Dimensioneringsværktøj for brændeovne - Web baseret simuleringsværktøj for bestemmelse af den korrekte brændeovnsstørrelse til den specifikke bolig.
5 Varmeafgivelse fra brændeovn
5.1 Varmeafgivelse ved stråling og konvektion
En brændeovn afgiver varme til:
- Rumluften ved konvektion, φkonvektion[W]
- Rummets overflader ved stråling, φstråling [W].
Ved hensigtsmæssig (og korrekt) fyring vil en brændeovn normalt afgive en energimængde til rummet over én time cirka svarende til mærkepladeeffekten P [W]. Simuleringsprogrammet er udformet således, at den afgivne effekt også her er fordelt på konvektion og stråling. Overordnet findes der to grundtyper af brændeovne, hvilket er søgt illustreret på de efterfølgende billeder, som er taget med IR-kamera.
IR-billeder af en brændeovn, som primært afgiver varme ved stråling.
IR-billeder af en brændeovn, som primært afgiver varme ved konvektion.
I det efterfølgende Excel-regneark er der beregnet et eksempel med en gennemsnitlig brændeovnsoverfladetemperatur på 100 oC på ovnen for at få en idé om fordelingen mellem stråling og konvektion:
Tabel 6: Beregning af strålings- og konvektionsandel for en brændeovn
Tabellen viser et beregningseksempel for en brændeovn med en middeloverfladetemperatur på 100 oC og en rumtemperatur på 20 oC. Formålet med beregningen er at bestemme varmeafgivelsen fordelt på stråling og konvektion. Beregningseksemplet resulterer i en fordeling på 64 og 36 % til henholdsvis stråling og konvektion. Selv ved en anden overfladetemperatur på ovnen er fordelingen stadigvæk nogenlunde den samme.
Som udgangspunkt er der i simuleringsprogrammet valgt at anvende følgende forudsætninger:
φStråling = 60 % og φkonvektion = 40 %.
5.2 Brændeovnens effektkurve
Af figur 3 fremgår et normalt forbrændingsforløb for en enkelt charge svarende til ca. 1,43 kg træ med 18 % fugtindhold.
Figur 3: Normalt forbrændingsforløb for brændeovn med ydelse på ca. 6 kW
Den blå kurve angiver omsætningen af brændselsenergien til effekt, som det foregår inde i ovnen. Denne effektkurve vil typisk resultere i en urealistisk høj rumtemperatur. I virkeligheden påvirkes rummet, hvor brændeovnen er opstillet, på en mere moderat måde, idet der for det første er et skorstenstab, og for det andet vil brændeovnens konstruktionsdele (ildfaste sten, stålkappe mv.) akkumulere en del af den udviklede varme, hvorved den resulterende effektkurve udjævnes betydeligt.
På basis af temperaturmålinger i nogle boliger er der forsøgt at beregne en effektkurve, som tilgodeser denne udjævning. Med udgangspunkt i et forbrændingsforløb på 60 minutter finder vi frem til følgende effektprofil for en brændeovn med nominel ydelse på 5 kW – se søjlen mærket med ’Pfaktor’ i Tabel 7. Pfaktor, som også fremgår af Figur 4 (her benævnt effektfaktor), fremkommer på baggrund af empirisk viden, herunder målinger af temperaturstigningen i rummet i forhold til brændselsomsætningen samt iterative beregninger af den sandsynlige udjævningsprofil iht. føromtalte tab og varmeakkumuleringer.
Tabel 7: Beregning af effektkurve for én afbrænding
I det følgende er ”universal”-effektprofilen gengivet grafisk. Effektfaktoren anvendes ved alle ovnstørrelser.
Figur 4: Effektprofilen, som rummet "oplever" brændeovnen
Følgende fyringsadfærd er forudsat i projektet:
Det er vinter og udetemperaturen er omkring 0 °C. Rummet er opvarmet af radiator. Der er moderat eller ingen solindfald gennem vinduer. Brugeren fyrer op kl. 17, hvorefter radiatorens termostatventil nedregulerer varmen fra radiatoren, og brændeovnen tager over. Starttemperaturen ved optændingen er en væsentlig faktor for den vider beregning af brændeovnens optimale effekt. Før optændingen er rummet i balance, dvs. bygningselementer, inventar og rumluften har samme temperatur. Starttemperaturen kan vælges af brugeren i et interval fra 15 til 22 °C. Det er vigtig, at estimere starttemperaturen så korrekt som mulig, idet denne værdi har væsentlig indflydelse på beregningsresultatet. Én charge brænde svarer til 60 minutter. Der fyres i alt fire gange. Den samlede profil for fire fyringer er afbildet grafisk nedenfor. Ved fire fyringer (mærkepladeeffekt lig 5 kW) bliver den samlede energimængde til rummet omkring 21 kWh. Den resulterende sluttemperatur (stopkriteriet for beregningen) er 23°C. Denne temperatur er en beregnet middeltemperatur af bygningselementers temperatur og lufttemperaturen, som brugeren ikke har indflydelse på.
Figur 5: Effektprofilen for fire indfyringer
Version 1.0 November 2010, © Miljøstyrelsen.