Dubbelwandige bell

[Pietje]

Klopt, maar....
In het geval van een batch gestookte kachel is tijd de beperkende factor. De warmte komt gedurende een zeer korte tijd (1 uur per 24 uur). Dan heb je niet te maken met de statische berekening uit jouw bouw-voorbeeld, maar met een dynamische berekening waarbij de temperaturen veranderen in het materiaal. Statisch heb je gelijk; dan doet de isolatie bijna niets. Als het maar de tijd krijgt.

[peterberg]

Een bell met 5.3m2 binnenopp. heeft een steenvolume van 5.3m2 x 0.2m = 1.06m3 en een massa van 1.06m3 x 1800Kg / m3 = 1900Kg, voor enkel de binnenste bell-muur.

Hmmm... Heb je die dikte van de binnenschil gesteld op 20 cm? Dat lijkt een beetje veel, dat is geen halfsteens maar een steensmuur. Het is realistischer om die op 105 mm te stellen, gelijk aan een halfsteensmuur uit waalformaat. Ook dan kun je nog niet zomaar stellen dat je het ding kunt berekenen door aan te nemen dat een bell gelijk is aan een vlakke muur van dezelfde oppervlakte als de binnen oppervlak van de bell, want daar zitten ook nog hoeken in waar materiaal overlapt. Als je op die basis een bell gaat bouwen dan kom je dik stenen tekort... De massa van gewone gevel klinkers is overigens 2100 kg per m³, geen 1800 kg zoals jij stelt., zie http://www.ekbouwadvies.nl/tabellen/baksteen.asp

Deze binnenste bell krijgt een temperatuur van 150MJ/(0.88J/KgK * 1900Kg) = 90 graden verhoging.

Ik ben niet handig met joules en KgK, maar er zit ergens een flinke fout in jouw berekening naar mijn idee. Als jij zo'n ding van 1900 Kg gebouwd hebt en je gaat dat gewicht opwarmen van pakweg 20º C naar 110º C met 10 Kg aan hout, waarschuw dan even, dat wil ik graag meemaken. Kortom, ik geloof er helemaal niets van, ik heb het idee dat er ergens een decimaal is verdwenen.

Omdat de brandstof er binnen een uur doorheen gaat, heeft de binnenste bell slechts een uur de tijd om deze warmte op te nemen. De massa die buiten de isolatie zit, wordt amper warm: het duurt even voordat de binnenste bell op temperatuur komt, vervolgens gaat de isolatie de warmte-overdracht tussen binnen- en buitenbell vertragen. Daarom kan je stellen dat het overgrote deel (zeg maar alle) van de door de bell opgenomen warmte in de binnen-muur is gaan zitten. Aangezien een temperatuur van de binnen-bell van 110 graden (20 start + 90 temperatuurverhoging) al aardig aan de hoge kant is, is de conclusie gerechtvaardigd dat een grotere batch dan 10KG eigenlijk geen zin heeft; deze warmte wordt niet in de bell opgenomen en gaat door de schoorsteen naar de mussen.

Het is dan ook een massakachel, je moet een paar uur wachten voordat je er weer een lading doorheen jaagt. In de tussentijd is door geleiding de warmte in de binnenlaag verspreid, door straling een deel overgebracht naar de buitenschil, en daar weer door geleiding aan de buitenkant terecht gekomen. Met andere woorden, in de tussentijd is de temperatuur van de binnenkant ver genoeg gedaald om opnieuw warmte op te nemen. Voor de goede orde nog de opmerking dat geleiding een stuk efficiënter gaat dan straling. De warmte wordt sneller verspreid in de steen zelf dan overgedragen op het buitenblad. Zo komt het dat de meeste double skins aan de buitenkant niet warmer worden dan 50º C, maar dat blijven ze dan wel 24/7 volhouden op voorwaarde dat de warmte buffer op tijd wordt aangevuld. Overigens, als je deur lek is dan is dat onafhankelijk van de constructie van de bell, lijkt mij.

De vertraging tussen binnen- en buitenblad zit dan ook niet in die isolatie. Bij mijn kachel zit er niets tussen omdat het ding helemaal uit prefab delen bestaat en het buitenblad rustig aan mee kan bewegen door de zwaluwstaarten. Maar de buitenkant wordt ook niet heet, bij 60º C gemiddeld heb je het wel gehad met de dikte van 5 cm vuurbeton van de mantel. De onderbreking is de grootste factor, opzettelijk zo toegepast om de afgifte te verspreiden. Jij hebt groot ingezet op isolatie: als je een single skin gaat bouwen dan loop je een vette kans om het huis in sprongen te verwarmen. Plus dat de kans op barsten aanzienlijk is.

