Afprøvning af Stenovne

Foretaget af Peder Andreasen Dansk Teknologisk Institut,- og Ovnsætter Lars Helbro i april 1996
Projektet blev støttet af Energistyrelsen

Rapporten foreligger i bogform og kan rekvireres ved henvendelse til Lars Helbro 98 58 22 99 eller mail: lars@stenovne.dk
De fleste af de omtalte grafer er af tekniske årsager endnu ikke med i denne elektroniske udgave, men vil blive indsat så snart som muligt.

Indholdsfortegnelse

-afd.1
Indledning v. Lars Helbro
beskrivelser af ovne & hus
principskitse af stenovn
plantegning af huset hvori målingerne fandt sted (mangler endnu i denne udgave)
afd.2
D.T.I.s rapport v.Peder Andreasen
Indledning
Udførelse
Målinger
Måleresultater
Virkningsgrad
Beregninger
Beregningsresultater
Vurdering af resultater
Bemærkninger
bilag 1 side 1-22 Grafisk fremstilling (mangler endnu i denne udgave)
se derfor midlertidigt Graf fremstillet på baggrund af disse målinger
afd.3
Vurdering af resultaterne v.Lars Helbro

Appendix a Temperaturmålinger julen 95 foretaget af Lars Helbro m. eget udstyr
Appendix b Sekundær ydelse komfur målt og beregnet af LH m.eget udstyr
appendix c Forklaring til graferne i DTI´s rapport

Fotos: L.H.
For- og bagsidefotos: For- og bagside af den store stenovn som dette måleprogram omhandler.(se foto på indgangssiden www.stenovne.dk

Tilbage til fotosiderne


Indledning v. Lars Helbro:

Stenovne som vi kender dem idag i Danmark, er egentlig en videreudvikling af tidligere tiders åbne murede kaminer. Denne udvikling har dog ikke hidtil (før 1989) fundet sted i Danmark.
I Sverige udviklede Wrede & Chronstedt under Gustav d.3. den kendte høje kakkelovn "Chron-spisen" som stadig produceres stort set uforandret.
I Finland har især Heikki Hyytiäinen igennem 80erne videreudviklet kraftigt på de store finske og russiske masseovne. Hans udvikling har primært gået på forbrændingsteknikken og holdbarheden, og hans resultater, som man kan stifte nærmere bekendtskab med i bogen "Finnish Fireplaces" er bemærkelsesværdige.

I 1989 præsenterede han sine resultater i DK, og efterfølgende har flere taget idéen op og opført en lang række stenovne, enten direkte efter hans princip, eller,- som de her afprøvede ovne er et eksempel på,- en yderligere videreudvikling heraf.

Siden 89 er der blevet bygget et pænt antal stenovne i DK. Dels af en lille håndfuld ovnsættere undervist af Heikki Hyytiäinen og Canadieren Doug Wood (heriblandt undertegnede),- dels af selvbyggere undervist af disse ovnsættere.
Det nøjagtige antal ovne i DK. på nuværende tidspunkt er derfor ukendt, men et forsigtigt gæt fra min side er ca. 300.

Anledningen til dette måleprogram var dels, at få "blåstemplet" disse ovnes kvaliteter,- dels at få indikeret betydningen af et lufttæt spjæld imellem en stenovn og den tilsluttede skorsten,- en konstruktion som efter bygningsreglementet ikke er lovlig idag.
Som denne rapport vil vise, er vi i det dilemma, at vi her har et ildsted som bygger på en teknologi som kan præstere nogle meget fine resultater hvad angår høj effektivitet og lav miljøbelastning (alle andre kvaliteter ufortalt), men som samtidig falder helt udenfor den eksisterende lovgivning.
Forhåbentlig vil denne rapport kunne medvirke til at ændre på dette.

