: Se efterfølgende sider.
Bemærkninger: Se side 11
Vilkår: Prøvningen er udført på omstående
vilkår.- Prøvningsrapporten må kun gengives i uddrag,
hvis det enten er offentligt tilgængeligt eller, hvis laboratoriet
har godkendt uddraget.
Sted: DTI Energi / ENERGILABORATORIET-ÅRHUS
Underskrift: Peder Andreasen
Ingeniør
Denne målerapport omhandler en serie målinger, som Dansk
Teknologisk Institut har foretaget på en finsk masseovn og et stenkomfur.
Måleopgaven blev udført for ovnsætter Lars Helbro, Lyngbyvej
51, St. Brøndum, og er en del af et projekt, som Lars Helbro har
gennemført med støtte fra Energistyrelsen.
Målingerne er foretaget på to ovne opført af Lars Helbro i hans private bolig på Lyngby-vej 51, St. Brøndum, og blev -udført i sidste halvdel af april måned 1996.
Det primære formål med målingerne var at bestemme stenovnenes forbrændingstekniske egenskaber ved nominel ydelse og for masseovnens vedkommende endvidere at verificere den sekundære ydelse som funktion af tiden.
Der blev gennemført fem forsøg med masseovnen og to forsøg med stenkomfuret - i det efterfølgende kaldt forsøg nr. 1-7. Alle forsøgene startede med en optænding med kold ovn og efterfølgende påfyringer. På stenkomfuret sluttede forsøgene, når den afvejede brænd-selsmængde var påfyret og udbrændt, mens forsøgene med masseovnen også omfattede den efterfølgende periode, hvor stenmassen afgiver den akkumulerede varme.
2.1 Brænde
Til begge ovne blev der anvendt skovbrænde med en længde
på 25-33 cm og en stykvægt i intervallet 0,5-1,2 kg svarende
til normal eller typisk kløvningsgrad.
.
Forsøg nr. 1 og 2 på masseovnen blev foretaget med grantræ
som brændsel. Alle øvrige forsøg inkl. komfuret blev
foretaget med bøgebrænde.
Vandindholdet i brændet varierede mellem 15 og 25%. Se under resultater.
2.2 Fyring
Til forsøgene med masseovnen blev der påfyret 15 kg brænde inkl. optænding, og til forsøgene med komfuret blev der påfyret 10 kg inkl. optænding.
Optænding blev foretaget med sammenkrøllet avispapir og normale brændestykker.
Optændingsmængden i forsøg nr. 1 og 2 med masseovnen
udgjorde knap halvdelen af brændemængden, og resten blev fordelt
på to påfyringer.
I forsøg nr. 3 blev optændingen foretaget med ca.
1/3 af brændemængden, og resten blev fordelt på tre påfyringer.
Til optænding i 4. og 5. forsøg blev der anvendt en mindre brændemængde, og resten blev fordelt på fire påfyringer.
Optændingen i komfuret blev foretaget med 2-3 kg brænde, og i forsøg nr. 6 blev resten fordelt på fire påfyringer, mens der i forsøg nr. 7 blev påfyret seks gange.
Tidspunktet for påfyringen var i de første forsøg bestemt af sædvane, mens der i de efterfølgende også blev skelet til CO- og CO2-indholdet i røggassen.
Sluttidspunktet for afbrændingen er ikke veldefineret, men som
kriterium blev valgt det tidspunkt, hvor der kun var et lille glødelag
tilbage, og hvor indholdet af CO2 var i stør-relsesordenen 1-2%.
2.3 Indstillinger
Masseovnen er forsynet med primært- og sekundært forbrændingsluftspjæld. Ved forsøg nr. 1 og 2 blev forskellige ventilindstillinger afprøvet. Forsøg nr. 3, 4 og 5 blev udført med fuldt åbent primært luftspjæld og sekundært luftspjæld lukket.
Optænding og afbrænding blev foretaget med fuld åben askelåge.
Begge ovne var forsynet med et røggasspjæld, som i afbrændingsfasen
var fuldt åbent. I forsøg nr. 4 med masseovnen blev røggasspjældet
lukket til ca. 20% åbningsareal efter afbrændingsfasen. I de
øvrige forsøg blev spjældet helt lukket efter afbrændingsfasen.
2.4 Bundrist
Begge ovne kan forsynes med bundrist i sten eller støbejern.
På masseovnen blev forsøg nr. 1, 2 og 5 udført med stenrist og nr. 3 og 4 med støbejerns-rist.
På stenkomfuret blev forsøg nr. 6 udført med stenrist. Forsøg nr. 7 blev udført med stø-bejernsrist og reduceret spalteareal i starten. Under forsøget blev spaltearealet øget.
