Technische Testdatei

Vergleichende Holzofentests zur Ermittlung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts

THEORIE

Es wird eine experimentelle Studie vorgestellt, die glaubwürdige Beweise dafür liefert, dass der Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators an einem Holzofen die zur Aufrechterhaltung eines vorgeschriebenen thermischen Komfortniveaus erforderliche Brennstoffmenge reduziert. Testverfahren und -protokolle, die auf bestehenden Standards und Standards basieren, wurden in eine Testeinrichtung integriert, die eine detaillierte Untersuchung der dynamischen Wärmeübertragungseigenschaften im Zusammenhang mit dem Betrieb von Holzöfen in einer kontrollierten Umgebung ermöglicht. Die experimentellen Ergebnisse werden mithilfe numerischer Simulationen validiert, die weiter untermauern, dass die Testergebnisse zeigen, dass der Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators während des Betriebs des Holzofens eine durchschnittliche Brennstoffeinsparung von 14 % für eine Reihe von untersuchten Testbedingungen unter Beibehaltung der Benutzerfreundlichkeit ermöglicht Komfortniveau über längere Zeiträume.

EINFÜHRUNG

Steigende Kraftstoffkosten haben die Nachfrage nach effizienten Festbrennstoffgeräten sowie zugehörigen Verbraucherprodukten erhöht, die eine Stärkung und Verbesserung der thermischen Leistung dieser Geräte versprechen. Diese Verbesserungen und Erweiterungen dienen letztlich dazu, den Kraftstoffverbrauch und die Betriebskosten zu senken. Die meisten Hersteller von Holzöfen schlagen vor, dass der Brennstoffverbrauch durch den Einbau eines Gebläses oder eines Gebläses gesenkt werden kann, um die Wärme auf der Rückseite des Ofens umzuverteilen und so die konvektiven Wärmeübertragungsbedingungen zu verbessern. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Erwärmung des Raumes, die für die Bewohner angenehmer ist.

Eine Überprüfung bestehender Standards und Methoden ergab, dass es keine allgemein anerkannten Standardtests für die Durchführung von Vergleichstests von Festbrennstoffgeräten und zugehörigen Verbraucherprodukten unter „realen“ Bedingungen gibt. Bestehende Methoden sind in erster Linie motorgesetzgebend und zielen darauf ab, Verbrennungsraten und/oder Schornsteinemissionen zu bestimmen. Die Entwicklung vergleichender Testverfahren für Holzöfen im „realen Leben“ ist sehr aufwändig, da der Betrieb von Holzöfen dynamisch ist und selten stationäre Bedingungen erreicht werden und sich die Messwerte ständig ändern. Daher wird die Datenanalyse zur Ermittlung vergleichender Ergebnisse aufgrund der Datenvariabilität sehr kompliziert.

Bei der Entwicklung einer standardisierten Testmethode, um dieser Situation angemessen zu begegnen; bestehende Standards, darunter „ASHRAE Standard 55-2004, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy“ [1], „EPA Method 28 Certification and Auditing of Wood Stoves“ [2] und „ISO 7730:2005, Ergonomics of the Thermal Environment“ [ 3 ] wurden als Richtlinien verwendet.

TESTPROZEDUR

Das Hauptziel dieses Tests besteht darin, durch Vergleichstests mit und ohne thermoelektrischen Ventilator zu ermitteln, wie viel Kraftstoff eingespart werden kann, wenn eine angenehme thermische Umgebung für die Insassen aufrechterhalten wird. Die meisten Hersteller und Verbraucher von Holzöfen gehen davon aus, dass ein Holzofen mit Ventilator zu einer besseren Wärmeleistung führt, basierend auf der Tatsache, dass die Wärmeübertragung durch Konvektion erzwungen wird

Vergleichende Holzofentests zur Bestimmung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts. Durch einen Ventilator wird die heiße Luft, die um den Holzofen herum eingeschlossen ist, sowie die stehende heiße Luft oben im Raum neu verteilt. Es wurden jedoch nur wenige kontrollierte Studien durchgeführt, die diese Annahme stützen. Um die Verbesserung des thermischen Komforts zu untersuchen, wurde bei der Gestaltung einer kontrollierten Testanlage auf die ASHRAE 55-2004-Richtlinien [1] zurückgegriffen, in der Sensoren für Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Feuchtigkeitsgeschwindigkeit installiert wurden, um den Grad des thermischen Komforts zu bewerten. Die Testanlage, die thermische Umgebung, die Testmethode und die Testverfahren werden wie folgt beschrieben.