De overordnede principper for disse ovne:
Et kortvarigt (1-2timer) heftigt bål som afleverer en forholdsvis stor varmeydelse til en omgivende stenmasse. Stenmassen afgiver herefter en lav varmeydelse i væsentlig længere tid (24timer) til omgivelserne.
Således kan man opnå gode betingelser for en ren forbrænding, idét ovnene,- indenfor visse grænser,- altid kan arbejde ved nominel effekt,- såvel som en god tilpasning til det almindelige varmebehov i et enfamiliehus,- idét varmeafgivelsen reguleres ved varigheden af det daglige bål.
Herudover kan man forvente en rimelig omhyggelig pasning af ovnen. Dels er ovnen overordentlig nem at betjene,- dels begrænser betjeningen sig til et kort,- og næsten valgfrit,- tidsrum af døgnet hvor ovnen oftest også vil være under konstant opsyn, da den for de fleste også er leverandør af daglig hygge. Pasningen vil derfor sjældent være noget brugeren sjusker med, da det ikke opleves som arbejds- eller tidskrævende.

Indholdsfortegnelse


Beskrivelse af ovne og hus

 

Beskrivelse af de målte ovne:

De ovne dette måleprogram omfatter er dels en videreudvikling af Heikki´s princip, dels et stenkomfur af egen opskrift, dog kraftigt inspireret af principperne fra de store ovne.

Den store ovn er af typen "1-skinds", hvilket vil sige, at det yderste lag består af en halvstensvæg,-
("1,5 skinds"-ovne som der også bygges i DK har her 2 lag murværk adskilt af et tyndt isolerende lag mineraluld).
At 1-skinds typen er valgt, skyldes at den efter min mening bedst passer i varmeafgivelse til langt hovedparten af danske huses aktuelle varmebehov, hvilket måleresultaterne også kan siges at give en vis indikation af.
Den væsentligste afvigelse fra Heikki´s "opskrift" består i en anderledes udformning af det øverste forbrændingskammer.
Denne afvigelse har 2 formål;
1) at øge muligheden for en ren forbrænding samt at kunne opnå dette hurtigere efter optænding,-
2) at kunne spare lidt højde på den færdige ovn, hvilket hovedsageligt har arkitektonisk værdi.

Komfuret,- som er af undertegnedes egen opskrift,- er ligeledes af typen 1-skinds, og er opbygget med sigte på en ren forbrænding og høj effektivitet som varmekilde, men bestemt også med sigte på at det samtidigt skal kunne fungere som et effektivt og komfortabelt madlavningsredskab.
Som det senere vil fremgå, vil kravet om det sidste muligvis sætte en grænse for at opnå det første med lige så fornemme resultater som på den store ovn.
Dette måleprogram har dog allerede givet inspiration til et videre arbejde med at komme tættere til opfyldelsen af begge mål.

Det bør nok præciseres, at resultaterne af dette måleprogram ikke ukritisk kan anvendes til vurdering af andre stenovntypers egenskaber,- herunder ovne bygget efter det originale finske princip, og ovne med en anden tykkelse eller udførelse af ydervæggene.
 

Beskrivelse af huset som ovnene er opstillet i:

Huset er en gammel købmandsgård fra 1860, opført i "hønsemøg og kampesten". Huset er stort set uisoleret, på nær loftsetagen hvor der på gulvet er spredt mineraluldssmulder i en tykkelse af ca.10cm.
Det opvarmede areal udgør dels 98m2, som opvarmes til normal stuetemperatur,- dels ca.-60m2 som opvarmes til 15-18Co (arbejdstemperatur).
Huset blev tidligere opvarmet med oliefyret centralvarme, og forbruget var dengang 4.500 - 5000ltr. olie pr. år,- huset er altså bestemt ikke noget lavenergihus.
Forbruget af brænde i fyringssæsonnen 95-96 blev 14 rmtr. bøg, hvilket omregnet giver et lidt lavere kwt. forbrug. Årsagen til denne besparelse (som ikke har givet anledning til forringet varmekomfort - tvært imod) kan bl.a. findes i dårligt isolerede centralvarmerør placeret i loftsetagen,- som altså ikke anvendes mere.

Indholdsfortegnelse



 

Subjektiv vurdering af resultaterne v. LH.

