Småskalig förbränning av ved är och kommer förmodligen fortsätta att vara en viktig del av världens energimix. I vår del av världen, där vi har kallt samt tillgång till skog, har ved länge haft en given plats för uppvärmning. I andra delar av världen med dålig tillgång till el och gas är ved en förutsättning för matlagning. 

I eventuella framtida situationer med allvarliga samhällsstörningar kommer ved vara en av få energikällor som fortfarande finns att tillgå. Ved är förnybart, går att förbrännas med låga utsläpp och det finns dessutom outforskade möjligheter att producera el småskaligt från värme. Detta gör mig intresserad av att lära mig mer om ved!

Detta är den första av två artiklar om ved. Den andra finns här: Ska vi göra el av ved, hemma?

Jag vill veta hur stor energipotential vedförbränning har, hållbarhetsaspekter kring vedförbränning, vad som egentligen händer i förbränningen och hur man får så effektiv och fullständig förbränning som möjligt. Mitt bästa sätt att lära mig nya saker är som vanligt att först skriva en artikel om det, och sen få påpekat av er om allt jag fattat fel och missat! :)

Det här är nog den längsta artikel jag skrivit på Ecoprofile så jag har delat in den i ett antal avsnitt för överskådlighet:

• Historik

• Vedenergi

• Energimängd

• Småskalig vedförbränning ur ett miljösystemperspektiv

• Förbränningsprocessen

• Förbränningsteknologi

Jag vill rikta ett stort tack till Lennart Ljungblom på Novator, som låtit mig använda illustrationer och text från “Vedpärmen”, en mer eller mindre heltäckande sammanställning om vedeldning producerad på 90-talet för Nutek (nuvarande Vinnova). En stor del av innehållet i denna artikel är hämtat från Vedpärmen.

Historik

I slutet på 1970-talet och i början av 1980-talet var sannolikt svensk och finsk vedpanneteknik i världstoppen när det gäller både verkningsgrad och miljö. Men efter kärnkraftsomröstningen, där man med en överväldigande majoritet beslutade att bygga sex nya kärnkraftsaggregat (för att i framtiden avveckla alla 12 reaktorerna) kom utvecklingen av sig. Innebörden av detta beslut blev ett elproduktionsöverskott som kunde användas till villauppvärmning. Det gjorde att marknaden för vedpannor i stort försvann. 1986 installerades bara omkring 1600 vedpannor fördelade på ett 50-tal olika fabrikat. Det är självklart att nästan all produktutveckling och forskning upphörde mot den marknadsbakgrunden. Men förhållandena i Sverige var skapade av kärnkraftens elöverskott. Ute i Europa fortsatte energipriserna att stiga. Småskalig bioenergi ökade sin konkurrenskraft och forskningen mot allt bättre teknik intensifierades. Framförallt tyska, danska och italienska panntillverkare satsade stora pengar på att få fram effektivare villapannor för vedeldning.

Vedens energi

Vedens energi består i grunden av kemiska bindningar. Fotosyntesen har satt ihop de enkla molekylerna i vatten och koldioxid till stora molekyler av bland annat cellulosa. Solenergin, som är fotosyntesens drivkraft, omvandlas till kemisk energi i bindningarna mellan atomerna i de stora molekylerna. Ved är alltså inget annat än omvandlad och kemiskt lagrad solenergi. Vatten och koldioxid består tillsammans av tre grundämnen: kol, syre och väte. När veden förbränns fullständigt omvandlas all den kemiska energi som byggdes upp vid fotosyntesen till värme. De stora molekylerna har åter brutits ned till de ursprungliga molekylerna koldioxid och vatten.