Prüfeinrichtung

Die in dieser Studie verwendete Testanlage besteht aus einer 9,75 Meter langen, 6,4 Meter breiten und 2,4 Meter hohen Kammer, die gemäß den örtlichen Bauvorschriften innerhalb einer bestehenden Struktur gebaut wurde. An drei Seiten der Versuchsanlage besteht ein Luftspalt von 30,5 Zentimetern zwischen dem bestehenden Bauwerk und der Außenseite der Versuchsanlagenwände. Die Wände und die Decke sind auf ein Niveau von R12 bzw. R20 isoliert. Die Außenluft wird durch ein Lüftungssystem klimatisiert, das mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist und in der Lage ist, die klimatisierte Luft nach außen zu zirkulieren und eine bestimmte Temperatur zwischen der Wand des Installationstests und der bestehenden Struktur aufrechtzuerhalten. Die Testanlage ist umfassend mit Sensoren zur Temperaturerkennung, Gewichtsmessung und Luftströmungsgeschwindigkeit an den im ASHRAE-Standard empfohlenen Standorten ausgestattet [1]. Zur Protokollierung und Aufzeichnung der Daten kommt ein computergestütztes Datenerfassungssystem zum Einsatz. Abbildung 1 zeigt den Aufbau des Testaufbaus.

Abbildung 1 Testaufbau

Wie in Abbildung 1 dargestellt, ist an der Westwand der Testanlage ein Holzofen (EPA Drolet Pyropak [4]) angebracht. Eine Schicht wurde 3 Meter vor dem Ofen angebracht; wobei die Betriebstemperatur des Insassen (T o)

Wird erhalten.

Gemäß ASHRAE-Standard 55-2004 [1] kann T o mit ausreichender Näherung als Mittelwert aus Luft und mittlerer Strahlungstemperatur berechnet werden, wenn die relative Luftgeschwindigkeit niedrig ist (<0,2 m/s) oder wenn die Differenz besteht Der Unterschied zwischen der durchschnittlichen Strahlung und der Lufttemperatur ist gering (<4 °C) [1]. Die Lufttemperatur am Sitzplatz des Insassen wird in vier verschiedenen Höhen gemessen. 0,1 m, 0,6 m, 1,1 m und 1,7 m. Diese Stellen befinden sich an den Knöcheln, Knien und sitzenden/stehenden Kopfpositionen des Insassen. Die durchschnittliche Lufttemperatur ist der Durchschnitt der Temperaturmesswerte an diesen Orten. Die durchschnittliche Strahlungstemperatur ist definiert als die Temperatur einer gleichmäßigen, schwarzen Strahlung

2

Vergleichende Tests von Holzöfen zur Bestimmung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts. Ein Gehäuse, das die gleiche Menge an Wärmestrahlung an den Nutzer abgibt wie das tatsächliche Gehäuse [1]. Um Strahlungstemperaturen zu erhalten, wird auf Kopfhöhe des Bewohners über dem Sofa eine Blackbox platziert, an allen Seiten sind T-Thermoelemente angebracht. Die mittlere Strahlungstemperatur ist der Durchschnitt dieser Thermoelementmesswerte. Die Betriebstemperatur errechnet sich dann aus:

T o = ( T a + T r)	(1)
2

wobei T a und T r die Luft- bzw. Strahlungstemperaturen sind. Darüber hinaus wurde die Lufttemperatur in anderen Teilen der Testanlage in 1,1 m und 2,0 m Entfernung von allen Wänden der Testanlage und den vier Räumen der Testanlage gemessen. Luft zwischen der Testanlage und der bestehenden Struktur. Es wurden Oberflächentemperaturen an mittleren Stellen innerhalb und außerhalb aller Wände sowie der Decke und des Daches aufgezeichnet. Die Temperaturen an der Oberseite, an der Rückseite und an den Seiten des Holzofens sowie an der Oberfläche des Kamins wurden ebenfalls gemessen und aufgezeichnet. Außerdem wurde der statische Druck der Verbrennungsgase im Schornstein gemessen.