Indledningsvis til denne afd. vil jeg gerne give udtryk for følgende:
 

Stor ovn:

Inden dette måleprogram blev indledt, var jeg klar over at disse ovne virkeligt var effektive. Det kunne rimeligt enkelt konstateres ved at regne lidt på egne og mange af mine kunders varmeregnskaber før og efter opførelsen af en stenovn.
At det nu er slået fast, at ovnene faktisk kan konkurrere med noget af det bedste indenfor træfyring m.h.t. såvel effektivitet som miljøbelastning, er naturligvis meget glædeligt.
Når der i bemærkningerne i DTI´s rapport står at virkningsgraden er "i samme størrelsesorden som de bedste portionsfyrede kedler", dækker dette,- ifølge VE-sekretariatets liste over DS-afprøvede kedler,- over 1. enkelt kedeltype, nemlig HS-Tarm Solo+.

I en sammenligning med andre træfyringsteknologier bør man bemærke, at stenovnene fungerer helt uden tilførsel af udefra -kommene energi, såsom el til drift af forbrændingsluftblæser og cirkulationspumpe etc., og ej heller behøver tilslutning af en stor varmeakkumuleringstank for at "rette" det normale misforhold imellem nominel ydelse og aktuelt varmebehov.
Dette burde reelt medtages i en samlet vurdering af et varmesystems kvaliteter, men også set i et større perspektiv har det betydning for såvel den enkelte families, som samfundets sårbarhed/-tryghed i.f.m. uvejr, katastrofer, eller krigssituationer.
Det bør også her bemærkes, at der ved opbygningen af såvel komfur som den store ovn, er taget andre hensyn end de rent tekniske. Udseendet og tilpasningen til husets indretning spiller altid en væsentlig rolle ved de ovne jeg bygger. Som det måske kan ses på forsidebilledet er det også tilfældet på den målte ovn.
 

Komfur:

Prioriteringen ved konstruktionen af komfuret var nogenlunde ligeligt fordelt på; effektivt madlavningsredskab, og rimelig effektiv varmekilde.
Det ligger udenfor dette projekts rammer at vurdere komfurets evner som madlavningsredskab nærmere,- så jeg vil her blot meddele at vi selv er ganske godt tilfredse.
Også her gælder det naturligvis, at hverken snestorm eller andet udefrakommene kan forhindre os i at få varm mad.
 
 

De væsentligste resultater i prioriteret rækkefølge:

Den store ovn:

Ovnens evne til at akkumulere og fordele varmen i tid og rum.
Fine resultater på effektivitet og emission er ikke meget værd, hvis opnåelsen af disse kræver en driftsform som ikke stemmer overens med brugerens varmebehov og dagligdag.
DTI´s rapport viser, at en meget enkel betjening: (Åbn spjæld og askelåge - fyr op, og put brænde ind i småportioner over et tidsrum svarende til en god spillefilm - luk spjæld og askelåge når den sidste glød er slukket.) resulterer i en meget jævn varmeafgivelse over de næste ca.24 timer.

Varmeafgivelsen er i disse afprøvninger ikke forsøgt varieret, da vi ønskede et så solidt
grundlag at vurdere resultaterne på som muligt. Den indfyrede brændemængde pr. cyklus blev valgt udfra den mængde vi i dette hus normalt anvender dagligt i ovnene i en normal fyringssæson,- (dette resulterede naturligvis i højere rumtemperaturer end vi normalt foretrækker, da udetemperaturene ikke var repræsentative for en normal fyringssæson,- vi foretrak dog at holde en vis distance til udetempera-turen for at få et bedre billede af varmefordelingen i rummene.
En variation i varmeafgivelsen fra 0,5kw til 4kw, vil dog næppe give anledning til de store afvigelser i ovnens effektivitet og evne til at brænde rent, da eksempelvis en mindre varmeafgivelse fås ved i kortere tid at fyre ovnen ved nominel drift. (Ved lavere sekundær effekt vil man sandsynlig-vis øge nyttevirkningsgraden, da middelrøgtemperaturen derved vil blive lavere (se graferne fig. x.2),- mens det omvendte vil være tilfældet ved en øget sekundæreffekt (kan sandsynligvis reduceres ved at fyre 2 gange pr. døgn)),- dette bør dog verificeres ved konkrete målinger.
 

Effektivitet og emission.