Als je naar eigen overtuiging vindt dat je beter een enkelwandige bell kunt bouwen in een super geïsoleerd huis, ga dan gerust je gang. Maar ik heb ook de stellige indruk dat jij geen ervaring hebt met een grote massakachel in eigen woonomgeving. Achteraf een buitenmantel om een single skin heen bouwen is niet eenvoudig maar je zou dan bijvoorbeeld 80 mm leempleister in meerdere lagen er op kunnen zetten met veel stro er in, dat is de methode van Joris Pouls en het werkt. Geen scheuren, en een tragere afgifte dan kale baksteen.

Maar nogmaals, ga je eigen pad als die het beste lijkt. En vergeet niet te waarschuwen als je de hele bell naar 110º C gaat brengen met 10 kg hout.

[Pietje]

Ik heb geen ervaring, dat klopt. Maar ik ga niet zozeer mijn eigen kant op: ik probeer slechts te begrijpen wat er gebeurt. Waarbij ik natuurlijk graag ervaring van anderen meeneem, maar ook de fysische kant niet wil negeren.

Die 20cm klopt, dat heb ik verkeerd overgenomen van de kachel van Nielvm. 2100kg/m3 neem ik mee, dan wordt de berekening:

steenvolume van 5.3m2 x 0.105m = 0.5565m3
massa van 0.5565 m3 x 2100 Kg / m3 = 1170Kg

150.000KJ/(0.88KJ/KgK *1170 Kg) = 145 K, dus ook 145 graden C. Alle eenheden kloppen echt, en de waarden nu ook ...

Dus als de bell enkelwandig is, dan zou de bell na het verstoken van 10Kg hout zo'n 150 graden heet moeten worden. Natuurlijk iets minder, omdat met het oplopen van de temperatuur ook warmte afgegeven wordt aan de omgeving, maar de temperatuur zou wel in deze orde moeten liggen...

Laten we eerst hier overeenstemming krijgen; de gevolgen van een tweede bell er overheen komen daarna wel.

Mocht het zijn dat in de praktijk die 150 (bij lange) niet gehaald wordt, dan wil ik graag weten waar die naar toe is gegaan.

[peterberg]

Hmm... ik heb aardig wat jaren ervaring met massakachels en ik heb een goed idee van de moeite en brandstof die het kost om steenachtige massa op een dergelijke temperatuur te krijgen. Ik zou eerder denken dat het 100 kg hout kost om 1170 kg steen van 20º naar 165º C te krijgen.

Dus lijken de getallen die je noemt volslagen onwaarschijnlijk in mijn ogen. Maar het wordt steeds spannender en de te behalen temperaturen hoger dus ik ben benieuwd wat je gaat bouwen.

[Pietje]

Zolang wij geen overeenstemming hebben, ga ik niets bouwen

De vuurkamer/poort/riser is helemaal onderzocht en geoptimaliseerd (waarvoor dank!). De bell nog niet, misschien kunnen we daar wat aan doen?

Even over de gebruikte formule. Het kost 0,88KJ om 1 kg baksteen 1 graad op te warmen.
(baksteen 0.84, leem 1.0 (http://www.joostdevree.nl/shtmls/warmtecapaciteit.shtml).

In hout zit 15MJ/kg aan energie. Dat is 15000KJ/kg. Heel veel, maar ik kan geen andere getallen vinden
(voor eik 16.205MJ/ton = 16MJ/kg = 16000KJ/kg = 4444KWh / kg). Misschien zit daar de fout?

[kockie]

Omrekening kWh naar MJ
Uitgangspunten:
1 Watt is gelijk aan 1 Joule per seconde
Een uur heeft 60 minuten * 60 seconden = 3.600 seconden
Berekening:
Een kWh heeft dus een warmte inhoud van 3.600 seconden * 1000 Joule = 3.600.000 J. Dit komt overeen met 3,6 MJ
N.B. vermenigvuldigen met 1000 (J) omdat er van Watt naar kWatt wordt gegaan in deze berekening.

Je moet dus MJ/kg door 3.6 delen om bij kWh/kg uit te komen:
stel:
15 MJ/kg hout

15/3.6=4.1 kWh

(nog aan het rekenen)

[SanderL]

In hout zit 15MJ/kg aan energie. Dat is 15000KJ/kg. Heel veel, maar ik kan geen andere getallen vinden
(voor eik 16.205MJ/ton = 16MJ/kg = 16000KJ/kg = 4444KWh / kg). Misschien zit daar de fout?

