Kirjoittaja: tutkija Jyrki Kouki, TTS tutkimus

TUTKIMUSRAPORTTI 13.03.2009 Mittauksia hormittomalla takalla ( Type: HW Biotakka, tuotekehitysversio) Tilaaja: OY H & C Westerlund AB Kirjoittaja: tutkija Jyrki Kouki, TTS tutkimus

2 SISÄLLYSLUETTELO sivu 1. Laitteen toiminnan kuvaus 3 2. Koejärjestelyt 4 3. Tulokset 4 4. Tulosten tarkastelu 8 HW Biotakka 2

3 1. Laitteen toiminnan kuvaus HW Biotakka koostuu polttoastiasta, jonka tilavuus on noin 0,9 litraa. Astian päällä on suorakaiteenmuotoinen, astian kokoinen levy, jolla säädetään liekin voimakkuutta. Säätölevyssä on suorakaiteen muotoinen aukko, jolloin levyn ollessa täysin astian päällä muodostuu astiaan noin 31 cm 2 :n aukko (kuva2). Tällöin polttolaitteesta saadaan pienin teho. Laitteessa on mukana levy, jolla aukko voidaan sulkea kokonaan, tällöin tuli sammuu (kuva3). Vedettäessä suorakaiteen muotoinen levy pois kokonaan astian päältä avautuu noin 124 cm 2 :n kokoinen aukko, jolloin laitteesta saadaan suurin teho (kuva4). Peltiä voidaan säätää portaattomasti astian päällä, jolloin tehoa voidaan säätää pienimmän ja suurimman välillä portaattomasti. Polttonesteenä käytetään Sinol 100 tai Marinol 100 polttonestettä tai vastaavia. Polttoastia on sijoitettu maalatusta pellistä tehtyyn kehikkoon, jonka etusivu on auki (kuva5). Takka kiinnitetään palamattomasta materiaalista tehtyyn seinään neljällä 55 mm pitkällä kannattimella. Takan ja seinän väliin jää siten 55 mm:n ilmatila. Kuva 2. Pienimmän tehon asento Kuva 3. Sammutuslevy päällä. Kuva 4. Suurimman tehon asento. Kuva 5. Takka toiminnassa suurimmalla teholla. HW Biotakka 3

4 2. Koejärjestelyt HW Biotakalla tehtiin polttokokeita TTS tutkimuksen lämpökoeasemalla Nurmijärven Rajamäellä. Kokeiden tarkoitus oli selvittää takan pintalämpötiloja, palamistehoa ja paloaikaa. Polttoaineina käytettiin Sinol 100 ja Marinol 100 polttonestettä sekä Sinol 100 polttogeeliä. Nämä polttonesteet ovat etanolipohjaisia ja vahvasti denaturoituja. Esimerkiksi Sinol 100 polttonesteen tiheys on 0,8 kg/l ja lämpöarvo on noin 25 MJ/kg eli 7 kwh/kg. Vastaavasti litroiksi muutettuna noin 20 MJ/l eli 6 kwh/l. Lämpöarvot ovat noin arvoja koska polttonesteiden vesipitoisuus voi vaihdella. Takka asetettiin vaa`an päälle, jotta saatiin selville polttoaineteho ajan funktiona kokeen aikana. Takan vaippaan kytkettiin K -tyypin termoelementtejä pintalämpötilan mittaamiseksi. Data kerättiin Hewlett Packard 34970A dataloggerilla. Pintalämpötilaa mitattiin myös Fluke 54 II lämpömittarilla, joka oli varustettu 80PK-3A pintalämpötila-anturilla. Lisäksi pintalämpötiloja mitattiin Fluke 61 infrapunalämpömittarilla. HW Biotakka kiinnitettiin palamattomasta materiaalista tehtyyn seinälevyyn siten, että takan ja seinän väliin jäi 55 mm:n ilmaväli. Takka nostettiin 300 mm:n korkeuteen lattiasta. 3. Tulokset Taulukossa 1 on esitetty säätölevyn vaikutus polttoaineen kulutukseen ja sitä kautta lämmitystehoon. Kun polttonesteen lämpöarvona käytetään 7 kwh/kg saadaan takan polttoainetehoksi 1 5 kw säädöistä riippuen. Taulukko 1. Säätölevyn vaikutus polttoaineen kulutukseen. Polttoaineena käytettiin Sinol 100 polttonestettä. Suorakaiteen muotoisen aukollisen säätölevyn asento Polttoaineteho, kg/h Täysin auki (suurin teho) 0,70 Puolivälissä 0,32 Kiinni (pienin teho) 0,17 HW Biotakka 4

5 Kuvassa 6 on esitetty polttonesteen kulutus ajan mukaan. Kuvasta nähdään, että polttoaineen kulutus on melko tasaista alusta loppuun. Sinol 100 polttonesteen kulutus suurimmalla teholla = 0,7 kg/h 0,70 0,60 0,50 Massa, kg 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2 2 2 2 31 3 3 3 3 41 4 4 4 4 51 Aika, minuuttia Kuva 6. HW Biotakan polttonesteen kulutus suurimmalla teholla. Polttonesteen kulutus on melko tasaista ajan funktiona, jolloin lämmitystehossakaan ei ole suuria vaihteluita. Kuvassa 7 on esitetty pintalämpötilan mittauskohdat takan takaseinässä liekin kohdalta eli kuumimmasta kohtaa. Mittausanturit hitsattiin takan takalevyn seinän puoleiselle pinnalle. Kuva 7. Pintalämpötilan mittauskohdat takan takaseinässä liekin kohdalta eli kuumimmasta kohtaa. HW Biotakka 5