3.1 Måleprogram
Alle målinger blev foretaget med kalibrerede instrumenter, og gasanalysatorer (CO og CO2) blev kalibreret med prøvegasser ved starten af alle fyringsforsøgene.
I tabel 3.1.1 er vist, hvilke målinger der blev foretaget
| Masseovn | Stenkomfur | |
| CO | k | k |
| CO2 | k | k |
| Røgtemperatur | k | k |
| Røgtræk | k | k |
| Rumtemperaturer | k | k |
| Udetemperatur | k | k |
| Overfladetemperaturer på ovn | k | |
| Brændselsforbrug | m | m |
| Vandindhold i brænde | m | m |
Tabel 3.1.1: Måleprogram
De kontinuerlige målinger blev gennemført med skanning
hver 5. sekund og logning hver 60. sekund ved hjælp af elektronisk
dataopsamling.
3.2 Målemetoder
Følgende målemetoder blev anvendt:
- Vandindholdet i brændet er bestemt efter veje-/tørremetoden.
- Brændselsforbrug blev bestemt ved vejning af indfyret mængde.
- CO- og CO2-indhold i røggassen blev målt med IR-gasanalysator
og prøveudtagning via sugepyrometer i skorstenen.
- Røgtemperaturen blev målt med termoelement monteret i sugepyrometer.
- Røgtrækket blev målt ved hjælp af en tryktransducer.
- Overfladetemperaturer på masseovnen blev målt med termoelementer type T mon-teret i kontaktpasta ved hjælp af alu-tape.
- Rumtemperaturer blev målt med ubeskyttede termoelementer type
T.
3.3 Måleudstyr
Der blev anvendt følgende prøvningsudstyr:
| Instrument | Sporbarhed | Instrument nr. |
| CO/CO2-måler H&B Uras 3K | - | 270-A-553 |
| Alpha-gaz spangas CO/CO2 | Hede Nielsen | 270-A-1106 |
| Datalogger HP 3497 A | DANAK 200 | 270-A-879 |
| Winner 486DX 33 Mhz PC | - | 270-A-1049 |
| DAQ-version 1.0 | - | - |
| Termoelementer type K | DANAK 200 | 270-A-1015 |
| Termoelementer type T | ELAB | - |
| Skrårørsmanometer Airflow | DANAK 200 | 13- 547-2 |
| Trykmåler Auto Tran 700 | ELAB | 270-A-1165 |
| Kalibrator Jofra 650 SE | DANAK 200 | 270-A-912 |
| Vægt Mettler PJ6 | ELAB | 270-A-997 |
| Diverse røgrensningsudstyr | - | - |
| Køleunit | - | - |
| Sugepyrometer | - | - |
Tabel 3.3.1: Måleudstyr
I det første forsøg blev Lars Helbros udstyr anvendt
til måling af udetemperaturen.
3.4 Målepunkter
- På begge ovne var sugepyrometeret monteret i bunden af skorstenen umiddelbart ved røgkanalens tilslutning.
- Røgtrækket blev ligeledes målt i bunden af skorstenen med sonde monteret i samme højde som sugepyrometeret.
- Overfladetemperaturer på masseovnen blev målt i ti punkter, som blev udvalgt under hensyntagen til temperaturfordelingen på ovnen.
- Ved forsøgene med masseovnen blev rumtemperatun målt i fire rum beliggende umid-delbart op mod ovnen - se plantegning. Ved beregning af røgtabet er anvendt tempe-raturen målt i stuen.
- Udetemperaturen blev målt på nordsiden af huset.
Tabel 3.5.1 viser resultaterne af de udførte målinger. Alle værdier mærket med * er midlet over afbrændingstiden, og øvrige værdier er midlet over cyklustiden (måletiden).
