WoodCFD – Hvordan sikre Hygge også i fremtiden

Du lurer sikkert på hva konseptet «Hygge» har å gjøre med akronymet WoodCFD, og det gjør til og med jeg innimellom. Hygge handler i bunn og grunn om å kose seg foran vedovnen eller peisinnsatsen: Det å bokstavelig talt føle varmen fra flammene som danser bak glasset og til og med høre dem på grunn av små utblåsninger fra kubbene som ofte skyter gnister.

Ingen annen forbrenningsteknologi kan gi deg denne unike opplevelsen av Hygge, og samtidig fungere som en hovedoppvarmingskilde i din bolig eller hytte.

Men, verden forandrer seg, og med det kommer stadig nye krav til denne tradisjonelle oppvarmingsmetoden. Kravene kommer som en følge av påtrykk for å redusere utslipp samt av en endring i krav til nye boligers energieffektivitet. Disse kravene, som jo er veldig fornuftige, medfører at vedovnsprodusentene må tenke nytt for å tilfredsstille både forbrukeren og myndigheter.

Utslippsgrensene står for fall

Forbrukeren, som fremdeles vil ha Hygge, trenger mindre varme for å varme opp sin moderne bolig, noe som stiller krav til effektavgivelsen til rommet fra nye vedovner. Skulle det bli for varmt kan man fremdeles åpne et vindu, men, det blir jo litt for dumt i en ny bolig med balansert ventilasjon. Fyringsøkonomien blir da også heller dårlig.

Myndigheter ønsker lavere forurensende utslipp. Nye utslippsgrenser er på gang. De gamle og relativt høye utslippsgrensene som har overlevd for lenge, sammenlignet med teknologiutviklingen, står nå for fall.

Vedovnsprodusentene er klar over situasjonen og kjemper for sin eksistens i et marked hvor alternative varmekilder byr seg frem. Disse alternative oppvarmingsmetodene har i utgangspunktet et stort fortrinn. Enten ved at de enten er elektrisk basert eller elektrisk kontrollert.

Vedovner, som jo fyres manuelt og med en sats av vedkubber av gangen, har derfor et dårlig utgangspunkt sammenlignet med disse alternative oppvarmingsmetodene. Forbrenningen i en vedovn får da et såkalt transient forbrenningsforløp, hvor det som brenner endrer seg til enhver tid gjennom forbrenningsforløpet. Det vil si at varmeproduksjonen endrer seg kontinuerlig, og dette medfører også en kontinuerlig endring av andelen av varmeproduksjonen som ledes gjennom ovnsveggen og til slutt avgis til rommet.

Hvordan skal fremtidens vedovner være?

Muligheter for å flate ut varmeavgivelsen til rommet, samt forlenge forbrenningssyklusen eller øke ovnens varmelagringskapasitet blir da veldig interessante. Ovnene kan selvfølgelig også gjøres mindre, men med praktiske-, estetiske- og Hyggebegrensninger. Uansett hva du gjør, så skal utslippene ikke øke, aller helst avta.

Vel, da er Alternativ 1 for å utvikle nye vedovner å løpe ned i laboratoriet, hos vedovnsprodusentene eller et forskningsinstitutt, og basere utviklingen kun på erfaringsdata og eksperimentell aktivitet. Dette er den tradisjonelle og klart mest brukte metoden, med liten eller ingen støtte fra databaserte regneverktøy. Denne utviklingen kan fort bli både tid- og kostnadskrevende, og resultatet kan bli langt fra optimalt.

Forbrenning av vedkubber i en vedovn kan sies å være den mest kompliserte forbrenningsprosessen som finnes.

Alternativ 2, som ikke lenger er science fiction, er bruk av simuleringsverktøy basert på fysikalske modeller som i detalj beskriver det som skjer gjennom forbrenningsforløpet. Et slikt verktøy gir uante muligheter med tanke på å studere innflytelsen fra brensel, ovnsoperasjon og -design på forbrenningsprosessen, og dermed på utslipp og varmeavgivelse gjennom forbrenningsforløpet. Da er det på papiret en smal sak å endre på nøkkelparametere for å optimalisere vedovnen.

Dessverre er det nok et snev av science fiction involvert fremdeles, siden forbrenning av vedkubber i en vedovn, med hånden på hjertet, kan sies å være den mest kompliserte forbrenningsprosessen som finnes. Dette krever detaljert forståelse av hva som skjer gjennom forbrenningsforløpet samt modeller som beskriver dette i tilstrekkelig detalj. Tilstrekkelig er et nøkkelord her, siden regnekraft fortsatt er en begrensning når simuleringene blir for komplekse.

