B3. Förbränning i praktiken

Underförbränning respektive omvänd förbränning är idag de dominerande eldningsprinciperna för vedpannor. Det går inte att entydigt säga vilken som är bäst och av detta dra slutsatsen av vilken panntyp som man skall välja. Överförbränning, den tidigare helt förhärskande tekniken, är idag i det närmaste helt övergiven.


Indelningsgrunder för värmepannor

En indelningsgrund är pannmaterialet och tillverkningsmetoden, varvid man skiljer mellan:

  • Smidda pannor (egentligen svetsade). Villapannor är nästan alltid svetsade.
  • Gjutna pannor (görs i sektioner).


Pannorna kan också indelas efter bränsle (ved, koks, olja med flera) Man brukar då skilja mellan:

  • Kombinationspannor, som har samma eldstadsutrymme för olika bränslen.
  • Dubbelpannor, som har separata eldstäder för de olika bränslena.

Man kan även dela in vedpannorna efter eldningsättet. Man skiljer då mellan:

  • Överförbränning
  • Underförbränning
  • Omvänd förbränning

Eller genom sättet för lufttillförsel:
  • Självdragspannor
  • Fläktstyrda pannor

Moderna och omoderna pannor

Flera krav måste uppfyllas för att en vedpanna ska kunna kallas modern:

  • Pannan ska ha tre skilda zoner för förgasning av veden (eld- stad), gasförbränning samt överföring av energin från rökga- serna till pannvattnet (konvektion).
  • Gasförbränningskammaren ska vara klädd med keramik eller annat material som tillåter temperaturer på cirka 1 000 °C.
  • Konvektionsdelen, där pannvattnet ska ta upp värmen, ska vara tillräckligt lång och effektiv så att rökgastemperaturen kan minska från 1 000 °C till 250 °C.
  • En modern panna ska självfallet vara miljögodkänd för vedeldning.


Omoderna pannor uppfyller inte dessa krav. Dessa pannor har överföring av värmen till pannvattnet direkt genom eldstadens väggar och rökgaserna går direkt ut från eldstadens övre del till skorstenen. Det saknas alltså gasförbränningskammare och ibland även separat konvektionsdel. Verkningsgraden blir låg, förbränningen ofullständig och miljöutsläppen höga.


Kombinationspanna har samma eldstadsutrymme för ved och olja.



Dubbelpanna har skilda eldstadsutrymmen.
Eldstaden
Själva eldstaden behöver inte nödvändigtvis skilja sig så mycket mellan en modern och en omodern panna. En eldstad bör rymma så pass mycket ved att det räcker med ett eller två ilägg för att värma upp den ackumulatorvolym som är kopplad till pannan.

Även i en modern vedpanna är eldstaden ofta vattenmantlad, omgiven av kylande vatten, men i de allra flesta fall är lågan inte riktad uppåt mot eldstadens väggar och därmed spelar vattenkylningen mindre roll. Syftet är inte att värmen ska tas upp av pannvattnet från eldstaden utan i konvektionsdelen där de heta gaserna passerar efter förbränningen.

I en omodern vattenmantlad eldstad blir gastemperaturen 500-700 °C. Det är inte tillräckligt hög temperatur för fullständig förbränning. Oförbrända, miljöskadliga och energirika gaser försvinner ut i skorstenen utan att kunna nyttiggöras. I en modern panna leds därför gaserna in i en keramikmantlad brännkammare där temperaturen är högre än 850 °C. Den luft som tillförs eldstaden och som deltar i gasbildningen benämns primärluft.

De gaser som bildas i eldstaden innehåller fortfarande större delen av vedens energi och de behöver hög temperatur för att förbrännas (se kapitel om Förbränning). I en vattenkyld eldstad kan man aldrig nå tillräckligt hög temperatur. Gaserna måste slussas vidare till en varmare plats där mer syre tillförs för att förbränningen ska bli fullständig.