Berechnung des Wärmeverlusts der Testanlage

Als Indikator für die thermische Behaglichkeit wurde eine Umgebungstemperatur von 22,5 °C für Bewohner mit einer sitzenden oder nahezu sitzenden Stoffwechselrate und einer durchschnittlichen Isolierung der Kleidung herangezogen.

Der Wärmeverlust der Testanlage wurde auf Basis der endgültigen Lufttemperatur- und Verfügbarkeitsabweichung von 0 °C bzw. 22,5 °C berechnet. Die Leistung, die erforderlich ist, um die Startkammertemperatur in einer bestimmten Zeit von 0 °C auf 22,5 °C zu erhöhen, kann aus Gleichung 2 berechnet werden.

Dabei sind m und C p die Masse und die spezifische Wärme bei konstantem Luftdruck, t das Zeitintervall und AT die Differenz zwischen der Spalttemperatur und der endgültigen Raumtemperatur. Unter Berücksichtigung der entsprechenden Begriffe wird die erforderliche Gesamtenergie auf 1152 W geschätzt.

Um den Wärmeverlust für die Testinstallation zu berechnen, muss der Wärmewiderstand der Wände, der beiden Fenster und der Decke ausgewertet werden.

Tabelle 1 zeigt die berechneten Werte dieser Wärmewiderstände mit den zugehörigen Regionen.

Tabelle 1. Grenzwerte des Wärmewiderstands der Prüfanlage

	Grenzen	Wärmewiderstand (m2 ° C/W)	Fläche (m 2)
	Wände	2.406	78,8
	die Fenster	0,176	4.5
	Decke	3.952	62,5

Der Wärmeverlust durch Übertragung über die Grenzen der Versuchsanlage kann nach Gleichung (3) berechnet werden.

=			(3)
	Tr RTAQ

3

Vergleichende Holzofentests zur Ermittlung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts

Dabei sind A, R und AT der Bereich, der Wärmewiderstand bzw. die Differenz zwischen Umgebungs- und Spalttemperatur. Das Ersetzen der Werte für Wände, Fenster, Decke und AT in Gleichung 3 ergibt:

Q Tr = 78,8 x 22,5					(4)
2.406 + 4,5 x 220.176,5 + 62,5 x 3,95222. = 1662W
Der Wärmeverlust durch die Bodenplatte erfolgt pro Umfang und wird anhand von Gleichung 5 bewertet:
		(5)
	Boden	Ô' = TPUQ

wobei U“, P und AT der Kantenkoeffizient, der Bodenumfang bzw. die Differenz zwischen Umgebungs- und Massetemperatur sind. Der Wärmeverlust durch den Boden wird auf 1799 W geschätzt, wobei ein Kantenkoeffizient von 2,47 W/m°C für den Boden mit minimaler Isolierung und einer Massentemperatur von 0°C angenommen wird. Die Gesamtwärmeverlustübertragung ist die Summe der Wärmeverluste durch den Boden Grenzen der Installation sind:

Q Tr = 1662 = 3461 1799 W

(6)

Der Gesamtwärmeverlust entspricht dem Transmissionswärmeverlust plus dem Infiltrationswärmeverlust gemäß Gleichung 7.

Dabei ist Q i der Infiltrationswärmeverlust, der durch den Luftaustausch zwischen der Testanlage und dem Außenbereich entsteht. Unter der Annahme eines Luftwechsels pro Stunde würde der Infiltrationswärmeverlust 1152 W betragen. Die Ersetzung der entsprechenden Terme in Gleichung 7 würde den Gesamtwärmeverlust in der Testinstallation ergeben.