WoodCFD – Rentbrennende og effektive vedovner

Tilbake til akronymet WoodCFD. Det tilhører et kompetansebyggende prosjekt finansiert av Norges Forskningsråd og fire vedovnsprodusenter, med den lange tittelen «Clean and efficient wood stoves through improved batch combustion models and CFD modelling approaches», eller fritt oversatt til norsk: «Rentbrennende og effektive vedovner gjennom forbedrede forbrenningsmodeller og CFD modelleringstilnærmelser for den satsfyrte forbrenningsprosessen». CFD står for Computational Fluid Dynamics, dvs. regneverktøybasert fluiddynamikk.

• Har du lyst til å vite mer om WoodCFD, se håndboka som er laget i prosjektet.

Dette høres sikkert litt, eller veldig, tørt og kjedelig ut for mange. Men det har faktisk vært et meget spennende 4 års prosjekt, som nå avsluttes, hvor SINTEF Energi sammen med NTNU har dypdykket i ulike faktorer som påvirker forbrenningen og varmeavgivelsen fra vedovner og i tillegg innvirkningen av varmeavgivelsen på varmekomforten i ulike typer bygninger i ulike klimasoner.

Arbeidet har resultert i modeller og modelleringstilnærmelser som langt på vei vil gjøre det mulig å basere vedovnsutviklingen på Alternativ 2 – simuleringer.

Simuleringsverktøy for forbrenning av vedkubbe laget i WoodCFD

Spesifikt har prosjektet jobbet både med utvikling av en detaljert modell for forbrenningen av en vedkubbe, samt riktig valg og bruk av en rekke andre modeller for å dekke alle delmodellene som må være inkludert i verktøykassa i et slikt simuleringsverktøy.

Simuleringsverktøyet har blitt testet, inkludert simulering gjennom hele forbrenningsforløpet for en reell vedovn med alle nødvendige designdetaljer inkludert, inkludert varmelagring i ovnsmaterialene. Effekten av resulterende varmeavgivelseprofiler på varmekomforten i rom og bygninger har blitt studert i detalj.

For å kunne utføre gode nok simuleringer gjennom en hel fyringssesong har modeller blitt utviklet for inkludering i bygningssimuleringsverktøy, som også i tilstrekkelig grad tar hensyn til varmesirkulasjonen i de enkelte rommene. Både en PhD kandidat, en PostDoc kandidat og en rekke studenter har bidratt til prosjektet sammen med veiledere og forskere fra NTNU og SINTEF.

Forskningsutfordringer fremover

Det viktigste som mangler nå for å ha et detaljert og komplett simuleringsverktøy for vedovner er et fullt ut integrert verktøy hvor kun startverdier er input og alle andre verdier regnes ut gjennom forbrenningsforløpet. Dette krever en direkte kobling mellom dekomponeringen av en vedkubbe og omgivelsene rundt den. Samtidig er det behov for å optimalisere simuleringsverktøyet for å gjøre det mest mulig effektivt. Dette er et krevende arbeid som er et nytt forskningsprosjekt verdig.

WoodCFD konsortiet ser derfor et stort behov for et oppfølgingsprosjekt som vil gi et komplett simuleringsverktøy for vedovner, som effektivt kan bidra til utviklingen av fremtidens vedovner. Dette kun supplert med nøye utvalgte forsøk i laboratoriet og retningslinjer basert på bygningsintegrasjonsimuleringer og forbrukerkunnskap for å sikre optimal integrasjon av vedovner i fremtidens energieffektive boliger.

For ytterligere spørsmål, kontakt prosjektleder Øyvind Skreiberg.

To fyringstips fra meg til slutt

Å ja, du har sikkert startet fyringssesongen selv, og selvfølgelig kan du alt om det å fyre i din egen vedovn, eller kanskje du bare tror du kan det. Hvis du føler at du tilhører sistnevnte kategori, ta gjerne en titt i manualen som fulgte med vedovnen, for tips om optimal fyring i din vedovn. Er denne historie finnes det gode fyringstips også på nett, se f.eks. Gemini-artikkelen Her er vedfyringens ABC.

Samtidig er det behov for å optimalisere simuleringsverktøyet for å gjøre det mest mulig effektivt. Dette er et krevende arbeid som er et nytt forskningsprosjekt verdig.

Ha en fin fyringssesong, og for all del, ikke brenn opp juletreet i vedovnen når jula er vel overstått.