16000kj =16000kW s = 16000kWs / 3600s = 4,444kWh


------------------------------------------------------------------------

Baksteen: 0,84 kJ / kg x Kelvin
1 Joule is 1 Ws.
0,84kj = 840 J = 840 Ws.
in een uur gaan 3600s, dus 840 Ws /3600 0,2333W/h = 0,00233kWh

De benodigde energie om de bell te verwarmen wordt nu:
(0,0023kWh per kg K) x 1170kg x 145K =39,585kWh.
Deel dit door 4 om de kilo's hout te berekenen en je komt op 10kg hout. Je eerdere berekening klopt dus. De theorie is niet volledig genoeg om de praktijk te benaderen..

[peterberg]

In hout zit 15MJ/kg aan energie. Dat is 15000KJ/kg. Heel veel, maar ik kan geen andere getallen vinden
(voor eik 16.205MJ/ton = 16MJ/kg = 16000KJ/kg = 4444KWh / kg). Misschien zit daar de fout?

Als één kilo hout 4444kWh/kg aan energie zou bevatten dan is dat de fout. Volgens Cleave books Energy calculator is 16 Mj gelijk aan 4,44 kWh. Zie http://www.cleavebooks.co.uk/scol/ccenrgy.htm Ik reken meestal met 4 kWh per kg.
Ik zie nu dat Carbonglider op hetzelfde uitkomt. Maar dat lost de discrepantie tussen theorie en praktijk nog niet op...

[fikkie stoken]

De theorie is niet volledig genoeg om de praktijk te benaderen..

Maar dat lost de discrepantie tussen theorie en praktijk nog niet op...

Dat kan ook niet anders, de bell word bovenin veel heter dan onderin, logisch ,de werking is daarop gebaseerd naar de gasstroming, koud zakt naar beneden en heet blijft boven.
Ook de gasstroom moet je meenemen in de berekening, dit hangt weer af van de onderdruk in de schoorsteen, wind of geen wind, opening van de luchttoevoeren bv p-chanel, window-wash etc, de verliezen in rendement.
Ook de woonruimte bepaald wat er afgegeven kan worden, zeker in de tijdsfactor en delta t.
En dan de factor hervullen, zit er nog warmte van de vorige dag of stook.

Ik denk dat je geen formule kan bedenken die overal voor geld, maar ik laat me graag verrassen

[ritsaert snijder]

Ik miste een stuk van de discussie.

Zonder asla is een RBB of een Finoven op de luchtkanalen en de deur al redelijk af te sluiten. Als je dat combineert met een goede schuifafsluiting (beter dan een klep) kan je de tocht echt minimaliseren. Goede melders zijn natuurlijk wel een must.
Je kan ook nog altijd kiezen voor andere materialen tussen de twee muren. In theorie zouden twee nette gladde muren zelfs langs elkaar kunnen bewegen.
De keuze voor een enkelwandige (ik neem aan dan een ook redelijk dunwandige) en snelle kachel zou ik niet zo snel vastknopen aan deze tochtlek en de isolatie in de bell. De verschillen zijn groot.

[Pietje]

Je eerdere berekening klopt dus. De theorie is niet volledig genoeg om de praktijk te benaderen..

Mooi, we zijn een stapje verder: de berekening lijkt in orde.

De vraag die rest is: als de theoretische verwarming zo veel groter is dan wat we in de praktijk meten, waar blijft dat verschil dan?

Ik snap dat de berekening versimpeld is, en dat we een gemiddelde temperatuur uitrekenen. Dus als de onderkant van de bell koud blijft, dan zou volgens de berekening de bovenkant van de bell echt heel heet moeten worden. Dat gebeurt niet, dus: waar is die warmte dan gebleven?

Ik begon me dit af te vragen naar aanleiding van de situatie bij Nielvm; met een stalen kachel was zijn huis prima te verwarmen met x kilo hout. Nu heeft hij een zeer efficiënte vuurkamer, maar x kilo hout is bij lange na niet genoeg om zijn huis warm te houden. Zijn bell verre van optimaal, zijn afgastemperatuur te hoog, maar de berekening geeft aan dat zelfs een bell met uit de praktijk ontwikkelde ideale afmetingen slechts een klein deel van de opgewekte warmte gebruikt.

[ritsaert snijder]

Pietje schreef; Ik begon me dit af te vragen naar aanleiding van de situatie bij Nielvm; met een stalen kachel was zijn huis prima te verwarmen met x kilo hout.

Dan vergelijk je een continu verwarmende massakachel met een hele snelle kachel.

Pietje schreef; Nu heeft hij een zeer efficiënte vuurkamer, maar x kilo hout is bij lange na niet genoeg om zijn huis warm te houden. Zijn bell verre van optimaal, zijn afgastemperatuur te hoog, maar de berekening geeft aan dat zelfs een bell met uit de praktijk ontwikkelde ideale afmetingen slechts een klein deel van de opgewekte warmte gebruikt.

