Boat Rocket Stove – Raketenofen für Scarlett

Ahoi mal wieder! Diesmal mit einem etwas technischeren Bericht über unsere neueste Anschaffung für unsere geliebte Scarlett.

Wir sind ja nun langsam im tieferen Winter angekommen, und da ist es einfach unabdinglich dass wir heizen. Ne Woche oder zwei würden wir sicher ohne Heizung bei unter 5°C an Bord aushalten, à la Urlaub oder so, doch da wir Scarlett als unsere aktuelle Wohnung und unser Zuhause sehen, müssen wir uns längerfristig mit einer Wohlfühl-Lösung auseinandersetzen. Derzeit ist eine Warmluft-Dieselheizung eingebaut, eine alte T4-Standheizung. Mit dieser Ausstattung haben wir Scarlett gekauft, und sie hat auch recht gute Dienste bisher verrichtet. Nachteilig ist allerdings, dass sie ausfallen kann (viele bewegte Teile die kaputt gehen können), dass sie am Tag bis zu 10L Diesel schluckt und ne Menge Strom benötigt. Nach zwei Tagen vor Anker ohne Landstrom oder laufendem Motor gehen den Batterien die Puste aus. Zusammengefasst: teuer und anfällig im Unterhalt, und nicht wirklich autark zu betreiben. Gerade die Anfälligkeit für Ausfälle war ein entscheidender Grund sich nach einer Alternative umzuschauen, denn wenn die Heizung bei Temperaturen um den Gefrierpunkt ausfällt wird es schnell sehr eklig, und Ersatzteile sind immer dann rar wenn man sie am dringendsten benötigt.

Die Lösung: ein Ofen!

Scarlett ist recht klein was das zu beheizende Raumvolumen angeht, vielleicht 15m³. Also sollte der Ofen nicht mehr als 2 kW leisten. Wäre er größer, hätten wir entweder ne Sauna an Bord oder müssten den Ofen auf geringer Leistung betreiben, was Öfen nicht so gerne mögen. Und da fangen die Schwierigkeiten an, denn einen solch kleinen Ofen zu finden ist gar nicht so leicht. Vor allem in Deutschland. Es gibt zwar bei den einschlägigen Yachtausrüstern Diesel- und Holzöfen in der richtigen Größenordnung, allerdings ist der Anschaffungspreis hier eindeutig antiproportional zur Ofengröße… In England und Übersee sieht das schon etwas anders aus.

Nach reiflicher Überlegung, und einer gehörigen Portion Enthusiasmus für kostenlosen Brennstoff, haben wir uns auf einen Holzofen eingeschossen. Wenn man kreativ ist, dann dürfte es nicht allzu schwer sein Brennbares zu finden. Man denke an die Abfälle von Tischlereien oder ähnliches.

Nun haben wir mehrere Holzöfen verglichen, und auch Angebote eingeholt. Am verlockendsten war ein Angebot aus England. Dort stellt ein Schmied kleine Holzöfen her, und im weiteren Gespräch stellte sich sogar heraus, dass er erst letztens das Boot seiner Tochter mit einem solchen Ofen ausgestattet hatte. Doch es gab einen entscheidenden Nachteil: die erforderliche Kaminhöhe! Ein konventioneller Holzofen benötigt einen Kamin, der lang und heiß genug ist um durch die entstehende Konvektion im Kaminrohr den nötigen Zug zu entwickeln. „Zug“ bedeutet, dass das Ofensystem frische Luft (inklusive Sauerstoff) in den Brennraum und das Abgas nach draußen zieht. Das erreicht man eben nur in ausreichendem Maße, wenn das Abgas heiß genug ist und genug Weglänge hat. Für uns hätte das bedeutet, einen doppelwandigen Abzug mit mindestens 1,5m Länge (besser mehr) zu errichten. Nun, doppelwandig ist verdammt teuer, und 1,5m wird knapp bei uns. Nachdem wir alles durchgerechnet hatten, kamen wir auf einen Gesamtpreis für den englischen Ofen und Kaminsystem, bei dem sich eine zweite Dieselheizung locker gelohnt hätte… Was war die Alternative?