| Parameter | Enhed | Forsøg nr. | |||||||
| Masseovn | Stenkomfur | ||||||||
| Forsøg | Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Træsort | Gran | Gran | Bøg | Bøg | Bøg | Bøg | Bøg | ||
| Brændselsforbrug | kg | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 10 | 10 | |
| Vandindhold | % | 19.3 | 24.5 | 16.4 | 20.6 | 14.6 | 17.4 | 15.6 | |
| Afbrændingstid | Timer | 2.03 | 1.85 | 1.93 | 2.18 | 2.0 | 1.71 | 1.96 | |
| Cyklustid | Timer | 22.0 | 24.0 | 24.0 | 21.6 | 23.4 | - | - | |
| CO2 | % *) | 6.3 | 7.1 | 6.7 | 6.1 | 6.0 | 4.6 | 4.4 | |
| CO | % *) | 0.5 | 0.6 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 0.18 | 0.20 | |
| Røgtemperatur | C *) | 121 | 132 | 144 | 115 | 134 | 181 | 184 | |
| Røgtræk | Pa *) | 12.9 | 13.7 | 14 | 9.7 | 15.1 | 19.2 | 19.4 | |
| Overfladetemperatur på ovn | C | ||||||||
| Start | 38.9 | 40.1 | 42.0 | 36.0 | 35.3 | - | - | ||
| Slut | 42.1 | 41.7 | 42.0 | 33.9 | 42.0 | - | - | ||
| Mid | 57.0 | 57.8 | 59.4 | 49.3 | 57.4 | - | - | ||
| Udetemperatur | C *) | 6.7 | 10.7 | 10.9 | 23.3 | 24.1 | 13.1 | 15.7 | |
| Udetemperatur | C | 6.6 | 11.0 | 11.3 | 15.4 | 13.6 | - | - | |
| Rumtemperaturer- | Rum 1 *) | 24.5 | 25.6 | 25.4 | 23.8 | 25.1 | 25.1 | 28.8 | |
| -Stuen | Rum 1 | 23.4 | 24.3 | 24.2 | 23.4 | 25.4 | - | - | |
| -Alrum | Rum 2 | 23.2 | 23.8 | 24.0 | 23.8 | 25.1 | - | - | |
| -Børneværelse | Rum 3 | 21.8 | 22.5 | 23.2 | 22.5 | 24.1 | - | - | |
| -Soveværelse | Rum 4 | 22.3 | 23.1 | 22.7 | 22.6 | 23.6 | - | - |
I bilag 1 er de målte værdier af CO2, CO, røgtemperatur, udetemperatur og rumtempera-turer endvidere afbildet grafisk som funktion af tiden.
4.1 Indfyret effekt
Indfyret effekt er beregnet som brændselsforbrug i kg/time gange
den nedre brændværdi i kWh/kg.
4.2 Røgtab
Røgtabet er beregnet efter DIN 18891 på grundlag af målte
middelværdier i afbrændings-perioden.
4.3 Nominel primær effekt og energi
Ved beregningerne er den nominelle primære effekt defineret som
indfyret effekt minus røgtab i afbrændingsperioden. Primær
energi er defineret som nominel primær effekt gange afbrændingstiden.
4.4 Virkningsgrad
Virkningsgraden er beregnet på grundlag af målte middelværdier
i afbrændingsperioden og er defineret som nominel primær effekt
divideret med indfyret effekt.
4.5 Sekundær effekt og energi
Den sekundære effekt defineres her som varmeafgivelsen til rummet pr. tidsenhed og beregnes på grundlag af produceret primær energi og målte overfladetemperaturer.
Sekundær energi defineres som varmeafgivelsen til rummet.
Beregningerne er baseret på følgende formel:
10
Sekundær effekt = Esek = E
Ai
* (ti - tr) *
k [kW], hvor
i=1
Ai = delarealet med temperaturen ti [m2]
ti = overfladetemperatur på delarealet Ai [C]
tr = rumtemperatur [C]
k = en koefficient [W/m2 *K], som forudsættes at være konstant
og er beregnet som vist nedenfor.
Under forudsætning af, at den primære energi = den sekundære energi er beregnet en sekundær middeleffekt, Esek mid som
Esek mid = Enom ? t1 / t2 [kW], hvor
Enom = nominel effekt
t1 = afbrændingstiden
t2 = måletiden (cyklustiden)
k er beregnet som Esek mid / (to-tr) *A [W/m2 ?K], hvor
to = arealvægtet middelværdi af overfladetemperaturen på
ovnen i måleperioden [C]
tr = middelværdi af rumtemperatur i måleperioden [C]
A = det samlede areal, som deltager i varmeafgivelsen
4.6 Emission
Røggassens indhold af CO er omregnet til 7,5% CO2 efter følgende formel:
CO7,5 = COmålt *7,5/ CO2 målt [%], hvor
COmålt = middelværdien af CO i afbrændingstiden
CO2 målt = middelværdien af CO2 i afbrændingstiden
Tabel 4.7.1 viser beregningsresultaterne.
I forsøg nr. 4 og 5 er forudsætningerne for beregning af koefficienten k ikke opfyldt. Ved beregning af den sekundære effekt og energi i forsøg nr. 4 og 5 er der derfor anvendt k-værdien fra forsøg nr. 3, hvor overfladetemperaturen på ovnen var den samme ved start og slutning af forsøget.
K-værdier anført i tabel 4.7.1 er beregnet under forudsætning
af, at sekundær energi-mængde = primær energimængde.
