Vedovner og vedfyring – Hvordan sikre hygge, varmekomfort og miljø- og klimavennlighet

De aller fleste har et forhold til vedovner og vedfyring, og mange liker å tenne opp eller varme seg foran peisen etter en tur i skisporet. Vedfyring handler både om å kose seg og om effektiv oppvarming – enten det er stuen, boligen eller hytten som skal varmes opp. Mange mener de vet akkurat hvordan man skal tenne opp i ovnen eller peisen. Men hvordan skal man brenne veden slik at man får mest mulig varme ut av den på en miljø- og klimavennlig måte? Og hvor miljø- og klimavennlig er det egentlig å bruke en vedovn? Det kommer an på ovnen din, og deg selv.

Vedfyring fra toppen lønner seg

SINTEF Energi og andre forskningsmiljøer har dokumentert at opptenning fra toppen, med vedkubber i bunnen og småved/flis på toppen, vil redusere partikkelutslippene med mellom 50-80% og gi jevnere forbrenning. I denne videoen får du se hvor enkelt det faktisk er:

Jeg anbefaler også at du tar en titt i manualen som fulgte med vedovnen din, for tips om optimal fyring i din vedovn. Vil du lære mer om opptenning anbefaler jeg å lese Vedfyringens ABC.

Utslippsgrensene til vedovner vil bli lavere

Vedfyring og kos er tett knyttet sammen. Ingen annen forbrenningsteknologi kan gi deg den unike opplevelsen av hygge, og samtidig fungere som en hoved oppvarmingskilde i din bolig eller hytte. I en tid der det må kuttes utslipp på alle fronter, både forurensende utslipp og klimagassutslipp, kan vi fortsette med hygge foran vedovnen med god samvittighet? 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.

Forbrukeren 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.

Er vedfyring miljø- og klimavennlig? Svaret er ja – hvis det gjøres riktig.

Myndigheter ønsker lavere forurensende utslipp og reduksjon i klimagassutslipp. Siden biomasse er per definisjon CO₂ nøytralt hva selve CO₂ utslippet angår, er det i all hovedsak utslipp av metan (CH₄₎ som utgjør klimagassutslipp fra vedovner. Nye utslippsgrenser for forurensende utslipp er på gang. De gamle og relativt høye utslippsgrensene som har overlevd for lenge, sammenlignet med teknologiutviklingen, står nå for fall. Dette vil samtidig også bidra til reduserte klimagassutslipp.

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. Er vedfyring miljøvennlig? – blir et legitimt spørsmål. Svaret er ja – hvis det gjøres riktig.

Hvordan blir fremtidens vedovner?

Muligheter for å flate ut varmeavgivelsen til rommet, samt forlenge forbrenningssyklusen eller øke ovnens varmelagringskapasitet blir da veldig interessante. Bruk av varmelagrende materialer som kleberstein, faseovergangsmaterialer (lær mer om de i dette blogginnlegget) og evt. vann som lagringsmedium (vannkappe) er aktuelt. Ovnene kan selvfølgelig også gjøres mindre, men med praktiske-, estetiske- og hyggebegrensninger. Uansett hva du gjør, så skal utslippene ikke øke, aller helst avta.

Automatisk styring av forbrenningsprosessen ved å kontrollere lufttilførselen til de ulike luftinntakene på ovnen gjennom forbrenningssyklusen gir økte muligheter for kontroll og for å redusere avhengigheten av operatøren, altså den som fyrer. Da slår man to fluer i en smekk, dvs. bedre forbrenningsbetingelser og redusert behov for operatøren å justere på luftspjeldet.

Alternativ 1 for å utvikle nye vedovner er 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 og uten automatisk styring. Denne utviklingen kan fort bli både tid- og kostnadskrevende, og resultatet kan bli langt fra optimalt.

Alternativ 2 er å kombinere erfaringsdata og eksperimentell aktivitet (Alternativ 1) med automatisk styring av forbrenningsprosessen. Ved å regulere lufttilførselen til luftinntakene gjennom forbrenningsforløpet basert på røykgasstemperatur og oksygen konsentrasjon inn i pipa gir dette mulighet for å redusere utslipp av uforbrente komponenter, både partikler og gasser,  inkludert klimagassen metan (CH₄₎.

Utfordringen er å lage en styringsalgoritme (basert på såkalt Proporsjonal Integrasjon Derivasjon regulering, PID) som er fleksibel og god nok til å håndtere et vidt spenn av ovnsdesign, operasjonsbetingelser, brensler og operatører. Litt elektrisitet må også til, men her finnes det løsninger som ikke krever en stikkontakt.

I to år forsket SINTEF sammen med flere vedovnsprodusenter på dette i innovasjonsprosjektet AEOLUS, og kom fram til et fungerende konsept. Dette konseptet videreutvikles nå og generaliseres i et nytt prosjekt, AEOLUS+, med støtte fra Norges Forskningsråd.

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

Alternativ 3, 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.

Ved å kombinere Alternativ 3 med både Alternativ 1 og 2 kan den ultimate vedovnen se dagens lys, basert på detaljert forståelse av forbrenningsprosessen, automatisk styring av denne ved automatisk regulering av lufttilførselen, og fastsettelse eller validering av essensielle styringsparametere basert på noen få eksperimentelle forsøk.