Rocket Stove

Ich bin vor ein paar Monaten auf das Thema Rocket Stove (Raketenofen) bzw. Rocket Mass Heater gestoßen, und hab mich ein wenig verliebt. Das Prinzip dieser Öfen besteht darin, dass sie durch einen besonders gestalteten Brennraum die entstehenden Abgase nachverbrennen, sozusagen mit einem Nachbrenner. Das klingt dann wirklich wie eine startende Rakete 😀 Durch diese Nachverbrennung wird es extrem heiß im Brennraum, in der Theorie über 1000°C, was für eine äußerst saubere und umweltschonende Verbrennung sorgt. Außerdem wird die Restenergie des Abgases durch die Nachverbrennung genutzt, wodurch aus der selben Menge Holz viel mehr Energie für die Heizleistung genutzt werden kann (statt dass sie über den Kamin verpufft). Es gibt anscheinend eine recht ansehnliche Fan-Szene außerhalb Deutschlands, die hiesige Bürokratie verhindert wohl eine breite Nutzung. Es gibt Variationen dieses Ofenprinzips als Camping-Kocher, allerdings dann offen und ohne Kaminanschluss. Fertige Modelle habe ich nicht zu kaufen gefunden. Im Ausland werden sie üblicherweise auch gemauert, sozusagen als fester Bestandteil des Hauses.

Nun gut, dem Ingenieur ist ja bekanntlich nix zu schwer, und Schweißkünste sind ausbaubar 😛 Warum nicht selbst bauen!? Durch die kleine Leistung und den Einbau in ein (mobiles) Boot, sind wir glücklicherweise von jeglichen Normen oder Schornsteinfeger-Vorschriften verschont. Anders wäre so ein Selbstbau auch nicht möglich, für die Zulassung könnten wir uns wahrscheinlich Scarlett’s große Schwester leisten! Nun müssen wir also nur selbst den Kasten „abnehmen“ und ihm vertrauen. Nach geflissentlichem Konstruieren und Durchrechnen der Materialpreise stand der Plan!

Funktionsprinzip

Nochmal zum Funktionsprinzip unserer Boat Rocket Stove: In einem isolierten Brennraum verbrennt ganz normal Holz. Die Flamme und die heißen Gase werden dann durch ein isoliertes Brennrohr nach oben geführt. In diesem Brennrohr soll die Nachverbrennung stattfinden, this is where the magic happens! Außerdem erzeugt die enorme Hitze in dem vertikalen Rohr einen so starken Zug, dass ein Kamin gar nicht mehr nötig ist. Das heiße Gas hat bisher eigentlich noch keine Wärme an die Raumluft abgegeben, da die Isolation für die Erreichung der hohen Brennraumtemperatur dienen soll. Nun, oben am Ausgang des Brennrohres, wird das Gas in einem größeren Rohr, welches um das Brennrohr herum gebaut ist, wieder nach unten geführt. Es gibt dabei seine Wärme an dieses Rohr ab, und das Rohr heizt den Raum. Durch das Abkühlen wird sogar der Zug noch verstärkt, da dieses äußere Rohr als Fallzug wirkt. Wenn das alles korrekt ausgelegt ist, soll das Abgas kaum mehr als Raumtemperatur haben wenn es den Ofen verlässt. Dieses Prinzip mit dem äußeren Rohr zum vertikalen Nach-Unten-Führen und Abkühlen des Rauchgases nennt sich „Bell“, und wird eigentlich als Bestandteil eines Rocket Mass Heaters genutzt. Wärmespeichernde Masse können wir an Bord leider nicht einbauen, doch diese Bell passt ziemlich gut ins Konzept.

Durch die konstruktive Gestaltung dieses Ofens ergeben sich folgende Eigenschaften:

• Kein Kamin notwendig um einen ausreichenden Zug zu gewährleisten. Damit sind einwandige Abgasrohre in beliebiger Länge möglich. Perfekt für unseren begrenzten Bauraum!
• Hoher Wirkungsgrad der Wärmegewinnung aus Holz, somit enorm verringerter Holzverbrauch und Abgasrohre, die man anfassen kann.
• Saubere Verbrennung – gut für die Natur!
• Kein Ruß & Rauch, man sieht das Abgas nicht mal.
• Der Selbstbau gestaltet sich finanziell günstig, bezogen auf das Gesamtsystem mit Abzug.

Da wir auf einem leicht brennbaren Boot unterwegs sind, ist die doch recht umkomplizierte Abgasführung wirklich ein großes Plus. Da wir auf ein begrenztes Platzangebot für das Holzlager beschränkt sind, müssen wir eben öfter Holz besorgen. So kommt es uns sehr gelegen, dass unser Ofen sehr wenig Holz verbraucht im Vergleich zu konventionellen Öfen. Und, ganz wichtig auch für uns, der Selbstbau ist günstig, man lernt was dabei, zieht sein eigenes Projekt durch und kommt am Ende mit weniger als einem Drittel der Kosten eines konventionellen Ofens weg.

