薪ストーブで給湯、床暖房は可能？

質問

まだまだ遠い先の事だと思いますが、別荘をセルフビルドで建てたいと思っています。
その際に薪ストーブを導入して、その熱で給湯システムや床暖房システムを作れれば良いと思っています。

給湯も可能な薪ストーブも販売されているようですが、あまりに高価なため自作を考えています。
薪ストーブ給湯システム、オーロラアクア
http://www.takumikensetu-kouji.com/yumehouse/eco1.html

基本的にはこれを真似したような感じですが、図のようなシステムを作れればと思っています。
ストーブの上部にやかんなどを置くスペースがありますが、ここに鉄板で作った箱状の容器を設置し、水で満たします。貯めておく水の量はだいたい5リットルくらいでしょうか。容器の内部に熱交換器を設置し、貯湯タンクの水をポンプで循環させます。容器内の水はストーブの熱で沸騰し、熱交換器で貯湯タンクの水も温水になるという仕組みです。（経路1）
水容器の容量は5リットル以上でも以下でも良いのですが、沸騰までにあまり時間がかかるのも実用上問題がありますし、少なすぎるとすぐに蒸発してしまうのではないかと考え、5リットルとしました。

またもう一つの仕組みとして、熱交換器は使わずに、容器内の水を直接循環させる方式もありかなと思っています。（経路2）

熱交換器を使う経路1と、使わない経路2、どちらが効率的と考えられますでしょうか。

その他の仕組みとして
（1）経路1の熱交換器を直接ストーブの上に置く（水容器を使わない）
（2）煙突などに直接巻きつける
（3）経路1の熱交換器をストーブ内の火中に設置する
などを考えています。

（1）と（2）は見た目がちょっと気になります。水容器の水を沸騰させその熱を伝える方法を考えたのは、熱交換と同時に加湿も可能になる、熱交換器を外部から見えなくして隠す事が出来る、なかなか良いアイディアだと思いました。また使わない時は水容器ごとストーブから下ろしてしまう事も可能です。

熱交換器を置いたり、巻いたりする方法を取ると、加湿をしたい場合は別途やかんなどを置く必要がありますよね。また巻きつけてしまうと簡単には取り外し出来ません。熱交換器が常に高温にさらされると思いますが、それに耐えられるのかが心配です。そもそも煙突部分はどの程度の温度になるのでしょうか？

（3）は熱効率としては最高でしょうが、熱交換器がストーブの火力に耐えられるのか、ストーブ内部にパイプを引き込む事がうまく出来るのかという点が心配です。

熱交換器は銅パイプを曲げて作ろうと思っています。
貯湯タンクは50度から60度くらいの水を100リットルくらい貯めておければ良いかと考えています。ドラム缶を断熱して使おうかとも考えていますが・・・
貯湯タンクのポンプは床暖房用の温水循環ポンプを利用しようと思っています。

薪ストーブによる床暖房は比較的簡単に出来るようで、Webなどで自作したという実例や情報もいくらか見つけられました。そのため、ある程度のものは作れると思っています。しかし給湯に関しては情報が見つけられません。床暖房の場合は湯量も少なくて済みますが、給湯の場合はそうは行きません。DIYではとても現実的でないから実例がないのかとも考えていますが、まずは給湯システムを完成させてその後に床暖房にもトライしたいと考えています。

貯湯タンクは60度、100リットルと書きましたが、もう少し量が少なくても、あるいは温度が低くても問題ないと思っています。お湯は台所で軽く使ったり、短時間のシャワー程度で十分です。貯湯タンクのお湯はフロージェットなどの給水ポンプを使って加圧し、混合栓を使って適温にして使う予定です。

現実的、不可能、ここは直した方が良いなど、皆様のご意見、情報を伺えれば幸いです。
経路1と経路2ではどちらが適当でしょうか？
また、（1）（2）（3）のそれぞれの方法はいかがでしょうか？

些細な情報でも構いません。
よろしくお願いします。

回答No.4

Joe_Yesterday

このような暖房・給湯も兼ねたストーブを「サーモストーブ」Thermo-Stoveと呼びます。
ヨーロッパでは昔からあります。
例えば薪サーモストーブの場合：　http://www.thermorossi.it/eng/legna_det.php?gruppo=3&padre=1&figlio=3&id=33　
ペレットサーモストーブの場合：http://www.thermorossi.it/eng/pellets_det.php?gruppo=3&padre=2&figlio=3&id=51
こんな感じです。貯湯タンクに接続して総合熱供給システムにするとすればタンクとストーブの熱媒体の水には防錆・凍結防止のためにエチレングリコール液を加えた方が良いです。貯湯タンクからそれぞれ熱交換器を使って給湯と暖房します。熱交換器とラインポンプが多数必要になるので、かなり複雑なシステムになります。