Veden är uppbyggd av cellulosa och lignin. Dessa är komplicerade molekyler i som huvudsak består av kol i långa kedjor med syre och väte. Vid förbränningen bryts dessa stegvis ner via mellanprodukter som lätta kolväten, kolmonoxid och vätgas till slutprodukterna koldioxid och vatten. Om inte förbränningen är fullständig uppstår utsläpp av kolmonoxid och oförbrända kolväten i form av till exempel tjära eller flyktiga organiska ämnen, VOC. Förbränningen innebär att man låter syret i luften reagera med bränslets väte och kol och bilda koldioxid och vatten. Ett stort antal delreaktioner sker men de väsentligaste övergripande reaktionerna är: 

2C + O2  → CO (under värmeutveckling) 

2CO + O2 → 2CO2 (under värmeutveckling) 

2H2 + O2 → 2H2O (under värmeutveckling) 

Energimängd

Björkved

Björkved med 20 % fukthalt, alltså vad som betraktas som torr ved, innehåller ca. 2500 kWh per kubikmeter fast ved (tall 2300 kWh, gran 2000 kWh). 

Dagens modernaste vedpannor, som värmer vatten för uppvärmning och varmvatten i ackumulatortank, har en verkningsgrad på ca. 80 %. Detta innebär att det teoretiskt går att få ut ca. 2000 kWh värmeenergi per kubikmeter fast björkved.

Hur mycket energi kan man få ut från en enda vedklabbe? Det finns ingen definition på hur stor/tung en sådan är, men låt oss jämföra med en mjölkpakets storlek, alltså en liter, eller en tusendels kubikmeter. Från en vedklabbe kan man i så fall få ut 2 kWh värmeenergi.

Vedpannan Fröling S4 Turbo (minsta storleken) har ett vedmagasin på 145 liter. När ved staplas så blir det luft mellan, så i praktiken kan man få plats med 0,58*145=84 liter fast ved, vilket motsvarar 84*2=168 kWh. Under vintern förbrukar en normalvilla ca. 80 kWh värmeenergi per dag. Med denna vedpanna ska det alltså räcka att elda varannan dag de kallaste vinterdagarna, förutsatt att man har en tillräckligt stor och bra ackumulatortank som kan ta emot och lagra all energi.

Småskalig vedförbränning ur ett miljösystemperspektiv

Kalhygge, den vedertagna metoden för skogsavverkning i Sverige

Resurser

Det finns cirka 2 miljoner villor i Sverige. Om samtliga villor i Sverige skulle värmas med ved och de förbrukar 20 000 kWh för värme och varmvatten per år, skulle 2 000 000*20 000=40 miljarder kWh=40 TWh vedenergi krävas. Detta motsvarar ca. 20 miljoner kubikmeter granved. Varje år avverkas 90 miljoner kubikmeter ved i Sverige, varav i dagsläget 7 miljoner kubikmeter ved är brännved. 20 miljoner kubikmeter vore en betydande andel av det totala uttaget. Jämförelsevis är uttaget till massaved är 30 miljoner kubik per år. Det är rimligt att anta att ett visst ökat brännvedsuttag är möjligt tack vare minskad efterfrågan på massaved, eller om miljöskatter på ved införs. Det är å andra sidan inte sannolikt med en stor ökning av brännvedsanvändningen, då olika former av värmepumpar blivit etablerat som den dominerande uppvärmningsformen.

Biologisk mångfald

Minskad biologisk mångfald ses som ett av världens största och mest akuta miljöutmaningar, fullt i nivå med klimatkrisen, då det kan leda till olika former av ekosystemkollapser som i sin tur ger effekter på, bland annat, livsmedelsproduktionen. I Sverige är endast 5 % av skogen starkt skyddad och resten är mer eller mindre tillgänglig för och utsatt för skogsbruk, med negativa konsekvenser för biologisk mångfald. I en naturligt växande skog finns det träd av olika slag, olika ålder samt träd som dör och bryts ner som ger livsförutsättningar för många olika arter. I en modernt brukad skog med maximal avkastning till minsta kostnad som främsta mål är träden av samma art, samma ålder och det finns nästan ingen död ved alls. Sverige rankas mycket lågt i världen när det handlar om att skydda skog, där till och med länder som vi brukar tycka behandlar sin skog dåligt, t.ex. Brasilien och Malaysia, lyckas skydda betydligt större andel av sina skogar. Ur detta perspektiv känns det inte vettigt att ytterligare ÖKA avverkningen av ved från den svenska skogen.