Q T = Q Tr + Q I = 3461 + 1152 = 4613 W

(8)

Numerische Analyse der Testanlage

Um die Auswirkungen der Verwendung eines thermoelektrischen Ventilators an einem Holzofen auf die thermische Umgebung der Testanlage zu berechnen und zu bewerten, wurde eine Analyse der Strömungsdynamik durchgeführt. FloEFD Pro 9TM,

Ein kommerzielles CFD-Paket von Mentor Graphics [5] wurde verwendet, um die realen Szenarien der Testanlage mit und ohne Lüfter zu simulieren. Die CFD-Bilder in Abbildung 2 zeigen deutlich, dass die Heißluft bei Verwendung eines thermoelektrischen Ventilators gleichmäßiger verteilt wird. Wenn in Abbildung 2a kein Ventilator verwendet wird, steigt die heiße Luft direkt nach oben, wo sie sich ausbreitet und oben im Raum verbleibt. In Abbildung 2b wird jedoch bei Verwendung eines Ventilators heiße Luft durch erzwungene Konvektion tiefer in den Raum gedrückt und vermischt und verteilt die heiße Luft gleichmäßig.

Abbildung 2 CFD-Bild des Testaufbaus mit a) ohne Lüfter und b) mit Lüfter

 

Vergleichende Holzofentests zur Ermittlung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts

Testprozedur

Da das Ziel dieser Untersuchung einzigartig war, wurde ein neues Testprotokoll entwickelt. Es wurden eine Reihe von Studien zu Holzöfen durchgeführt, diese sind jedoch darauf ausgelegt, die Verbrennungsraten und die Effizienz des Ofens oder die Kaminemissionen von Holzöfen zu bewerten. Es gab jedoch keine früheren Arbeiten zur Bewertung der Kraftstoffeinsparungen, wenn mithilfe eines thermoelektrischen Ventilators ein bestimmter thermischer Komfort für den Bewohner aufrechterhalten wurde. Es ist wichtig zu beachten, dass der Fokus dieser Studie auf Brennstoffeinsparungen nicht direkt mit der Effizienz von Holzöfen zusammenhängt. Der Netto-Raumwärmeverlust an die Außenumgebung ist gleich, wenn ein Ventilator unter den gleichen Umgebungsbedingungen verwendet wird. Der Einsatz eines Ventilators verändert die Heizleistung des Ofens nicht, er zirkuliert und verteilt die heiße Luft jedoch im Raum. Mit anderen Worten: Ein thermoelektrischer Ventilator saugt stehende heiße Luft von der Ober- und Rückseite eines Ofens an und drückt sie in die Mitte des Raums. Die verbesserte erzwungene Wärmeübertragung durch Konvektion führt dazu, dass die Bewohner eine angenehmere Raumtemperatur erleben. Es ergibt; Bei längerer Nutzung des Holzofens wird weniger Brennstoff nachgefüllt.

Es war wichtig, ein Testverfahren zu entwerfen, das reale Szenarien so genau wie möglich widerspiegelt. Das Ziel dieser Untersuchung bestand darin, eine Testmethode zu entwickeln, die das tatsächliche Verhalten von Bewohnern erfassen kann, die versuchen, den Ofen zur Erzielung und Aufrechterhaltung thermischer Behaglichkeit zu nutzen. Mit dieser Überlegung wurden die Tests so konzipiert, dass der Testtechniker versuchte, TO bei 22,5 °C zu halten. Zu diesem Zweck startete der Holzofen mit einer festen Menge Anzündholz und dem Vortest-Zündfeuer, mit zusätzlichen Brennstoffladungen während des Übergangs die Temperatur der anfänglichen Prüfanlage auf die vorgeschriebene Umgebungstemperatur, nach der der Test beginnen würde. Die Zugabe von Holzbrennstoff erfolgt erst, wenn der im Ofen verbleibende Brennstoff eine Mindestmasse von 1 kg erreicht hat. Der Testtechniker konnte die Temperatur durch Anpassen der Luftklappeneinstellung steuern. Dadurch würde sich die Brennstoffluft verändern, was zu einer Änderung der Verbrennungsgeschwindigkeit und damit zu Auswirkungen auf die Heizleistung des Ofens führen würde. Der Ofen wurde auf eine elektronische Waage gestellt und so konnte jederzeit die Masse des vorhandenen oder verbrauchten Holzes berechnet werden. Alle Daten wurden elektronisch durch ein Computerdatenerfassungssystem erfasst. Am Ende des Tests wurden die Rohdaten verarbeitet, um den gesamten Holzverbrauch über die Testdauer zu ermitteln und durch die Division durch die Zeit die Verbrennungsrate in kg/h zu schätzen. Die Verbrennungsraten wurden im Verhältnis zu AT weiter normalisiert, um den Unterschied in den Temperaturgradienten zu berücksichtigen. Eine detaillierte Beschreibung der Analyse des Testverfahrens und der Daten finden Sie im Caframo Ecofan Fuel Utilization Test Procedure Document [6].

