Shorty 200 met warmtewisselaar voor CV en SWW

[Daan96]

Voor een toekomstige verbouwing ben ik langzaam begonnen met het ontwerpen van een batchrocket.
Het is al in een aantal topics te sprake gekomen maar om het project te volgen wil ik een centraal topic openen voor het ontwerp en de bouw van een Shorty 200 met daarachter een vlampijpwisselaar om de temperatuur van de rookgassen om te kunnen zetten naar warm water voor zowel de centrale verwarming als sanitair tapwater.
Het idee is dat dit water wordt opgeslagen in een 300L SWW boiler en een 1500L buffervat voor de CV, de gehele installatie komt in de schuur / deel dus de warmte naar de omgeving wil ik zo minimaal mogelijk houden.
In het voorjaar, de zomer en het najaar is de bedoeling dat PV stroom die over is ook gaat helpen met verwarmen van de opslag.

De shorty:
Als basis wordt een Shorty 200 gebruikt met een verlengde vuurkamer van ongeveer 720mm lengte.
Hierdoor kan er lang hout gestookt worden en kan de kamer geladen worden met 25 a 30kg hout.
Door het verbranden van 30 kg hout komt er ongeveer 30x4.0= 120kWh aan chemische energie vrij.
Voor het project hoop ik een rendement van 80% te gaan halen.
Dat betekend dat ik ongeveer 100kWh aan energie aan warm water op kan gaan slaan in een buffervat per stooksessie.

Wisselaar:
De wisselaar wordt een RVS vlambuizen wisselaar met 19 buizen 60,3mm met een lengte van 1 meter.
Hierdoor heb ik ongeveer een warmte overdragend oppervlakte van 3.6m2.
Hiermee wil ik het rookgas gaan terug koelen naar ongeveer 100 a 150 graden.
Stel dat ik de 30kg hout in 3 uur kan verbranden dan zou ik een vermogen van ongeveer 30 a 35 kw nodig hebben.
Ik verwacht dat dat wel gaat lukken met de verhouding van 0.1m / kw. Volgens mij ligt dit normaal hoger bij houtvergassers en andere wisselaars.
Eerst komt er nog geen by-pass op, mocht ik problemen krijgen met het aansteken van de shorty kan dit later altijd nog.

Besturing:
Uiteraard komen de nodige veiligheidscomponenten op de wisselaar zoals een veiligheidsventiel en een koud water leiding voor het terug koelen bij oververhitting.
Voor de monitoring van het geheel wordt het gekoppeld aan Home Assistant. Die zal de temperaturen in de gaten houden en het uitgaande waterzijdige vermogen monitoren. Hierdoor kan ik ook een inschatting maken van het rendement. Wellicht iets minder interessant voor de die hard ecologieforum bezoekers maar ik wil het toch meenemen hier.

In tussentijd ben ik langzaam bezig gegaan met het ontwerp van een framepje, hierbij is rekening gehouden dat er 100mm isolatie rondom de shorty aangebracht kan worden.

In de bijlage staat een afbeelding van het meest recente ontwerp.
Langzaam verzamel ik wat onderdelen en begin ik langzaam met bouwen.
Ik verwacht wel dat het een maanden project gaat worden.

Tips, opmerkingen, vragen en commentaar is allemaal van harte welkom!

[peterberg]

Stel dat ik de 30kg hout in 3 uur kan verbranden dan zou ik een vermogen van ongeveer 30 a 35 kw nodig hebben.
Ik verwacht dat dat wel gaat lukken met de verhouding van 0.1m / kw. Volgens mij ligt dit normaal hoger bij houtvergassers en andere wisselaars.
Eerst komt er nog geen by-pass op, mocht ik problemen krijgen met het aansteken van de shorty kan dit later altijd nog.

Die 30 kg hout in 3 uur verbranden, dat gaat niet gebeuren. Maak er maar 2 uur van, en dan heb je het waarschijnlijk al aan de top van wat er mogelijk is. Dit ding verbrandt heel wat sneller dan een gewone haard of kachel.

En over de bypass: doe dat nou maar gewoon, je krijgt het ding niet goed aan de gang zonder dat.