家も暖房機器もセルフビルドは素敵ですが、私の意見では暖房機器だけは手作りは避けた方が良いと思います。安全を確保するのは意外と大変という点と既製品だと必要な部品がコンパクトに収めていて、結局安上がりになるからです。

回答No.3

akadonta

面白いアイデアですね。ただ、一応下記の点は絶対に守っていただきたいです。

いかなる運転状態であっても絶対に容器や配管、貯湯タンクが密閉回路にならないようにしてください。
必ず開放されている箇所があるような経路で計画しないと、流体の熱膨張で配管やタンクが破損します。
破損程度なら床を濡らすだけで済みそうですが、万が一沸点を超えている状態で破裂すると爆発し事故になります。これは装置が大掛かりになればなるほど危険です。
どうしても密閉回路になってしまう経路は逃がし弁の設置を検討しなければなりません。
WEBでそれらしきページも拝見しましたが、非常に危険な配管例もちらほら見受けられました。

これ以降は多少気に留めて頂きたい点。

開放回路の場合はお湯が空気に常に触れていますから、水中の溶存酸素が問題になります。
また、架橋ポリ管のような樹脂管（暖房専用ポリは大丈夫）を使用すると配管からも酸素が透過します。
水に触れる部分は強い腐食環境に晒されますから、水処理剤を使用したり耐食材料を使うなどの対策が必要です。
錆に強いといえばステンレスですが、安価なSUS430は錆にあまり強くありません。

冬季に氷点下まで気温が下がる地域の場合は使用していない時に配管が凍結し、破損する危険性があります。
不凍液を充填すればこれを回避できますが、当然暖房専用となります。
また、専門職のいわゆる配管屋さんが使用するシール剤は水もお湯も同じものを使いますが、不凍液は対応品を用いなければなりません。

これは既にご存知だと思いますが、間伐材や生木の薪は安価か場合によってはタダですが、タールや灰分の発生分が多くて清掃や保守に手間が掛かります。
木質ペレット類はこれらを大変改善したものですが、お値段的にも中々大変です。＾＾；

回答No.2

大明神（@bathbadya）

> ＞＞経路１で、タンクをもっと上にしてやればポンプもいらいない・・・
> これはどのような仕組みからでしょうか。なぜそういう事が可能になるのですか。
> よろしければ教えてください。
> ポンプも使わず、自然に循環してくれるのがシンプルで一番良いのですが・・・

温まった水は軽くなるので自然と上へ行く。
エアコンの暖房が上のほうばかりで足元が暖まらないのと同じ。
太陽光温水器も同じ仕組みです。受光部の上にタンクがあり、ポンプはありません。
添付図の熱交換器を縦型にするなどの工夫が要ります。
温まりやすい方を出口に、温まりにくいほうを入り口にする。

問題は、温めている途中でどうお湯を出すか・・
タンクの上はお湯で、下は水。と言うことになる。
太陽光温水器は、タンク下から外部の水を常時供給して、上からお湯を排水できるようになってる。

> ただ煙突がそれ程高温にならないのではないかという不安があり
昔のヨーロッパの家屋は地下にストーブがあって、その煙で床暖房をしていたそうです・・

> 貯湯タンクに温度センサー（サーモスタット？）を取り付けて、
> 60℃以上になったら循環ポンプを停止させるというものです。
安価で入手が容易なものは、車の冷却水の流れる方向を変えるものがあります。

配管のシール材は、水用、お湯用とかあり、お湯用はちょっと高い。
普通の樹脂部品がシール部分に使われてると、８０℃ぐらいでだんだん弾力が無くなって漏れてきます。
１シーズンもたないかも・・

耐熱120℃とか150℃ってものなら、恐らく一生使えるかな？

> 火中に直接投入する
ステンレスが良いよ。でもステンレスも色々あるから気をつけてください。

> 配管を柔軟性のある耐熱ホースなどにすれば、
うっかりホースがストーブに接触して、溶けて穴が開けば大事になるので余裕をみた耐熱温度で選択すると安心だと思います。