Für das Prüfprotokoll wurde die EPA-Methode 28 zur Zertifizierung und Verifizierung von Holzfeuerungsgeräten [2] als allgemeine Richtlinie verwendet. Es gab Lücken; Einer davon war der Kraftstofftyp. Der in dieser Studie verwendete Brennstoff war die luftlose, unbehandelte Rinde von zwei Jahre alter trockener Weißasche in Möbelqualität im Vergleich zu Douglasie, die in der EPA-Methode 28 verwendet wurde [2].

Zu Beginn jedes Tests werden 19 mm x 19 mm x 380 mm weiße Asche (1,0 kg) für die Zündung verbraucht, gefolgt von 50 mm x 50 mm x 225 mm weißer Asche (2,25 kg) als Vorzündung und 50 mm x 100 mm x 380 mm weiße Asche (3,25 kg) für Treibstofffüllungen. Alle Verbrennungsraten entsprachen der EPA-Methode 28, Kategorie 2 (0,8 bis 1,25 kg/h).

Der Feuchtigkeitsgehalt des Holzbrennstoffs wurde mit einem Feuchtigkeitsmesser gemessen, bevor er in den Ofen gelegt wurde. Der in dieser Studie verwendete Holzbrennstoff hatte einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 18 und 23 %. Die Feuchtigkeitsmasse wurde von der Gesamtmasse abgezogen, um die Trockenmasse des Holzes zu erhalten.

Es wurde ein erstes Verfahren zur Messung des Kraftstoffverbrauchs entwickelt und mehrere Testdurchgänge durchgeführt, bevor das Verfahren finalisiert wurde. Die Entwicklung des Testprotokolls wird im folgenden Abschnitt kurz erläutert.

Vergleichende Holzofentests zur Ermittlung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts

Protokoll und Verfahren Entwicklung des Holzofens Verwendung von Testbrennstoff

Phase I: Wie in der EPA-Methode 28 dargelegt, besteht das Ziel dieser Phase darin, den Vortest zu standardisieren

Beleuchtungsverfahren. Eine Vortestzündung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass vor der Testbrennstoffbeladung eine gleichmäßige Verkohlung des Testbrennstoffbetts erreicht wird. Die Zündung vor dem Test bestand aus zerknülltem Zeitungspapier,

1,0 kg Anzündholz und eine Vortest-Brennstoffladung von 2,25 kg. Man lässt die Vortestzündung brennen, bis das Gewicht des Kraftstoffs etwa 20–25 % des Gewichts der Testkraftstoffladung verbraucht ist. Der Ofenbetrieb und die Charakterisierung der Umgebungstemperatur wurden überwacht und dokumentiert. Am Ende dieser Phase wurde das Zündverfahren vor dem Test aktualisiert und finalisiert. Phase II:

Die Testanlage wurde auf einen Ausgangszustand von 10 °C gebracht und die Umgebungstemperatur im Freien relativiert