Förhållningssättet för att kunna hävda att vedeldning och biologisk mångfald går ihop, blir att ta ved från skog som brukas på ett mer ansvarsfullt sätt än via kalhyggesteknik, t.ex. med Lübeckmodellen, och definitivt inte genom att använda ved från nyckelbiotoper. Skog som brukas binder i regel mer kol då den totala vedmassan blir större. Så med ett varsamt brukande av skogen kan det bli möjligt att både binda mer kol än om den stått helt orörd, fortfarande bevara den biologiska mångfalden till stor utsträckning och få ut ved till värme, varmvatten och hushållsel. 

Det blir utifrån denna bakgrund också mycket relevant att effektivisera värme- och varmvattenförbrukningen samt att ha så hög verkningsgrad som möjligt i vedeldningen. Det är till exempel idag möjligt att klara sig på 10 000 kWh värme och varmvatten med senaste husbyggnads- och vattenanvändningsteknik, och de modernaste vedpannorna har en verkningsgrad på över 80 %. Om alla villor hade denna förbrukning skulle det räcka med 10 miljoner kubikmeter ved per år för att värma samtliga villor i Sverige, istället för 20.

Utsläpp till luft

Vid fullständig förbränning bildas bara koldioxid, vatten och aska. Vid ofullständig förbränning bildas ett stort antal kemiska föreningar. Från 1 januari 2020 gäller att fastbränslepannor i Europa ska uppfylla Ecodesigndirektivet 2005/1189 som sätter en maxgräns för hur stora utsläppen av dessa kemiska föreningar får vara.

Koloxid (CO)

Vid ofullständig förbränning bildas giftig koloxid/kolmonoxid (CO).Vid fullständig förbränning omvandlas all koloxid till koldioxid. Detta sker bland annat genom att man har tillräckligt med syre. Utsläppet av koloxid kan alltså ses som ett mått på förbränningens effektivitet. Krav enligt Ecodesigndirektivet: ≤ 700 mg/m3

Flyktiga organiska ämnen (VOC)

VOC är ett samlingsbegrepp för en stor grupp organiska ämnen som till exempel metan, etanol och bensen. Vissa är relativt harmlösa eller nyttiga för miljön och människors hälsa, men fler är skadliga eller mycket skadliga. De värsta ger människor cancer och skador i centrala nervsystemet. Kolväten som släpps ut i luften kan reagera under solljusets inverkan med kväveoxider, varvid ozon och andra så kallade fotokemiska oxidanter bildas vid marken. Dessa kan ge människor cancer och luftvägsproblem. Eten är ett enkelt uppbyggd men kemiskt reaktivt. Eten som släpps ut i luften reagerar med kväveoxider och bildar ozon och andra oxidanter som angriper, skog och växande grödor. Krav enligt Ecodesigndirektivet: ≤ 30 mg/m3

Tjära (PAH)

Den allmänna benämningen för tyngre kolväten. Farligast för människor är de polyaromatiska kolvätena (PAH), som bildas vid syrefattig förbränning av organiskt material. Flera av dessa ämnen är starkt cancerframkallande. Tjärprodukter och polyaromater bildas även till exempel vid cigarettrökning och grillning. Det finns inget gränsvärde för tjära/PAH i Ecodesigndirektivet.