En modern vedpanna har därför en efterförbränningskammare som är klädd med keramik och har tillförsel av luft. I keramikkammaren blir temperaturen upp mot 1 000 °C. Det innebär att en betydligt större del av vedens energi förbränns än om rökgaserna gått direkt från eldstaden ut i skorstenen. Den luft som tillförs keramikkammaren benämns sekundärluft.

Konvektion
Först när vedens energi har överförts till pannvattnet har pannan fyllt sin funktion. Överföringen från rökgaserna till pannvattnet sker genom konvektion. I en omodern panna sker konvektionen direkt i eldstaden.
I en modern panna finns kanaler med flänsar eller rör där gaserna passerar sedan de lämnat keramikkammaren. I början av konvektionskanalerna är temperaturen upp mot 1 000 °C. När rökgaserna lämnat ifrån sig värmen till pannvattnet och nått slutet av konvektionsdelen för att lämna pannan och passera ut i skorstenen bör temperaturen ha sjunkit till 175-250 °C.


Konvektion = värme överförs genom att gas eller vatten strömmar utefter kontaktytan.

Förbränningsprinciper

Överförbränning
Överförbränning innebär att man tar in luften under eldstaden, till exempel genom askluckan. Luften passerar upp genom eld-staden och rökgaserna tas ut i dess övre del. Därmed brinner hela vedvolymen samtidigt. Pannverkningsgraden blir sällan över 50 procent (se kapitel om Verkningsgrad). I de flesta fall ligger den betydligt lägre.
Enstaka överförbränningspannor kan under gynnsamma förhållanden komma upp till 65 procents pannverkningsgrad. Genom att hela brasan brinner på en gång blir det en intensiv förbränning och kraftig effektutveckling under första tiden efter upptändningen. Därefter avtar effektutvecklingen ganska snart, samtidigt som sot och tjärbildningen ökar. I de flesta äldre överförbränningspannor leds rökgaserna direkt via ett kort rör från eldstaden till skorstenen.

Nyare pannor har ofta någon form av konvektionsdel i pannans överdel, men av utrymmesskäl är den för det mesta ganska kort eftersom pannan annars blir alltför hög. Mycket värme lämnar därför pannan utan att ha tillgodogjorts av pannvattnet. De flesta överförbränningspannor saknar även keramikbrännkammare varför förbränningstemperaturen blir relativt låg medan rökgastemperaturen alltså blir relativt hög. Rökgaserna kan lätt stiga till, ur säkerhetssynpunkt, otillåtna temperaturer (över 350 °C), ända upp mot 600 °C i början av förbränningscykeln.

Bästa förbränningsresultatet med en överförbränningspanna får man om eldstaden fylls med ved till ungefär två tredjedelar av eldstadsvolymen. Då finns plats ovanför veden för en viss gasförbränning innan gaserna passerar ut ur eldstaden.


Överförbränning.




Utvecklad överförbränning.
Vidareutvecklad överförbränning
Överförbränning utvecklas och hög verkningsgrad har uppnåtts. I Sverige säljs en utvecklad överförbränningspanna.
I botten av den pannan ligger eldstaden och luften blåses in underifrån, precis som på överförbränningspannor med självdrag. Skillnaden är att lågan här passerar upp genom en konisk gasförbränningskammare med tillförsel av sekundärluft genom små hål. Här stiger temperaturen till över 1 000 °C.
På nästa våning, ovanför förbränningskonen, står ett antal vertikala rökgaskanaler omgivna av pannvattnet. Här sker konvektionen och här kyls gaserna till 250 °C samtidigt som pannvattnet tar upp energin. För att inte få en ohanterligt hög effektutveckling när all ved brinner samtidigt får eldstadsvolymen inte vara för stor; den är i detta fall cirka 60 liter. Det behövs en relativt stark fläkt för att blåsa in luften i pannan. Det är också svårt att åstadkomma en bra reglering av panneffekten.