In de bijlage staat een afbeelding van het meest recente ontwerp.

Er zit een foutje in het ontwerp van het deurframe. De onderste buis moet dubbel uitgevoerd worden met een grotere opening naar de kozijn stijlen. Doe je dat niet dan heb je kans dat op de top van de stook er teveel weerstand in het air frame wordt opgebouwd door alle bochten in het stromings traject. Ik heb dit soort configuraties eindeloos getest, wat je hebt getekend levert problemen op.

[Daan96]

Peter,

Bedankt voor je reactie.
De bypass zat er inderdaad al weer ingetekend, zou het erg zijn als de bypass wat kleiner is dan de 200mm CSA?

De deur zal ik nog even goed naar kijken, volgens mij had ik de kokers van het "kozijn" als groter genomen.
80x80 uit mijn hoofd, ik dacht dat voornamelijk de openingen van de ingaande en uitgaande lucht leidend waren.
Beetje bij beetje komt het materiaal voor de wisselaar ook binnen, het meeste snijwerk is klaar.
De mantel en 2 plaatdelen moet ik nog even walsen.

Edit:

ik zie dat jij rondom rechthoek koker 60x100 hebt gebruikt (6000mm2)
Ik heb kokers 80x80 toegepast (6400mm2)
De opening aan de voorzijde voor de verse lucht is 9450mmm2
Ik zou de koker 80x80 dus inderdaad ook dubbel uit kunnen voeren zodat dit geen restrictie meer is.
Verwacht je dan nog problemen? Lijkt mij niet toch?

[peterberg]

De bypass zat er inderdaad al weer ingetekend, zou het erg zijn als de bypass wat kleiner is dan de 200mm CSA?

Ja hoor, het volume is tijdens de opstart toch niet groot. Een 150 mm diameter is al toereikend.

ik zie dat jij rondom rechthoek koker 60x100 hebt gebruikt (6000mm2)
Ik heb kokers 80x80 toegepast (6400mm2)
De opening aan de voorzijde voor de verse lucht is 9450mmm2
Ik zou de koker 80x80 dus inderdaad ook dubbel uit kunnen voeren zodat dit geen restrictie meer is.
Verwacht je dan nog problemen? Lijkt mij niet toch?

De totale doorsnede intern van 100x60x3 mm is 5076 mm². De binnenkant moet per buis gelijk zijn aan tenminste 15% van de doorsnede van de schoorsteen, in jouw geval 4710 mm². Die 80x80x3 mm is nóg wat groter, dat is goed. Dat compenseert voor de kleinere diepte van het kozijn.

Verdubbeling van de onderste buis heeft twee functies. Voldoende ruimte bieden aan de luchtstroom om gemakkelijk twee keer 90º van richting te veranderen, ook als de snelheid omhoog gaat tegelijk met het volume omdat de buis heet wordt. De tweede functie is meer van praktische aard, er is dan een drempel in de opening, zodat de as niet naar buiten valt zodra de deur geopend wordt. Voordat die dubbele buis er in zat tijdens de experimenten was dat echt een hinderlijk probleem.

[Daan96]

Dan denk ik dat ik redelijk op de goede weg zit.
Meeste plaatwerk heb ik nu op de mantel na.
De buizen moet ik nog even een keer laten zagen.
Ik heb een 3 meter rvs pijp voor het testen / als schoorsteen voor vast aan de kachel.
Hopelijk is dat genoeg om met testen voldoende trek te krijgen.

Binnenkort de kokertjes zagen voor het frame en daarna rustig de stenen en materialen verzamelen om een begin te maken aan de kachel zelf.

[Daan96]

Het gaat niet zo hard maar het begin is er..
Gisteren het "kozijn" van de deur vast gemaakt.
Het wordt een behoorlijk beest als ik dit zo al vast heb

[peterberg]

Het gaat niet zo hard maar het begin is er..
Gisteren het "kozijn" van de deur vast gemaakt.
Het wordt een behoorlijk beest als ik dit zo al vast heb

Klopt, een 200 mm systeem is een flinke jongen. Als ik de foto bekijk, lijkt het of het front van het kozijn de 100 mm kant is, en de dikte 60 mm. Als dat zo is, dan ben ik toch niet duidelijk geweest, want het moet net andersom. Om de luchtstroom genoeg ruimte te geven is het beter om de grootste maat in de dikte te hebben. De kachel in de Beeldhouwwinkel is ook een 200 mm versie, geheel volgens specificatie, en die werkt helemaal zoals het hoort.