温水自体は30℃くらいの温度があれば十分じゃないかと思いますが、どうなんでしょう？

回答No.1

大明神（@bathbadya）

> 熱交換器を使う経路1と、使わない経路2、どちらが効率的と考えられますでしょうか。
熱効率は、経路２ですね。経路１では熱が気化熱として消費されるから。
まあ、それほど気にならないとは思いますが・・
経路１で、タンクをもっと上にしてやればポンプもいらいないけど・・

> 貯湯タンクは60度
なら、冷却装置も考えておかないと・・
だいたいそのぐらいの温度で選択する材料も変わってくると思いますよ

> 現実的、不可能、ここは直した方が良いなど、皆様のご意見、情報を伺えれば幸いです。
> 経路1と経路2ではどちらが適当でしょうか？
> また、（1）（2）（3）のそれぞれの方法はいかがでしょうか？
（2）がよさそうかな・・
定期的にストーブのメンテが必要だったりするので、おのおの独立してた方が
あとあとよさそうですね。

私も、一時薪ストーブにあこがれていました。
その時、いいな　と思ったのは、ストーブの周囲をコンクリートで作る方法・・
もちろん、表面は大理石などを張る。
ストーブの後ろの熱を吸収するコンクリートのついたてを作って、そこから床のコンクリートに熱を伝える方法でした・・
一度温まるとなかなか冷えないそうです（温まるまでは時間がかかりそうですが）

お礼

ご回答ありがとうございます。
なるほど、熱効率だけで考えると、熱交換器を使わない経路2という事ですか。構造をシンプルにして、材料のコストを下げる意味でも経路2の方がメリットがありますよね。

ところで。
＞＞経路１で、タンクをもっと上にしてやればポンプもいらいない・・・
これはどのような仕組みからでしょうか。なぜそういう事が可能になるのですか。よろしければ教えてください。ポンプも使わず、自然に循環してくれるのがシンプルで一番良いのですが・・・

＞＞冷却装置も考えておかないと・・
確かにそうですよね。私もその必要性は感じていました。何らかの対策がないとどんどん加熱されて配管やポンプにダメージが及ぶ可能性も考えられます。ポンプにしろ、配管にしろ、接続パーツにしろ、60℃程度の温度であれば耐えられる物が多くあるようですが、それ以上の温度になると高温専用のものが必要になるケースが多いようです。
私が考えたのは、貯湯タンクに温度センサー（サーモスタット？）を取り付けて、60℃以上になったら循環ポンプを停止させるというものです。循環がなくなれば、自然にお湯は冷めて行きますし、例えば55℃以下になったらポンプが動くようにセットすれば、再び加熱されるはずです。これによって大体55℃から60℃の範囲で維持されるのではないかと・・・

＞＞（2）がよさそうかな・・
なるほど、（2）の煙突に熱交換器を巻きつける方法ですか。この方式で床暖房を実現されているという方の情報がWEBで確認できました。ただ煙突がそれ程高温にならないのではないかという不安があり、湯量が少なくて済む床暖房は大丈夫でも、貯湯タンクの水を加熱し60℃で維持する事が可能な熱量なのかという不安があります。ただ、この方法は巻きつける銅パイプ（熱交換器）には一番やさしい方法と言えるでしょうね。火中に直接投入する方法だと、銅パイプが持ちこたえられるかが心配です。煙突に巻きつける距離を長く取るなどすればうまく行くかもしれません。

＞＞定期的にストーブのメンテが必要だったりするので、おのおの独立してた方があとあとよさそうですね。
そうですよね。私がストーブ上部に水容器（あるいは熱交換器）を置くという方法に思い至ったのもこの点を考えての事です。配管を柔軟性のある耐熱ホースなどにすれば、使わない時はストーブから下ろしてしまう事が可能です。冷却の指摘をいただきましたが、過剰過熱の場合は、温度センサーなどを用いなくても、手間はかかりますが自分で上部の水容器を下ろしてしまえばそれまでです。

＞＞その時、いいな　と思ったのは、ストーブの周囲をコンクリートで作る方法・・
なるほど、コンクリートの土台に熱を伝えるという発送ですか。これがうまく行けば下から温まるわけですから床暖房などは必要ないかもしれませんね。ただ熱をうまく伝えられる形状や配置などは検討の必要がありそうですね。

非常に参考になるアイディアありがとうございました。
ポンプを使わずに循環させる方法をご存知でしたら是非教えてください。