Ved forsøg nr. 4 og 5 medfører det en større koeffici-ent
og skyldes, at en del af den akkumulerede energimængde bortventileres
på grund af delvist åbent røggasspjæld.
| Parameter | Enhed | Forsøg nr. | ||||||
| Masseovn | Stenkomfur | |||||||
| Forsøg | Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Indfyret effekt | kW | 30.3 | 31.0 | 33.4 | 27.9 | 33.0 | 24.8 | 22.2 |
| Røgtab | kW | 4.7 | 4.9 | 4.8 | 3.6 | 4.6 | 6.4 | 6.0 |
| Nom primær effekt | kW | 25.6 | 26.1 | 28.6 | 24.3 | 28.4 | 18.4 | 16.2 |
| Virkningsgrad | % | 84.7 | 84.4 | 85.5 | 87.3 | 86.0 | 74.4 | 73.3 |
| Mid. sek. effekt | kW | 2.4 | 2.0 | 2.3 | 2.45 | 2.4 | - | - |
| CO ved 7.5 % CO2 | % | 0.60 | 0.63 | 0.22 | 0.25 | 0.13 | 0.29 | 0.35 |
| Primær energi | kWh | 52.0 | 48.3 | 55.2 | 53.0 | 56.8 | - | - |
| Sekundær energi | kWh | 52.1 | 48.3 | 55.5 | 38.4 | 48.3 | - | - |
| Beregnet k-værdi | W/m2*K | 0.01-674 | 0.01-415 | 0.01-540 | 0.02-128 | 0.01-815 | - | - |
I forsøg nr. 4 er den sekundære energimængde beregnet til 35,3 kWh på det tidspunkt, hvor den målte middeltemperatur på ovnen svarede til begyndelsestilstanden.
Resultaterne af de udførte forsøg er næppe dækkende
for alle stenovne. Men specielt erfaringen med træsort og påfyringsmængde
vil formentligt være generel for alle sten
ovne. Bedømt på grundlag af CO-emissionen i de fem første
forsøg ser det ud til, at
- bøgetræ er bedre egnet som brændsel end grantræ
- chargemængden ved påfyring med fordel kan begrænses
til 2-3 kg
Sammenlignes CO-emissionen i forsøg nr. 4 og 5 er det bedste resultat opnået i forsøg nr. 5, som er udført med stenrist. Forskellen skyldes dog næppe risten, men kan snarere til-skrives en træg opstart i forsøg nr. 4 på grund af høj udetemperatur og deraf følgende dårligt røgtræk.
Beregningen af virkningsgrader forudsætter, at der i aftrækssystemet
er indbygget et tætsluttende røggasspjæld. Indbygningen
af et sådant spjæld strider dog mod de nugæl-dende regler
i Bygningsreglementet.
Betydningen af spjældet kan vurderes på grundlag
af resultaterne fra forsøg nr. 4, hvor virkningsgraden er beregnet
til 87,3%, svarende til et røgtab på 3,6 kW. Med k-værdien
fra forsøg nr. 3 er den sekundære ydelse beregnet til 35,3
kWh på det tidspunkt, hvor middeltemperaturen på ovnen svarede
til begyndelsestilstanden. Af den primære energi-mængde på
53 kWh er der altså kun tilført rummet 35,3 kWh. Forskellen
skyldes sand-synligvis et skorstenstab på 17,7 kWh, som skal
lægges til røgtabet, og den resulterende virkningsgrad bliver
derfor kun 58%.
Skorstenstabet svarer til at 740 m3 luft opvarmes 75 K, eller et flow på ca 45 m3/h, idet tabet er fordelt over ca 16,5 time. Det kan sammenlignes med et luftforbrug ved afbræn-dingen på ca 90 m3/h.
Med bøgetræ som brænde ser det ud til, at der
ved hensigtsmæssig brug af masseovnen - korrekt indstilling af luftspjæld
og påfyring- kan opnås en CO-emission i størrelsesorde-nen
0,1-0,15% ved 7,5% CO2. Det svarer til ca. halvdelen af emissionen fra
typiske DS-mærkede brændeovne, og til emissionen fra de bedste
portionsfyrede kedler.
Under forudsætning af, at tabet via skorstenen kan begrænses til det normale røgtab (tætlukkende røggasspjæld) er virkningsgraden på masseovnen bestemt til mellem 85 og 87%. Det er godt 10% over typiske DS-mærkede brændeovne og i samme størrelsesor-den som de bedste portionsfyrede kedler.
Graferne i bilag 1 viser varationer i bl.a. rumtemperaturerne, som først og fremmest skyldes, at målingerne et foretaget i et beboet hus, hvor der blev foretaget normal udluftning. Men dernæst blev målingerne foretaget i en periode med meget svingende udetempera-turer, og lejlighedsvis blev der udluftet ekstraordinært for at opnå udholdelige tempera-turer indendørs. Det betyder selvfølgelig, at de registrerede rumtemperaturer ikke viser det sande billede af en typisk opvarmningssituation. Men dette billede vil også være in-dividuelt fra hus til hus, og en bedømmelse af funktionen bør derfor nærmere baseres på variationen i den sekundære varmeydelse.