Ganz abgesehen von den Eigenschaften der Rocket Stove, hat ein Holzofen ganz allgemein noch weitere Vorteile für uns:

• Günstiger/ kostenloser Brennstoff
• gemütliche Kaminatmosphäre im Salon, mit knisterndem Holzfeuer
• Unabhängig von Tankstellen
• Kein Stromverbrauch beim Heizen
• Trockenes Innenraumklima, feuchte Luft wird durch den Kamin hinausgesaugt

Gerade das Erzeugen eines trockenen Innenraumklimas ist ein äußerst praktischer Punkt, da Scarlett kaum isoliert ist und morgens sprichwörtlich das Schwitzwasser von der Decke tropft. Dieser Effekt wäre aber auch mit einem Diesel- oder Gasofen gegeben, solange die Frischluft aus dem Bootsinneren gesaugt und das Abgas nach draußen geleitet wird.

Es gibt natürlich auch Nachteile:

• Holz muss besorgt, gehackt und gelagert werden
• Erhöhte Aufmerksamkeit nötig um Brandgefahr zu minimieren
• Es riecht leicht nach Lagerfeuer im Boot
• Platzbedarf des Ofens (unser Kühlschrank musste weichen)

Doch für unsere Situation und Bedürfnisse überwiegen die Vorteile ganz eindeutig! Und was eignet sich besser um die Nachbarn mit Werkstattgeräuschen zu beschallen als die besinnliche Weihnachtszeit 😛

Der Bau

Die Konstruktion habe ich – so richtig professionell – mit CAD am PC gemacht. Wozu so ein Maschinenbau-Studium doch gut sein kann 🙂 Als Material habe ich ganz normalen Baustahl gewählt, dafür in einer etwas dickeren Stärke (4mm). Die Brennraumtemperatur von 1000°C sollte von Vermiculite als Isolierung abgefangen werden (eine Alternative zu Schamotte), sodass die Temperaturbelastung des Stahls in moderaten Grenzen bleiben würde. Und selbst wenn der Ofen nach einem Jahr durch wäre, er ist ja erstmal ein Prototyp. Wenn alles gut läuft, kann ich immernoch ein Nachfolgemodell aus hochlegiertem Chrom-Nickel-Stahl bauen.

Hier schonmal ein riesengroßes Dankeschön an meinen Nachbarn Josef, der mir steht’s mit Rat und Tat und seinem enorm großen Wissensschatz zur Seite stand. Es verging über die Zeit bei meinen Eltern fast kein Tag, an dem ich auf seine Hilfe und Weisheit zurückgreifen durfte. Wirklich toll, vielen Dank!

So, dann endlich zu den Bildern 😛

Zuerst habe ich aus Vierkantrohr den Brennraum mit Brennrohr und Einfüllstutzen zusammengeschweißt.

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Dann die Isolierung aus Vermiculite zurechtgeschnitten und eingepasst. Vermiculite lässt sich mega gut verarbeiten, ganz easy mit Holzbearbeitungswerkzeugen (hier: Kreissäge).

Damit war die Feuerstelle funktionstüchtig, und musste natürlich erstmal auf Herz und Nieren getestet werden. Schließlich war bisher alles nur Theorie…

Next: Das äußere Rohr. Da ich in der gegebenen Zeit kein 200x200mm Vierkantrohr bekommen konnte, musste ich mich zwei 200x100mm Stücken zufrieden geben. Das bedeutete jedoch Extra-Arbeit, um das alles zusammen zu braten.

In der Zwischenzeit kamen auch die Kaminrohre an – just in Time!!!

Als nächstes musste der Anschluss für das Abgasrohr und die Aussparung für den Brennraum gefertigt werden. Das Abgasrohr sollte über ein massives Rundrohr angeflanscht werden, um bei Bedarf die Bell von Asche befreien zu können.

Auf dem letzten Foto sieht man nochmal sehr schön den Zwischenraum zwischen äußerem Rohr und Brennrohr, in dem das heiße Rauchgas seine Wärme abgibt und nach unten zum Kaminrohranschluss geführt wird.

Ja, und dann war auch schon die Hochzeit aller Bauteile angesagt!

Das wurde dann natürlich auch alles getestet und probe-gefeuert. Die Schwierigkeit bestand nun darin, mich zum weiterarbeiten zu motivieren statt den ganzen Tag mit dem Ofen zu zündeln 😀

Denn jetzt kamen die ganzen vielen Kleinigkeiten dran, die so gerne hinten runterfallen. Angefangen mit dem Aschekasten aus Edelstahl…

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… über die aufsteckbare Holz-Luke…

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… zum Verlängerungsstück für die Holzzufuhr (für lange Holzstücke)…

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… und der Tür für Luftzufuhr und Zugang zum Aschekasten.