6 Sinol 100 polttonesteen kulutus suurimmalla teholla = 0,7 kg/h 250 Lämpötila, C 200 150 100 50 Pinta Takalevy 1 Takalevy 2 Takalevy 3 Takalevy 4 Takalevy 5 Seinän kiinnityskannake Takaseinä Ilmaraon ilma Polttoastian pohja 0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 Aika, minuuttia Kuva 8. HW Biotakan pintalämpötiloja, kun laitetta käytettiin suurimmalla teholla. Sinol 100 polttonesteen kulutus puoliteholla = 0,32 kg/h 250 200 150 100 50 0 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 134 Lämpötila, C Pinta Takalevy 1 Takalevy 2 Takalevy 3 Takalevy 4 Takalevy 5 Seinän kiinnityskannake Takaseinä Ilmaraon ilma Polttoastian pohja Aika, minuuttia Kuva 9. HW Biotakan pintalämpötiloja, kun laitetta käytettiin puoliteholla. HW Biotakka 6

7 Sinol 100 polttonesteen kulutus pienimmällä teholla = 0,17 kg/h 250 Lämpötila, C 200 150 100 50 Pinta Takalevy 1 Takalevy 2 Takalevy 3 Takalevy 4 Takalevy 5 Seinän kiinnityskannake Takaseinä Ilmaraon ilma Polttoastian pohja 0 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 Aika, minuuttia Kuva 10. HW Biotakan pintalämpötiloja, kun laitetta käytettiin pienimmillä teholla. Kuvassa 11 on esitetty HW Biotakan pintalämpötiloja kun polttonesteen kulutus on suurimmillaan. Luvut ovat usean mittauksen keskiarvoja ja ne on pyöristetty lähimpään täyteen kymmenlukuun. Mittaushuoneen lämpötila oli 22 ºC. Kuva 11. HW Biotakan pintalämpötiloja kun polttonesteen kulutus on suurimmillaan. HW Biotakka 7

8 Hormittomiin takkoihin käy laitteen valmistajan mukaan ainoastaan tietyt alkoholipitoiset polttonesteet ja polttogeelit. Kokeisiin hankittiin Sinol 100 polttonestettä ja Marinol 100 polttonestettä sekä Sinol 100 polttogeeliä. Kokeiden perusteella eri polttoaineiden välillä ei ollut merkittäviä eroja polttoajoissa tai laitteen pintalämpötiloissa. Sinol 100 polttogeelillä esiintyi kuitenkin polton loputtua hankalaa palamisjäännöstä polttoastian pohjalla (kuva 12). Palamisjäännös tai tuhka lähti kuitenkin irti sopivalla raudalla. Kuva 12. HW Biotakan polttoastia Sinol 100 polttogeelin jäljiltä. 4. Tulosten tarkastelu HW Biotakka säätyi kokeissa kulutetun polttoaineen perusteella 1 5 kw:n polttoaineteholle. Polttoastian tilavuus oli 0,9 litraa mutta laitteen turvallinen käyttö edellyttää, ettei astiaa täytetä aivan täyteen. Näin vältytään polttoaineen vuotamiselta yli astian reunojen. Sopiva määrä kokeissa oli noin 650 g eli 0,8 litraa. Tällä polttoainemäärällä takassa palaa pienimmällä teholla liekki lähes neljä tuntia ja suurimmalla teholla noin 50 minuuttia. HW Biotakassa kokeiltiin Sinol 100 polttonesteen lisäksi myös Marinol 100 polttonestettä ja Sinol 100 polttogeeliä. Palamisessa ja takan pintalämpötiloissa ei ollut merkittäviä eroja eri polttoaineiden välillä. Polttogeeli jätti polttoastiaan tuhkaa, minkä irrottaminen oli hieman hankalaa. Polttonesteillä astia pysyi puhtaana. Biotakan mukana tuli sammutuspelti, jolla liekki voidaan sammuttaa. Tehdyissä kokeissa liekki sammui hyvin peltiä käytettäessä. HW Biotakan pintalämpötilat takan takaseinässä nousivat 200 ºC:een suurimmalla teholla. Polttoastian läheisyydessä lämpötilat olivat tätäkin korkeampia. Suomen rakentamismääräyskokoelma E8 määrittää pintalämpötilan perusteella pinnan polttavapintaiseksi, mikäli sen lämpötila on 140-350 ºC. Suojaetäisyydet palavaaineisiin rakennusosiin on tällöin vaakasuunnassa 500 mm ja ylöspäin 600 mm. Tämän perusteella HW Biotakka tulisi kiinnittää palamattomasta materiasta tehtyyn seinään. Takan vähimmäiskorkeus lattiasta olisi 50 mm. Koska takassa ei ole suuluukkuja ja liekki on avonainen, sopiva vähimmäisetäisyys takan takaseinästä takan edessä olevaan palava-aineiseen rakennusosaan olisi 1500 mm. HW Biotakka 8

9 Paloturvallisuuden kannalta olisi suotavaa jos takan pohja on esimerkiksi 10 mm:n korkeudelle pohjasta mitattuna tiivis. Mikäli polttoainetta kaatuisi vahingossa takan pohjalle, niin se ei valuisi sieltä huonetilaan. HW Biotakka 9