Partiklar (PM)

Partiklar är bärare av olika kemiska föreningar. Partiklar kan förflyttas långa vägar och om partiklarna är tillräckligt små kan de komma långt ner i lungorna och där ställa till skada. Skador som kan vara betydligt allvarligare genom de föroreningar som kan ha befunnits på partikelns yta. Krav enligt Ecodesigndirektivet: ≤  60 mg/m3

Kväveoxider (NOx)

En grupp riskabla ämnen för både människors hälsa och miljön. De ger astmatiker akuta problem och misstänks ge cancer. Kväveoxider som släpps ut i luften försurar och övergöder naturen, samt bildar tillsammans med kolväten under solljusets inverkan ozon och andra oxidanter som skadar människor, skog och grödor. Utsläppet av kväveoxider ökar med förbränningstemperaturen. Krav enligt Ecodesigndirektivet: ≤200 mg/m3

Mäta emissioner

Mätutrustning för att mäta emissioner är relativt dyr och ingår därför normalt inte ens i relativt påkostade vedpannor, utan man får lita på att pannorna är testade och uppfyller minimikraven.

Om man ändå vill mäta själv så är ett exempel på mätutrustning Testo 320 som kan mäta temperatur, O2, CO2 och CO. Pris. ca. 14 000 kr. Testo 330 kan mäta samma som Testo 320, men även NOx. Pris okänt.

VFM200 mäter VOC och kostar ca. 3000 kr. 

BQ20 mäter partiklar och kostar ca. 4000 kr.

Mätutrustning för PAH verkar inte finnas tillgängligt på marknaden.

Uttag av mineraler och metaller

Vid uttag av skogsbränsle sker en bortförsel av mineraler. Detta gäller speciellt när man tar ut hela trädet. I askan från vedförbränning finns näringsämnen som kalcium, magnesium, kalium och fosfor. Det som blir aska är det som inte är organiskt material och inte kan brinna upp vid förbränningen. Askan innehåller även kolföreningar som inte förbränts vid ofullständig förbränning. Askan innehåller även metaller som koppar, zink, molybden och bor, vilka är nödvändiga för växtligheten i små doser men kan verka som gift vid överdosering. En del tungmetaller, som kadmium och bly, är direkt giftiga även vid låga doser. Kvävet som ingår i veden återförs inte med askan utan sprids med rökgaserna

Eftersom askan inte innehåller några naturfrämmande ämnen bör den återföras till naturen. för att sluta kretsloppet. Aska från förbränning av skogsbränslen bör återföras till skogsmarken för att skapa ett kretslopp av näringsämnen och motverka att marken utarmas. 

Klimatpåverkan

Koldioxid är en gas som inte är giftig, människor och djur andas ut den och växter behöver den. Ökning av koldioxid i atmosfären förstärker dock växthuseffekten, vilket leder till att jordens klimat förändras. Eftersom träd som växer binder koldioxid ger vedeldningen, till skillnad från fossila bränslen, dock inget nettotillskott till atmosfären så länge som träd kan fortsätta att växa på avverkningsplatsen.

Förbränningsprocessen

Förbränningsförloppet består av ett antal delprocesser. Generellt kan förloppet beskrivas med följande fyra faser; 

1) Veden torkas, värme åtgår (startfas). 

2) Veden sönderdelas, gaser bildas (pyrolys). 

3) Huvuddelen av gaserna förbränns, värme avges (gasförbränningsfasen). 

4) Återstoden av träkolet förbränns, värme avges (slutfas). 

Det är alltså inte vedträt i sig självt som brinner utan främst brännbara gaser som bildas vid pyrolysen. 

Hur fullständig förbränningen blir påverkas av ett antal faktorer: 

• bränslets fukthalt

• bränsletillförseln

• förbränningstemperaturen 

• uppehållstiden 

• luft/bränsleförhållandet 

• hur effektiv blandningen av bränsle och luft är 

Bränslets fukthalt

Fuktigt bränsle ger normalt sämre förbränning och därmed ökade emissioner, med undantag för NOx. Detta gäller såväl hel ved som förädlade bränsleformer. En jämförande undersökning av eldning med torr (19 procent fukthalt) respektive fuktig ved (41 procent) i kamin gav följande resultat: 

• CO-halten ökade med en faktor 3

• tjärhalten ökade med en faktor 5–10

• VOC ökade med en faktor 10

• PAH ökade med en faktor 30

Bränsletillförsel

Vid bränsletillförsel skiljer man på två olika typer, satsvis och kontinuerlig. De har båda sina för- och nackdelar.