- De plaatsing van de kachel tegen een buitenmuur is niet ideaal
- Zijn bell is te klein
- De aanpassingen hebben geleid tot verbeteringen, een schoorsteenklep wordt geplaatst

Laten we die berekening eens over doen op basis van de verbrandingswarmte van hout (ongeveer 4 kWh) en de warmte van het oppervlak (verloop in een etmaal). Eenzelfde berekening als Peter bijvoorbeeld gebruikt op de site van Bergkachel. En dan meten met een centraal geplaatste RBB177 met een dubbelwandige bell. Maar het lijkt me ook wel interessant om dat te doen met bijvoorbeeld een tegenstromer.

[Pietje]

Laten we die berekening eens over doen op basis van de verbrandingswarmte van hout (ongeveer 4 kWh) en de warmte van het oppervlak (verloop in een etmaal). Eenzelfde berekening als Peter bijvoorbeeld gebruikt op de site van Bergkachel. En dan meten met een centraal geplaatste RBB177 met een dubbelwandige bell. Maar het lijkt me ook wel interessant om dat te doen met bijvoorbeeld een tegenstromer.

De berekening is gedaan met 4KWh / kilo hout. En het maakt niet uit welke kachel je gebruikt (staal, bell, tegenstroom), de energiebalans moet kloppen. Energie heeft namelijk de eigenschap dat het niet kan verdwijnen of uit het niets kan ontstaan.

De vraag blijft: als er x energie in gaat, en er blijft y in de massa zitten, waar is x-y, zeker als y in verhouding tot x tamelijk groot is.

[passevite]

4kWh/kilo hout is teveel.
Toch als het gaat om de netto warmteopbrengst die naar de kamerzijde gaat.

Neem een optimaal verbrandingsrendement van 90% in het midden van de stook. Met een batchgestookte installatie zit je met een opstart- en eindfase van de verbranding. Overall 85% op het verbrandingsrendement over de gehele stookcyclus zal al erg goed zijn in de praktijk.
Dat wordt voor de verbranding: 1kg hout = 4,4kWh * 0,85 = 3,74 kWh/kg hout.
Het kachelrendement is ook geen 100%. De afgastemperaturen zijn doorgaans geen 20°C en afhankelijk van de vorm en de gebruikte materialen zal de 'wisselaar' misschien ook de aangeboden warmte helemaal niet kunnen volgen (te weinig opp, lage Lambda...). Dan heb je extra schoorsteenverliezen. Na de stook kan er ook nog warmte weglekken.
Maar laten we van een goed ontwerp uitgaan: mantel kan het gros van de aangeboden warmte goed verwerken en de kachel verliest weinig na de stook (goede afsluiting -onderaan de kachel-naar de schoorsteen), dan nog is de 'wisselaar=Bell' geen perfecte wisselaar. Een goede misschien wel goed voor 80% rendement ???
Dan wordt het naar primair houtverbruik: 3,74 kWh * 0,80 = +/- 3kWh/kg hout.

Overall rendement (verbrandingsrendement+wisselaar-rendement)= 0,8*0,85= +/-70% naar primair energieverbruik.
Kan slecht lijken, maar dat is het niet: vergelijk het met <40% van de "zuiverste" gascentrale waar elektriciteit gemaakt wordt.

http://www.energiefeiten.nl/#rendement% ... ktriciteit


3kWh primair energieverbruik dus.
voor 10 kg hout eerder 30kWh (30*3,6= 108MJ ) naar 'effectieve verwarming'.

Dat laatste kan bijvoorbeeld gesimuleerd worden in een 100% afgesloten bell (zonder schoorsteen) met een (elektrisch) warmte-element dat 30 kWh levert in 1 à 2 uur.

Wordt dan:

108.000KJ/(0.88KJ/KgK *1170 Kg) = 104,9 K, dus ook 104,9 graden C.

Vertrekkende van 20°C kamertemperatuur wordt dat dan 125°C.

En dit zal op wat cijfers na de komma ook wel kloppen.

De crux zit vanaf hier namelijk erin dat het om de manteltemperatuur gaat, niet enkel de temperatuur aan de (buiten)oppervlakte. Dwars door de steen genomen zal dit gemiddeld wel kloppen in de 10cm baksteen.
Met een dikke gok schat ik zo'n 200° aan de binnenkant en 75° aan de buitenkant. En variaties daarop in functie van de hoogte van de bell waar je de snede zou nemen. Overall gemiddeld over de hele sectie van de mantel zou het bij benadering moeten kloppen.

[willem]

De vraag blijft: als er x energie in gaat, en er blijft y in de massa zitten, waar is x-y, zeker als y in verhouding tot x tamelijk groot is.

Je hebt het antwoord zelf al gegeven Pietje, een groot gedeelte van y gaat de pijp uit.
Dat betekend; minder trek geven of weerstand inbouwen dmv omleiding(en).