Underförbränning
Vid underförbränningen tar man fortfarande, liksom vid överförbränning, in luften under eldstaden. Skillnaden är att luftströmmen inte passerar genom hela vedvolymen utan rökgaserna tas ut i nedre delen av eldstaden. Det betyder att bara nedre delen av veden brinner medan resten av vedhögen sjunker neråt och börjar brinna efterhand.
De flesta underförbränningspannor har modern konstruktion med keramisk gasförbränningskammare mellan eldstaden och konvektionsdelen. Vanligtvis ligger keramikkammaren bakom eldstaden och pannan får en långsträckt form. Pannverkningsgraden hos moderna underförbränningspannor har uppmätts till omkring 70-75 procent, alltså klart över verkningsgraden för en överförbränningspanna med självdrag.

I en underförbränningspanna är det särskilt viktigt att veden inte hänger sig på sin väg ner mot botten av eldstaden. Eftersom luften bara strömmar genom nedre delen av eldstaden måste veden vara väl travad så att det hela tiden ligger jämnt med ved i förbränningszonen. Rätt vedlängd och noggrann påfyllning är alltså ett krav för att underförbränningspannan skall fungera bra.



Underförbränning.
Omvänd förbränning
Vid omvänd förbränning tillförs primärluften ovanför rostret i eldstaden. Gasströmmen passerar neråt och keramikkammaren sitter under eldstaden. Liksom vid underförbränning är det huvudsakligen nedre delen av vedvolymen som brinner medan resten av veden så småningom vandrar ner mot eldstadens botten.

Vid sidan av den ovan nämnda fläktstyrda överförbränningspannan ger pannor med omvänd förbränning de högsta uppmätta verkningsgraderna, mellan 70 och 80 procent. Pannkonstruktionen tillåter lång konvenktionsdel utan att pannan behöver bli alltför stor. Rökgaserna kan ledas längs hela botten av pannan och sedan upp längs baksidan innan de passerar ut i skorstenen. Eldningsprincipen kan vara svår att hantera och kräver rejält drag i pannan eftersom man måste tvinga rökgaserna neråt genom rostret.

Fläktstyrning ger möjlighet till en mer stabil förbränning än vad självdrag gör. Oftast tillsätts sekundärluften i rostret. När gaserna trycks från eldstaden ner genom keramikkammaren och förbränns uppstår i gynnsamma fall en svagt blåfärgad eldkvast. Röken som kommer därifrån är då helt sotfri och innehåller i övrigt ganska små föroreningar.

Verkningsgraden påverkas inte nämnvärt genom att man använder fläkt istället för självdrag, men genom fläkten hålls förbränningen på en hög och stabil nivå under en längre tid av eldningscykeln. Nackdelen är förstås att pannan är elberoende. Men elberoende finns redan i cirkulationspumpen och i reglersystemet till ackumulatortankarna.



Omvänd förbränning med särskild gasbrännkammare.

Bränsletillförsel

Vid bränsletillförsel skiljer man på två olika typer: Satsvis (manuell) bränsletillförsel används vid småskalig eldning av helved. Anledningen till detta är att ingen inmatningsutrustningen behövs, samt att bränslet endast behöver kapas och klyvas. En nackdel med satsvis tillförsel av bränsle är att det medför svårigheter att kontrollera och upprätthålla goda förbränningsbetingelser då förbränningsförloppet är uppdelat i olika faser.

Kontinuerlig bränsletillförsel är gynnsam ur förbränningsteknisk synpunkt, men den ställer samtidigt krav på bränslets styckestorlek. Träbränsle måste flisas, briketteras eller pelleteras innan det kan matas in i pannorna. Detta fördyrar bränslet.

Se även avsnitt B 7 respektive B 8 !

Referenslitteratur
Att värma med ved. Konsumentverket, 1993.
Vedboken Modern vedeldning i villa. L. Krögerström, 1994.
Vedeldning Teoretiska grunder och praktiska råd. Egruppen, Teknikinformation, 1987.
Värme till husbehov. Lennermo-Löfving, Bokskogen, 1988.

Innehållsförteckning


Novator
Torsgatan 12, 111 23 STHLM
Telefon: 08-441 70 90
Telefax: 08-441 70 89
Internet: www.novator.se
E-post: info@novator.se