Satsvis (manuell) bränsletillförsel används vid småskalig eldning av helved. Fördelarna är att ingen inmatningsutrustning 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 och kan gör det svårare att få tag på i en situation med allvarliga samhällsstörningar.

Generellt kan sägas att eldning med satsvis bränsletillförsel ger högre emissioner än eldning med kontinuerlig bränsletillförsel. Orsaken till detta är att förbränningsprocessen får fortgå kontinuerligt utan tillförsel av kall fuktig ved, genombränningar etcetera när pellets eller flis matas kontinuerligt jämfört med satsvis tillförsel av ved. 

Vid satsvis eldning i en vedpanna uppstår en stor del av utsläppen i början av eldningscykeln då veden är kall och fuktig. Då en ordentlig glödbädd bildats sjunker utsläppen och förbränningen blir mer fullständig eftersom bränslet torkas och förgasas kontinuerligt allteftersom det sjunker ner mot rosten. Förbränningen liknar då vad som sker vid kontinuerlig matning. I slutet av cykeln bildas kanaler genom glödbädden, temperaturen sjunker och utsläppen av CO ökar åter. Utsläppen av tjära och annat oförbränt är emellertid låga eftersom endast koks återstår av bränslet. Vid vedpåfyllning, hängningar och andra störningar uppstår toppar av oförbrända kolväten. 

Förbränningstemperatur

Primärluft tas in tidigt i pannan för att torka och förgasa veden och för att underhålla förbränningen. Förgasning eller pyrolys av bränslet börjar så tidigt som vid 100 °C då olika kolväten frigörs. Hela 60–80 viktprocent av veden avges i form av flyktiga beståndsdelar redan vid 350°C. Sekundärluft behövs sedan för att slutförbränna vedgasen. Vedgasen består av ett stort antal olika gaser, var och en med sin antändningstemperatur. För CO är den hela 850 °C. Då gas förbränns ovanför bädden avges värme som värmer upp bränslet ytterligare och mer gas bildas, tills endast träkol finns kvar. En god förbränning erhålles inom temperaturintervallet 850–1100 °C. Den nedre gränsen krävs för fullständig förbränning och den övre markerar askans smältpunkt (vilken kan variera något). Vid högre temperatur ökar också bildningen av kväveoxider, NOx och materialproblem uppstår i pannan. Om temperaturen å andra sidan är för låg blir förbränningen ofullständig. 

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. 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.

Uppehållstid

Många pannor är undermåligt utformade för gasförbränning. Det saknas helt enkelt utrymme för att okylt förbränna gaserna. Detta ger förbränningsmässiga svårigheter. Gaserna far alltför snabbt genom eldstaden och då uppstår problem med ofullständig förbränning. Emission av olika pyrolysprodukter förstärks många gånger av eldarens okunskap att hantera utrustningen. Ett annat sätt att uttrycka problemet är att gaserna inte håller rätt temperatur under tillräckligt lång tid. Varje delprocess kräver nämligen en viss minsta tid för att reaktionen skall bli fullständig. Här talar man om uppehållstid för ett visst ämne. Med detta begrepp menas den tid som till exempel gasen – eller veden – håller rätt betingelser för att kunna reagera. 

Ungefär 20 procent av veden blir kvar i glödbädden och förbränns där i den så kallade koksförbränningen. Syret vandrar i kolpartiklarna och reagerar där till koldioxid och koloxid som sedan vandrar ut ur partikeln. Detta jämfört med pyrolysen där ämnen avges från bränslet och reagerar med syret utanför bränslepartikeln. 