Dessverre er det nok fremdeles et snev av science fiction knyttet til Alternativ 3, 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.

Rentbrennende og effektive vedovner – Mye er på plass allerede

WoodCFD var 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 var faktisk et meget spennende 4 års prosjekt, hvor SINTEF Energi sammen med NTNU 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 resulterte i modeller og modelleringstilnærmelser som langt på vei vil gjøre det mulig å basere vedovnsutviklingen på Alternativ 3 – simuleringer, og oppnå optimal kontroll av forbrenningsprosessen ved legge til automatisk styring.

Simuleringsverktøy for forbrenning av vedkubbe er laget

Spesifikt jobbet WoodCFD prosjektet 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 ble 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 ble studert i detalj.

For å kunne utføre gode nok simuleringer gjennom en hel fyringssesong ble modeller 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 bidro 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, og 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 bygningsintegrasjonssimuleringer og forbrukerkunnskap for å sikre optimal integrasjon av vedovner i fremtidens energieffektive boliger. En optimal kontroll av forbrenningsprosessen kan oppnås ved legge til automatisk styring. Da vil vedovner kunne konkurrere med pelletskaminer hva utslipp og varmekomfort angår, uten at dette går utover Hyggeeffekten – som kun vedfyring kan gi. Det ultimate målet er utvikling av fremtidens bærekraftige vedovner gjennom optimalisering av ovnen og hele dens verdikjede, inkludert dens bygningsintegrasjon.

For ytterligere spørsmål om WoodCFD, kontakt prosjektleder Øyvind Skreiberg.

Gammel vedovn? Det kan bety store utslipp.

Har du en gammel (før 1998) vedovn, så er det mye å hente både med tanke på utslipp og energieffektivitet ved å bytte den ut. Nå skal det sies at noen antikvariske ovner og andre gamle ovner kan fungere relativt bra når de fyres ved optimale betingelser, men langt fra så bra som nye ovner, som har et mer avansert forbrenningsprinsipp basert på stegvis lufttilførsel og som også er designet for å fungere vesentlig bedre enn gamle ovner når du fyrer med redusert effekt (varmeproduksjon), ved å strupe igjen på lufttilførselen. Her er en enkel, men realistisk illustrasjon av utslippsnivået fra gamle og nye vedovner, sammenlignet med forventede utslipp fra fremtidens vedovner:

Klimagassutslippet fra vedovner, i all hovedsak metan, og effekten av mulige tiltak for å redusere dette har nylig blitt analysert av Klimakur 2030. Gamle vedovner byttes jamt og trutt ut med moderne ovner, og vil over tid redusere metanutslippet. Men det er stor forskjell mellom en gjennomsnittlig ny ovn og de beste nye ovnene. Klimakur 2030 fokuserte på to tiltak for å ytterligere redusere klimagassutslippet fra vedfyring: 1- Utskifting av gamle ovner til de beste ovnene istedenfor en gjennomsnittlig ny; 2- Forsert utskifting av gamle ovner (fra 2021) og i tillegg gjennomsnittlige nye ovner (fra 2026) til oppvarming med elektrisitet med antatt null klimagassutslipp. Men, siden de beste vedovnene har meget lave metanutslipp så gir en forsert utskiftning av de gamle og gjennomsnittlige nye ovnene til de beste nesten samme utslippsreduksjon som den foreslåtte overgangen til elektrisitet.

Fornybar oppvarming og kjøling: Nye anbefalinger om forsknings- og innovasjonsprioriteringer

Norge importerer også ikke-fornybar (fossil-basert) elektrisitet, hovedsakelig i fyringssesongen, som delvis brukes til oppvarming. Når man vet dette, blir det åpenbart at moderne vedfyring ikke trenger å medføre økte klimagassutslipp sammenlignet med bruk av elektrisitet fra nettet, spesielt ved bruk av panelovner. Figuren nedenfor viser Klimakur 2030 framskrivningene, samt en kurve som viser resultatet med valg av de beste vedovnene istedenfor antatt fornybar elektrisitet. Når vedfyring i tillegg reduserer behovet for utbygging av overføringskapasitet i elektrisitetsnettet samt bidrar til energiforsyningssikkerhet, i tillegg til å skape mye hygge, så taler dette til fordel for vedfyring også i fremtiden.

Det blir da åpenbart at du selv kan gjøre mye, både for miljø og klima, ved å bytte ut din gamle vedovn, fortrinnsvis med de beste på markedet, og unngå fyring med lav effekt (struping av lufttilførselen). Deretter handler det om fremtidens muligheter; introduksjon av automatisering og nye ovnsdesign basert på detaljert forståelse og simulering av forbrenningsprosessen. Men, dette krever forskning, og utvikling.

Det ultimate målet er utvikling av fremtidens bærekraftige vedovner gjennom optimalisering av ovnen og hele dens verdikjede, inkludert dens bygningsintegrasjon.

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

Bloggen ble først publisert desember 2019 og oppdatert 24. mars 2021.