Feuchtigkeit. Nachdem die Zündung vor dem Test abgeschlossen war, wurde der Holzofen mit einer einzelnen Testlast (3,25 kg) bei einer vorab eingestellten Verbrennungslufteinstellung beladen. Umgebungstemperatur und Ofenbetrieb wurden überwacht und dokumentiert. Es wurden mehrere Tests mit unterschiedlichen Verbrennungsluftdurchsätzen und resultierenden Verbrennungsgeschwindigkeiten durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass das gewünschte Komfortniveau von 22,5 °C mit einer einzigen Brennstoffladung bei einer anfänglichen Raumtemperatur von 10 °C nicht erreicht werden konnte. Das Testverfahren wurde überarbeitet, um mehrere Brennstoffladungen zu integrieren. Phase III:

Diese Phase ähnelte Phase II, jedoch wurden mehrere Treibstoffladungen von 3,25 kg hinzugefügt

Zeitintervalle und eine voreingestellte Verbrennungslufteinstellung einstellen. Umgebungstemperatur und Ofenbetrieb wurden überwacht und dokumentiert. Es wurden mehrere Tests mit unterschiedlichen Verbrennungsluftdurchsätzen und resultierenden Verbrennungsgeschwindigkeiten durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass das gewünschte Komfortniveau von 22,5 °C mit mehreren Brennstoffladungen erreicht werden konnte. Im Verlauf des Tests wurden die Brennstoffladungen jedoch während der vorgeschriebenen Zeitintervalle nicht vollständig verbraucht und der Holzofen füllte sich in verschiedenen Phasen immer mehr mit Kohlen der Verbrennung. Nach zwei aufeinanderfolgenden Brennstoffladungen können keine weiteren Brennstoffladungen hinzugefügt werden und die Verbrennung wird bei niedrigeren Verbrennungsluftparametern erstickt. Phase IV:

Es wurden mehrere Testbrennstoffladungen von 3,25 kg mit einer voreingestellten Verbrennungslufteinstellung verwendet. Allerdings kamen zusätzliche Brennstoffladungen hinzu, wenn das einzige Gesamtgewicht des Brennstoffs im Holzofen lag

1,2 kg. Dadurch wurde sichergestellt, dass genügend Platz für die nächste Ladung Brennstoff im Holzofen vorhanden war und eine gleichmäßige Verbrennung gewährleistet war. Die Testläufe dauerten typischerweise 7 bis 10 Stunden und die gewünschte thermische Komforttemperatur wurde erreicht. Es wurde jedoch festgestellt, dass die resultierende Umgebungstemperatur aufgrund der zyklischen Natur der Verbrennungsrate, der Größe der Brennstoffladung (3,25 kg) und Umwelteinflüssen erheblich schwankte. Eine Analyse der gesammelten Daten ergab, dass die Daten aufgrund der erheblichen Temperaturschwankungen nicht für Lüfter-/Fan-Vergleiche verwendet werden können. Die Analyse ergab außerdem, dass der Großteil der Testzeit und des Kraftstoffverbrauchs darauf verwendet wurde, die Testanlage von den Anfangsbedingungen von 10 °C auf 22,5 °C zu bringen. Infolgedessen waren die tatsächlichen Testzeiten bei der gewünschten Komforttemperatur zu kurz. Phase V:

Das Testverfahren wurde überarbeitet, um die Kraftstoffbelastung zu reduzieren (50 mm x 100 mm x 380 weiße Asche).

Mit einem Gewicht von ca. 1,25 kg. Zusätzliche Brennstoffladungen werden nur hinzugefügt, wenn das Gesamtgewicht des Brennstoffs im Holzofen 1,2 kg beträgt und die Verbrennungslufteinstellungen voreingestellt sind. Die Anfangsbedingungen der Testanlage wurden zwischen 10 °C und 21 °C variiert, um die Übergangszeit zwischen den anfänglichen Temperaturbedingungen und dem gewünschten thermischen Komfort zu minimieren. Die Umweltbedingungen für Februar und März deuteten auf ungewöhnlich höhere Tagestemperaturen als normal hin. Die dynamischen Umgebungsbedingungen beeinflussten maßgeblich den Wärmeverlust der Versuchsanlage und führten letztlich zu einer deutlichen Schwankung der Umgebungstemperatur der Versuchsanlage. Eine Analyse der gesammelten Daten ergab, dass die Daten aufgrund der erheblichen Schwankungen der Tagestemperaturen nicht für einen gültigen Lüfter-/kein-Lüfter-Vergleich verwendet werden können.