Luft/bränsleförhållande

Lufttillförseln måste vara så stor att tillfört syre räcker för att omvandla bränslet till koldioxid och vatten (jämte aska och andra ämnen). Den minsta mängden luft som krävs för fullständig förbränning av 1 kg lufttorr ved är i runda tal 3,5 normalkubikmeter eller 4,5 kg luft. För att kunna förbränna ved med teoretiskt minsta möjliga luftmängd fordras en utomordentligt god inblandning av luften i bränslet. Detta är näst intill omöjligt att åstadkomma. Vid förbränning måste man därför i praktiken alltid sätta till luft i överskott. Hur stort luftöverskott som behövs beror på pannans konstruktion. Äldre pannor kan kräva mer än hundra procent luftöverskott, medan moderna klarar sig med 50 procent. Ur verkningsgradssynpunkt skall luftöverskottet hållas så lågt som möjligt. Ju mer uppvärmd luft som går upp genom skorstenen desto mer energi går förlorad. 

Blandning av bränsle och luft

Förbränningsluften ska komma i god kontakt med bränslet och vedgasen. Detta sker på flera sätt: 

• Bränslets styckestorlek avpassas till pann- och rosttypen

• Fyrens tjocklek avpassas till bränslets styckestorlek

• Förbränningsluften tillsätts på flera ställen i pannan

• Eldstaden utformas så att turbulensen underlättas

• Bafflar med mera kan sättas in för att öka omblandningen

Luften som tillförs en fyr bestående av grovt bränsle kommer i dålig beröring med bränslet och måste därför passera genom en relativt hög bränslemassa för att all luft ska utnyttjas. Vid klenare dimensioner och små bränslebitar till exempel flis eller pellet blir luftkanalerna i bränslebädden mindre och luften får därför bättre kontakt med bränslet. 

Förbränningsteknologi

Överförbränning

Vid överförbränning (vanlig brasa) övertänds all ved i eldstaden. Detta leder inledningsvis till att stora mängder flyktiga beståndsdelar frigörs. Eldstaden skall i detta fall fungera som både förgasnings- och förbränningszon. Ofta innebär detta relativt dålig förbränning av gaserna. 

Öppen spis

Verkningsgrad: 5–10 procent 

En traditionell öppen spis muras av tegel med en öppen härd mot rummet så att den uppvärmda rumsluften ohejdat passerar rakt ut i skorstenen. Verkningsgraden hos öppna spisar är därför mycket dålig.

Öppen spis med spisinsats

Verkningsgrad: 60–75 procent 

Skall verkningsgraden i en befintlig öppen spis förbättras måste elden kunna regleras på ett kontrollerat sätt med luckor, förbränningsluftsspjäll och ibland rökgasspjäll. 

Kakelugn 

Verkningsgrad: 67–75 procent 

Kakelugnen är en tung konstruktion, uppmurad av tegel eller annat lämpligt material, som ackumulerar värmen. Det tar upp till tre timmar innan vissa kakelugnar blir genomvarma och kommer upp till full effekt. När man sedan slutat elda avges värmen under lång tid, i vissa fall över ett dygn. 

Braskamin

Verkningsgrad: 65–85 procent 

Braskaminer av gjutjärn eller plåt är mycket effektiva spisar som snabbt ger ifrån sig värme till rummet.

Pelletkamin

Verkningsgrad: 45–85 procent

En pelletkamin förbränner pelleten med så låg effekt att det normalt inte ger någon övertemperatur. Förbränningen kan regleras steglöst mot en rumstermostat så att kaminen ständigt håller rätt inomhustemperatur.

Vedpanna

Överförbränning utvecklas och hög verkningsgrad har uppnåtts. 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.

Vedpanna

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.

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.

Vedpanna

Vid sidan av den ovan nämnda fläktstyrda överförbränningspannan ger pannor med omvänd förbränning de högsta uppmätta verkningsgraderna, mellan 75 och 85 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. Blålågetekniken går i korthet ut på att med extrem turbulens utnyttja vattenångan som kracker och slå sönder kolvätekedjorna till kortare molekyler. Härigenom uppnås enklare och snabbare förbränningsreaktioner som ger mycket goda prestanda.