Egentlig taler tallene for sig selv, men igen vil jeg bemærke, at resultaterne kun i ringe grad er påvirket af selve måleproceduren. Det faktum, at ovnens varmeafgivelse passer til varmebehovet i flertallet af danske hjem,- og at betjeninger er overordentlig enkel, taler for at de opnåede resultater vil være meget tæt på det man vil kunne genfinde på ovne i almindelig daglig brug. Dette kan yderligere understreges ved, at jeg under de fleste prøver fyrede som jeg (og min kone!) har gjort i den tid vi har haft ovnen, samt at forskellen ved at DTI´s medarbejder og jeg lagde al vores erfaring, fantasi, og omhyggelighed i den sidste prøve (prøve 5) kun blev meget lille.

Endelig er det min vurdering, at det ikke vil være umuligt yderligere at forbedre denne konstruktion, ikke mindst taget i betragtning, at de forbedringer der allerede er opnået i.f.t. den finske version er opnået stort set uden brug af måleudstyr.

Betydningen af et tæt røgspjæld.
Resultatet af afprøvningen af dette spjælds betydning for ovnens effektivitet, er egentlig kun vigtig, af den grund, at et sådant spjæld er ulovligt i lukkede ildsteder.
Resultatet overrasker mig ikke, da et åbent (glemt) spjæld ikke kun har betydning for ovnens effektivitet, men også i høj grad ovnens brugervenlighed,- der skal nemlig fyres dobbelt så tit hvis spjældet ikke lukkes helt efter endt fyring.
Da lågerne udgør den mest lufttætte del af ovnen, vil man næppe kunne reducere skorstenstabet væsentligt uden at foretage konstruktive ændringer i selve murværket,- f.eks. dobbeltvægge med tæt mellemlag el.lign. hvilket uundgåeligt vil påvirke forholdet imellem primær og sekundærydelse.
Det vil altså næppe være muligt at ændre på ovnens konstruktion for at tilgodese den eksisterende lovgivning, uden samtidig at sætte væsentlige kvaliteter ved samme ovn over styr. Man kan derfor konkludere på denne afprøvning, at der er et (efterhånden akut) behov for en ændring i bygningsreglementet, som tager højde for disse ovnes eksistens.
 

Komfuret:

Resultaterne for virkningsgrad og emis-sion fin-der jeg selv absolut acceptable,- ikke mindst fordi 2 forsøg er meget lidt i en helt ny konstruktion.
Der kan ikke være tvivl om, at konstruktionen kan forbedres, endog meget let, da f.eks. røgtemperaturen udmærket vil kunne sænkes yderligere, med en forbedring af nyttevirkningen til følge.
Hvorvidt det også vil være muligt at forbedre emissionstallene er det svært at udtale sig om på nuværende tidspunkt, men idéer hertil blev undfanget under prøverne.
Resultaterne af 2 afprøvning lider nok lidt af, at vi eksperimenterede med den turbulensskabende spalte under forsøget,- desværre med negativt resultat.
At der ikke blev målt på sekundæreffekten ved komfuret skyldes sparehensyn. Jeg har med eget udstyr efterfølgende målt på dette, og resultatet fremgår af appendix x.
Det kan her kort bemærkes, at vægten af komfuret er væsentlig lavere end på den store ovn, og varmegennemstrømningen i den samlede konstruktion er større (p.g.a. den store støbejernskogeplade. Derfor har komfuret et større output i væsentligt kortere tid end den store ovn,- man kunne som tilnærmelse sige, at det som varmekilde funktionsmæssigt befinder sig et sted imellem en alm. jernovn og en stor stenovn.
M.h.t. effektivitet og emission ser det for mig ud til at komfuret kan ligge på linje med DS-godkendte brændeovne.
 

Konklusion:

Måleprogrammet har i al væsentlighed bekræftet disse ovnes eksistensberettigelse, samt at fortsat udvikling af den finske udgave har været mulig, idét vi har målt højere virkningsgrad og sandsynligvis lavere emission end Teknologisk universitet i Tampere, Finland.

For den enkelte bruger er det godtgjort, at de store ovne kan byde på en meget høj nyttevirkning, stor miljøvenlighed, lav varmeregning, og stor uafhængighed af det omgivende samfunds infrastruktur.
Det tilkommer ikke mig,- og måske slet ikke her,- at kalde disse ovne for "best buy" især til huse uden centralvarme, men jeg gør det alligevel.

