Holzofen mit Verbrennungsretorte und zweistufiger Verbrennung!!!! Peter Odermatt! Thomas Nussbaumer!! Hochschule Luzern Technik & Architektur!
Titel-Folie Kapitel 1! 1. Einleitung! 2. Zielsetzung! 3. Funktionsprinzip! 4. Strömungsoptimierung mit CFD! 5. Versuchsdurchführung! 6. Resultate! 7. Schlussfolgerungen!
Arbeitszahl einer geregelten Luftwärmepumpe im Minergie-Gebäude! AZ H+A Heizleistung: [Gasser & Wellig 2012]!
Titel-Folie Kapitel 2! 1. Einleitung! 2. Zielsetzung! 3. Funktionsprinzip! 4. Strömungsoptimierung mit CFD! 5. Versuchsdurchführung! 6. Resultate! 7. Schlussfolgerungen!
Zielsetzung! 1. Hoher Komfort und hohe Effizienz:! Heizleistung!5 bis 10 kw! Holzmenge!6 bis 12 kg! Abbrand in einer Charge ohne Eingriff während > 4 h! Einfache Regelung mit Temperatur-Messung! Feuerungs-Wirkungsgrad > 80%!! 2. Tiefe Emissionen: 50% der LRV! CO!!< 750 mg/m n 3 bei 13 Vol.-% O 2! VOC!!< 100 mg/m n 3! Gesamtstaub!< 37.5 mg/m n 3!
Titel-Folie Kapitel 3! 1. Einleitung! 2. Zielsetzung! 3. Funktionsprinzip! 4. Strömungsoptimierung mit CFD! 5. Versuchsdurchführung! 6. Resultate! 7. Schlussfolgerungen!
Aufbau! Wärmeabfuhr! Modul 3! Wärmeübertrager! T N! SL! Gasausbrand! Modul 2 Nachbrennkammer & Füllschacht! T P! Feststoffvergasung! PL2! PL1! T S! Modul 1 Primärzone!
Varianten: Sekundärlufteindüsung! Modul 3! Wärmeübertrager! SL! Modul 2 Nachbrennkammer & Füllschacht! PL2! PL1! Modul 1 Primärzone!
Varianten: Prototypen 1 bis 3! Modul 3! Wärmeübertrager! SL! Modul 2 Nachbrennkammer & Füllschacht! PL2! PL1! Modul 1 Primärzone!
Befüllung! Fichte fein! Buche fein! Buche grob!
Titel-Folie Kapitel 4! 1. Einleitung! 2. Zielsetzung! 3. Funktionsprinzip! 4. Strömungsoptimierung mit CFD! 5. Versuchsdurchführung! 6. Resultate! 7. Schlussfolgerungen!
Modellierungs-Kenngrössen! Parameter Wert Feuerungswärmeleistung 12 kw Verbrennungswirkungsgrad 90% Primärluftzahl λ P 0.4 Sekundärluftzahl λ S 1.1 Luftüberschuss λ = λ P + λ S 1.5 Holzfeuchtigkeit u 18% Temperatur Vergasungsprodukte 700 C Temperatur Sekundärluft 25 C
Strömungs-Kenngrössen! Turbulenz:! Re = u!l " u L ν!geschwindigkeit der Strömung [m/s]!!charakteristische Länge der Strömung [m]!!kinematische Viskosität des Fluides [m 2 /s]! Impulsverhältnis: IV DG =! D "u D 2! G "u G 2 u D!Geschwindigkeit Düsenströmung [m/s]! u G!Geschwindigkeit der Grundströmung [m/s]! ρ D!Dichte der Düsenströmung [kg/m 3 ]! ρ G!Dichte der Grundströmung [kg/m 3 ]!
Geometrie! Abgas! E 4! E 3! SL! E 2! E 1! SL! CO, H 2, CH 4! CO 2, H 2 O, O 2, N 2! Vergasung! Holz! PL!
Variantenvergleich für D = 12 mm! Ref
Sekundärluft! einseitig beidseitig!! E 4! E 4!
Titel-Folie Kapitel 5! 1. Einleitung! 2. Zielsetzung! 3. Funktionsprinzip! 4. Strömungsoptimierung mit CFD! 5. Versuchsdurchführung! 6. Resultate! 7. Schlussfolgerungen!
Messung und Auswertung! Start:!Nach Anzünden und Schliessen der Türe! Ende:!CO 2 /CO < 10 oder O 2 > 17 Vol.-%! Auswertung: Emissionen gewichtet mit Volumenstrom!
Titel-Folie Kapitel 6! 1. Einleitung! 2. Zielsetzung! 3. Funktionsprinzip! 4. Strömungsoptimierung mit CFD! 5. Versuchsdurchführung! 6. Resultate! 7. Schlussfolgerungen!
Vergleich Prototypen 1 bis 3!
Vergleich Prototypen 1 bis 3!
Vergleich Prototypen 1 bis 3!
λ 3.50 3.00 Prototyp 2! Prototyp 3! λ 3.50 3.00 2.50 2.50 [ ]! [-] 2.00 [ ]! [-] 2.00 1.50 1.5! 1.50 1.5! CO! 3 [mg/m n ] [mg/m 3 n ]! 1.00 1.00 0h 1h 2h 3h 4h0h 5h1h 2h 3h 4h 5h λ λ 1000 800 750! 600 400 CO! 3 [mg/m n ] [mg/m 3 n ]! 1000 800 750! 600 400 t! t! t! 200 200 t! 0 0 0h 1h 2h 3h 4h0h 5h1h 2h 3h 4h 5h CO CO t!
Titel-Folie Kapitel 7! 1. Einleitung! 2. Zielsetzung! 3. Funktionsprinzip! 4. Strömungsoptimierung mit CFD! 5. Versuchsdurchführung! 6. Resultate! 7. Schlussfolgerungen!
Schlussfolgerungen (1/2)! Konzept erfüllt Ziele an Komfort, Effizienz & Emissionen: Heizleistung! 7.4 kw Abbranddauer 5.4 h Charge!! ohne manuellen Eingriff CO!! 530 mg/m 3 n bei 13 Vol.-% O 2 VOC!! 20 mg/m 3 n Staub!! 15 mg/m 3 n! Zur Optimierung der Sekundärluft ist CFD geeignet! Hohes Impulsverhältnis verbessert die Mischung, erhöht aber auch den Druckverlust, weshalb für Naturzug eine Optimierung erfolgt!
Schlussfolgerungen (2/2)! Gute Strömungsverhältnisse sind notwendig aber nicht hinreichend für eine hohe Ausbrandqualität! Die Herausforderung ist die kleine Leistung!! Dazu sind zu limitieren: Dimension der Vergasungszone Primärluftmenge Wärmestrom von der Flamme in die Vergasungszone Wärmekapazität und damit instationären Wärmestrom!
Verdankung! TIBA AG, Bubendorf!! Kommission für Technologie! und Innovation (KTI)!!