Mocht ik de plank mis slaan, mijn fout.

[Daan96]

Het kozijn betreft 80x80 koker.
De 2 onderste kokers dus 160x80mm
Iets grotere doorlaat dan 100x60mm (+\- 8%)

Ga ervan uit dat het dus goed gaat zo.

[peterberg]

OK, je hebt gelijk. Het is ook al eerder ter sprake geweest, dat komt ervan als ik meerdere projecten volg. Sorry.

[Daan96]

Geen probleem!
Alleen maar leuk dat mensen het volgen en er actief mee bezig zijn.
Zonder je hulp was ik ook nooit aan een batch rocket begonnen.

[Daan96]

Beetje bij beetje knutselen we verder in de vrije uurtjes.
Wacht nog op wat rvs en dan moet ik denk ik maar eens de stenen gaan bestellen om een poging te gaan wagen aan het maken van de shorty.

Ondertussen heb ik een esp32 draaiend met verschillende temp sensoren om straks alles te kunnen meten en hopelijk een rendement schatting te kunnen gaan maken.

Jammer dat ik de kwaliteit van de foto's zover moet verkleinen maar het is begrijpelijk.

[benthuis]

Woehoeee! Leuk om te volgen!

[Daan96]

Ondertussen langzaam iets verder gegaan.
Helaas is de bouw van de kachel zelf wat achter gebleven.
Dat ga ik proberen de komende weken op te pakken.
Vorige week heb ik een 300L Rvs boiler op gehaald met 2 spiralen.
De bovenste spiraal gaat gebruikt worden voor de rocket kachel, de onderste kan later gebruikt worden voor een WP.
Vanuit deze spiraal gaat het door naar een 1500L CV buffer, deze moet ik nog aanschaffen de komende tijd.

De aansturing / uitlezing ervan heeft wel wat stapjes gemaakt.
Ik heb de esphome klaar. Deze meet de volgende waardes:

- Rookgas temp wisselaar in
- Rookgas temp wisselaar uit
- CV aanvoer temp wisselaar
- CV retour temp wisselaar
- CV flow aanvoer / retour
(hiermee kan ik dus ook het waterzijdige vermogen berekenen)

- SWW 300L boiler temp boven
- SWW 300L boiler temp onder

- CV 1500L buffer temp boven
- CV 1500L buffer temp midden
- CV 1500L buffer temp onder

Aan de hand van de buitentemperatuur voorspelling voor de komende 12 uur kan ik een schatting maken voor de warmtevraag voor de komende 12 uur.
Aan de hand van het rendement van de kachel kan ik daarmee inschatten hoeveel hout er minimaal gestookt moet worden om de komende 12 uur door te komen aan warmte vraag + de SWW boiler volledig te verwarmen.
Daarnaast is er ook een waarde gecreëerd die aangeeft hoeveel hout er gestookt kan worden om beide vaten maximaal te verwarmen.
Aan de hand van de gem. temperatuur in de SWW boiler maak ik ook een inschatting hoeveel L water van 40 graden ik hieruit kan halen, en daarmee kan ik ook benaderen hoeveel minuten er nog gedouchte kan worden zonder bij te stoken.

De bijlage een dashboard hoe het er nu uit ziet in home assisant.
Alle waardes uiteraard van de temperatuur voelers op het bureau.
Wanneer ik ze in een glas warm water stop lijkt alles te werken

Ik wil de bypass klep nog wel gaan toevoegen aan de automatisering.
Mocht de rookgas temp dan boven een xx waarde komen sluit de klep automatisch.
Mocht er om welke reden dan ook de temperatuur in de wisselaar te hoog worden gaat de klep ook automatisch weer open.
(uiteraard zit er ook een veiligheids ventiel en noodkoeling op)