For samfundet giver stenovne sikkerhed for en god udnyttelse af en miljøvenlig indenlandsk resurce,- ikke mindst fordi brændslets form ikke kræver investering i stort eller kostbart udstyr, og ej heller skal bearbejdes eller findeles mere end de fleste selv kan klare med simpelt håndværktøj.
Herudover kan man være rimeligt sikker på, at der ikke vil blive anvendt miljøskadeligt brændsel, såsom store mængder plastbehandlet papir, petro-koks, bildæk eller lignende, da dette vil være direkte ødelæggende for en stenovn.

En væsentlig forudsætning er naturligvis at almindeligt skovbrænde fortsat vil være tilgængeligt på markedet.

Yderligere målinger vil forhåbentlig påvise, at stenovne kan tilpasses mange forskellige boligtyper med forskellige varmebehov. Dette hus´ isoleringsgrad er yderst ringe. Efterisolering vil givetvis resultere i at en større del af huset vil kunne inddrages som fuldt opvarmet hele året uden ændringer i "varmeanlægget".

Indholdsfortegnelse


 appendix a:

Under omstående måleprogram var udetemperaturen desværre ikke repræsentativ for en normal fyringssæson. Derfor vises her en enkelt målinger foretaget i samme hus med samme ovn af undertegnede i julen 95 som var ualmindelig kold og blæsene.
Målingen viser foruden rumtemperaturene,- udetemperaturen,- overfladetemperaturen på ovnen målt på siden,- samt røgtemperaturen målt ca.1m fra skorstenspiben.
Målingen strækker sig over godt 2 døgn.

Bem.:
De 2 toppe på røgtemperaturen kl.15-17 d.24/12 skyldes åbning af skorstens-spjældet for at sænke temperaturen i "bageovnen" (vi skulle have en steg i). De tilsvarende og samtidige nedadvendte "toppe" på ovnens overfladetemperatur viser, at et åbnet spjæld resul-terer i gennemstrøm-ning af luft i selve murværket, dette endda til trods for, at indfyringslågen samtidigt stod helt åben.
 

appendix b:

Her er vist sekundæreffekten fra komfuret (egen måling og beregning) sammenlignet med sekundæreffekten fra stor ovn (DTIs måling og beregning).
 

appendix c:

Forklaring til graferne i DTIs rapport.

For hver målesession på den store ovn er vist 4 grafer, kaldet fig.1.1 til fig 1.4, hvor første ciffer henviser til hvilken måling der er tale om.

fig. x.1 viser yderst til venstre "primær effekt" hvilket forstået som bålets varmeydelse til ovnens stenmasse,- firkanten angiver effekt x tid.
Den resulterende "sekundær effekt", er varmeydelsen fra ovnens stenmasse til huset. Gennemsnittet af denne effekt er lagt ind,- "Mid.sek.effekt" således at man lettere kan se variationen over denne.
På samme graf ses udetemperaturen og rumtemperaturen målt i det rum ovnen er opstillet.
Rumtemperaturen afslører til venstre i grafen den strålevarme ovnen giver fra sig igennem lågernes glasruder under fyringen.

fig. x.2 viser resultaterne af emissionsmålinger på røgen. Co bør være lav, mens Co2 bør være høj.
På samme graf er den målte røgtemperatur lagt ind.

fig. x.3 viser næsten det samme som x.1, men primæreffekten er udeladt, således at sekundæreffekten har kunnet sættes med en finere skalering.

fig. x.4 viser rumtemperaturer i alle 4 målte rum, samt sekundæreffekten.
Det er på disse grafer lettere at se påvirkningen af strålevarme i stuen under fyringen, samt resultatet af udluftninger.
Denne graf er også et udtryk for ovnens evne til at fordele varme i det vandrette plan.

fig. 6.1 og 7.1 viser måleresultaterne fra stenkomfuret.
 

Bemærkninger til graferne:

Det ses af graferne x.2 samt 6.1 & 7.1,- at den sædvanlige "startpukkel" i co-emission stort set udebliver. Ovnene brænder altså rent fra starten.
Sammenlignes med en tilsvarene graf i bogen "Finnish Fireplaces" side 24, kan det antages at modifikationen af øverste forbrændingskammer virker efter hensigten.

indholdsfortegnelse