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.

Lambdasond, som sedan länge finns i personbilar, finns nu också i vedpannor. I korthet används lambdasonden till att kontinuerligt mäta rökgasförlusten. En mikroprocessor behandlar signalerna och ger impulser till varvtalsreglering av både primär- och sekundärluftfläktarna. Härmed kan förbränningsresultatet kontinuerligt optimeras och anpassas till de förhållanden som råder i fyren vid varje ögonblick.

Ett exempel på en modern vedpanna med omvänd förbränning är Fröling S4 Turbo, med verkningsgrader mellan 77 och 83 % (beroende på storlek och konfiguration). 

Raketkamin

Raketkaminer är ofta enkla, billiga konstruktioner som fått sitt namn från det kraftiga, hörbara drag som uppkommer. Förbränningen sker bara vid en del av det tillförda bränslet och med god lufttillförsel. I raketkaminer där förbränningskammaren är tillräckligt lång samt isolerad skapas förutsättningar för tillräckligt hög temperatur, tillräckligt lång tid för god förbränning. Bränslet brukar också vara mindre pinnar vilket ger goda förutsättningar för en bra bränsle/luftmix och -blandning. Eftersom de raketkaminer som säljs är enkla (campingtillämpning) eller är hembyggen saknas data om verkningsgrad och emissioner, det som finns är video på i princip rökfri förbränning.

Förluster

En modern vedpanna har alltså cirka 80 % verkningsgrad. Vart tar de sista 20 procenten vägen?

• Rökgasförlust, vilket påverkas av både rökgastemperatur, rökgashastighet och rökgasmängd, här ingår luftöverskott (luft som inte behövs vid förbränningen följer med, kyler ångan och ökar rökgashastigheten)

• Förbränningsförluster i form av oförbränt i aska och CO (plus oförbrända kolväten)

• Omgivningsförluster i form av strålning och konvektion från pannans utsida

• Genomströmningsförluster i form av kylande luftströmning genom pannan vid stillestånd

• Den del av uppstartningsenergin, som åtgår för att värma vattenvolym och keramik till drifttemperatur, och som inte kan nyttiggöras i värmesystemet

• Isolationsförluster från rörledningar, expansionskärl och ackumulatortankar

• Distributionsförluster i rörledningar samt drivenergi för pumpar och eventuella fläktar

Reflektion

Nu har jag grottat ner mig rejält i småskalig vedförbränning. Vad har jag lärt mig? Ganska mycket om vedförbränning, men jag har i samma veva letat efter hus att köpa och blivit varse att inte ens i Värmland med sjuka mängder skog är det idag särskilt populärt att välja vedpanna -det är olika slags värmepumpar som gäller. Värmepumpar kan vara helt OK hållbarhetsmässigt men blir det en samhällsstörning så att elnätet går ner -ja då blir det ju kallt. Jag hoppas att jag hittar ett hus som det går att ha vedpanna i och att vi också kan skaffa lite egen skog!

Hej,
bra och inspirerande artikel! :)
Har bara en liten kommentar; "Eftersom askan inte innehåller några naturfrämmande ämnen bör den återföras till naturen. för att sluta kretsloppet. Aska från förbränning av skogsbränslen bör återföras till skogsmarken för att skapa ett kretslopp av näringsämnen och motverka att marken utarmas. " 
Det gäller tyvärr inte överall... Som du också skriver, så kan det finnas en del tungmetaller i askan, i vissa landsdelar tom arsenik mm, som ju koncentreras upp i askan; i ett träd har du ju typ alla oflyktiga ämnen kvar som det har sugit upp under sin livstid...
skulle verkligen rekommendera en analys innan man strö ut aska på mark

Ah, någon som har orkat läsa, underbart! :) 

Hmm, ja det stämmer ju kanske... Detta avsnitt är hämtat från Vedpärmen. Var kommer tungmetallerna och arseniken ifrån?