Vergleichende Holzofentests zur Ermittlung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts

Phase VI: Der Test wurde abends gestartet und nachts durchgeführt. Während der Nacht

Die Umgebungsbedingungen sind tendenziell stabiler und die Außentemperaturen sind niedriger und gleichmäßiger. Die Testverfahren bestanden aus reduzierten Brennstoffladungen, wobei zusätzlicher Brennstoff hinzugefügt wurde, wenn das Gesamtgewicht des Brennstoffs im Holzofen 1,0 bis 1,2 kg betrug. In dieser Phase durfte der Testtechniker die Verbrennungslufteinstellung nach Bedarf anpassen, um eine stabilisierte thermische Komforttemperatur aufrechtzuerhalten. Um ungewöhnlich hohe saisonale Temperaturen auszugleichen und konstante Wärmeverlustraten der Testanlage sicherzustellen; Die thermische Komforttemperatur wurde als 22,5 °C über der Temperatur des stabilisierten Luftraums definiert.

ERGEBNISSE UND DISKUSSIONEN

Im Januar und Februar 2010 wurden zahlreiche Tests durchgeführt. Bei der Datenanalyse konnten jedoch alle Versuchsreihen berücksichtigt werden. Einige der vorherigen Tests dienten der Charakterisierung des Holzofens und des Testprotokolls. In der Tabelle sind Testdaten aufgeführt, die für eine Interpretation des thermischen Komforts und des Kraftstoffverbrauchs zusammengestellt und verarbeitet werden konnten

Vergleichende Holzofentests zur Ermittlung der Brennstoffeinsparungen durch den Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators zur Aufrechterhaltung des thermischen Komforts

Eine größere Variabilität der Daten liegt jedoch darin, wie der Holzofen während der Experimente verwendet wurde. Da das Hauptkriterium darin bestand, die Komforttemperatur bei etwa 22,5 °C zu halten, musste der Bediener die Luftklappeneinstellung möglicherweise mehrmals in einer bestimmten Testreihe ändern. Offensichtlich würde eine Änderung der Luftklappeneinstellung die Luft in Kraftstoff umwandeln und damit wiederum die Kraftstoffverbrennungsrate und -effizienz entsprechend ändern. Die Änderung der Luftklappeneinstellung ist ein Mittel zur Steuerung und Aufrechterhaltung der Temperatur und spiegelt die reale Situation beim Betrieb eines Holzofens wider. Wenn kein automatisches Steuerungssystem vorhanden ist, ändert der Bewohner die Lufteinstellung, um den gewünschten thermischen Komfort zu erreichen. Aus den Daten geht hervor, dass das Verhalten der Bewohner bei der Aufrechterhaltung einer thermisch angenehmen Umgebung anders aussieht, wenn ein Ventilator am Holzofen verwendet wird. Der Einsatz eines Ventilators sorgt für eine höhere und gleichmäßigere Wohlfühltemperatur, so dass der Bewohner den Ofen eher mit einer niedrigeren Luftklappeneinstellung betreiben würde. Bei niedrigeren Einstellungen findet eine vollständigere Verbrennung statt und die Verbrennungseffizienz steigt. Dies führt dazu, dass bei längerer Nutzung des Holzofens weniger Holzbrennstoff nachgefüllt werden muss.

KRAFTSTOFFSPARUNG

Holz ist nicht der einzige Vorteil der Verwendung eines Ventilators bei einem Holzofen. Ein Ventilator würde eine thermische Umgebung schaffen, die für den Bewohner angenehmer und komfortabler ist. Der ASHRAE-Standard [1] verfügt über eine Reihe von Skalen zur Messung lokaler Temperaturbeschwerden, eine davon ist der vertikale Lufttemperaturunterschied. Gemäß den ASHRAE-Standards [1] kann eine thermische Schichtung, die dazu führt, dass die Lufttemperatur am Kopf wärmer ist als am Knöchel, zu thermischen Beschwerden führen [1]. Bei der Beurteilung der vertikalen Temperaturdifferenz konnte die Temperatur auf Knöchelhöhe nicht herangezogen werden, da festgestellt wurde, dass die Temperatursensorbaugruppe auf dieser Höhe irgendwann den Boden berührt hatte und die Verwendung dieser Werte die Ergebnisse verfälscht hätte. Ansonsten wurde stattdessen die Temperatur auf Kniehöhe verwendet. Abbildung 3 vergleicht den vertikalen Temperaturunterschied für den Lüfter-/kein-Lüfter-Zustand in den verschiedenen Testpaaren. Es ist ersichtlich, dass der vertikale Temperaturunterschied in allen durchgeführten Tests geringer ist als bei einem Lüfter. Der Unterschied liegt zwischen 0,2 °C und 0,9 °C, im Durchschnitt bei 0,5 °C. Es ist zu beachten, dass der Unterschied noch größer gewesen wäre, wenn die Temperatur am Knöchel zur Beurteilung des vertikalen Temperaturunterschieds herangezogen worden wäre.

Diese Untersuchung liefert starke Hinweise darauf, dass der Einsatz eines Ventilators an einem Holzofen Brennstoff spart und den thermischen Komfort der Bewohner verbessert. Um jedoch ein genaueres quantitatives Maß für den Kraftstoffverbrauch und den thermischen Komfort zu erhalten, sind zusätzliche Studien erforderlich. Die Autoren beabsichtigen, im Herbst 2010 verbesserte Experimente zu entwerfen und durchzuführen, um die Vorteile der Verwendung eines Ventilators bei Verwendung mit einem Holzofen angemessen zu quantifizieren. Die neuen Experimente werden in einer Testanlage mit einer verbesserten kontrollierten Umgebung durchgeführt, die Einstellungen unter 0 °C ermöglicht.

ABSCHLUSS

Die im vorherigen Abschnitt dieses Berichts vorgestellten Testergebnisse deuten stark darauf hin, dass der Kraftstoffverbrauch und der thermische Komfort der Bewohner verbessert werden, wenn ein thermoelektrischer Ventilator mit Holzöfen verwendet wird.

In allen Tests wurde eine konsistente und beträchtliche prozentuale Brennstoffeinsparung festgestellt, wenn der elektrische Thermoventilator zusammen mit dem Holzofen verwendet wird. Der Kraftstoffverbrauch beträgt 6 bis 28 %, der Durchschnitt liegt bei 14,1 %. Die zwischen den Experimenten beobachtete große Variabilität des Kraftstoffverbrauchs war zu erwarten. Die Testpaare sind jedoch vergleichbar, da sie im gleichen Zeitrahmen und unter ähnlichen Umgebungsbedingungen durchgeführt wurden. Es gibt auch einen starken Trend und Hinweis darauf, dass der Einsatz eines thermoelektrischen Ventilators den thermischen Komfort der Umgebung verbessert. In jedem Test war der vertikale Temperaturunterschied zwischen Kopf und Knie der Insassen geringer, wenn ein Ventilator verwendet wurde. Der Unterschied beträgt 0,2°C bis 0,9°C mit einem Durchschnitt von 0,5°C. Der Unterschied wäre noch größer gewesen, wenn der Unterschied zwischen Kopf und Knöchel der Insassen beurteilt worden wäre.

NOMENKLATUR

A = Fläche

C p = Die spezifische Wärme der Luft bei konstantem Druck

m = Luftmasse der Versuchsanlage

P = Umfang

Q = Energie

R = Wärmewiderstand

t = Zeit T a = Lufttemperatur T o = Temperatur von

Insassenfunktion

T r = Strahlungstemperatur

AT = Temperaturgradient zwischen End- und Ersttestanlage

U » Kantenkoeffizient