Die Muttern sind angeschweißt, um den Ofen später im Boot mit Gewindestangen zu fixieren. Damit war der Ofen an sich soweit fertig. Zeit für einen weiteren Brenntest, diesmal mit Kamin 🙂 Der wird auf dem Boot weit kürzer ausfallen, allerdings wollte ich die Rohre erst an Bord zurechtschneiden.

Was bleibt? Ach ja, Hitzeschutzbleche! Durch den beengten Bauraum musste ich alle Register ziehen um die Möbel rings umher vor Hitze zu schützen. Vorgesehen waren deshalb zwei dünne Bleche, welche den Ofen einhüllen. Meine Idee war, dass sich durch die Wärme zwischen den Blechen Konvektion einstellt, sodass die vorbeiströmende Luft die Hitze des Ofens aufnimmt.

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Beim Testen mit diesen beiden Blechen fiel mir auf, dass das äußere Blech total kalt blieb. Nagut, es hatte auch -2°C als Umgebungstemperatur, doch immerhin. Außerdem wurden mir die Füße etwas zu heiß, also nochmal geändert.

Nun noch alles putzen und aufhübschen. Was so ein bisschen Ofenlack doch ausmacht 🙂

Zeit für den finalen Test, mit Simulation der Einbausituation.

Es blieb sowas von kalt ringsum am Holz, dass beinahe meine Finger daran festfroren 😛 Die Abgastemperatur lag anders als erhofft bei 60-70°C. Dafür hatte die Ofenplatte oben über 300°C, yeahi!!! In diesem Zuge habe ich auch eine Heizleistung bestimmt, in dem ich über einen bestimmten Zeitraum das Gewicht an verfeuertem Buchenholz gewogen habe. Nach Adam Riese leistet der Gute damit etwa 1,5 kW – perfekt!

Damit war das geschafft. Alles soweit vorbereitet so gut es ging. Mussten wir nur noch zum Boot. Erlebnisberichte folgen, wir bleiben hier beim Ofen-technischen!

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Also kaum zurück an Bord, ging es ran an Scarlett’s Speck! Wo vorher bester Stauraum und Arbeitsfläche war, klaffte bald ein fettes Loch.

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Egal, musste ja so kommen, haben’s kommen sehen. Also Augen zu und durch, auch wenn das Herz blutet.

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Nur noch das Hitzeschutzblech. Hab mich für nur eins statt zwei entschieden, da das Holz ja auch nochmal mit Blech verkleidet war. Bisher nicht bereut 🙂

Da fehlte doch noch was… Ach ja!

Na also, geschafft!!!

Fertig

Oskar der Gute fühlt sich bei uns nun sehr wohl! Er brennt hervorragend, betört uns mit seinem Cape-Canaveral-Sound und schluckt fleißig Holz. Wenn wir ihn richtig heftig anfeuern, mit dünnem schnell brennbarem Holz, haben wir 28°C im Salon (bei 8°C Außentemperatur). Wenn wir ihn mit etwas dickeren Buchenscheiten beschicken, sind es angenehme 23°C. Durch glücklichen Zufall passt seine Heizleistung einfach perfekt in unser Boot, mega nice!

Von zuhause haben wir drei Eimer voller Holz (Bretterreste), ein Beil und eine alte Palette mitgenommen. Hab ich hier alles Abends mal auf dem Steinquay zerlegt, und das heizt uns nun schon seit 5 Tagen ein (2 volle Tage + 3 Abende), und es ist noch etwa die Hälfte übrig. Faszinierend wie gering der Holzbedarf ausfällt. Natürlich habe ich nicht den direkten Vergleich zu einem konventionellen Ofen, doch ich hab so das Gefühl die kleine Rakete taugt was.

Später haben wir auch mal dünnes Astholz getestet. Lief bisher nicht ganz so gut. Das liegt wohl stark an der Ast-Qualität, und ist ziemlich empfindlich auf Feuchtigkeit. Manche Äste brennen super, andere gar nicht. Vielleicht fährt man besser mit gespaltenem Holz… Mal sehen, dem Experimentieren sind keine Grenzen gesetzt. Und wir haben Zeit, viel Zeit!

Zusammengefasst kann ich sagen, dass dies ein hammergeiles Projekt war. Keine Ahnung ob es finanziell den Aufwand wert war, keine Ahnung ob wir uns mit dem Heizen mit Holz ins Bein geschossen haben. Doch ich habe meine Idee verfolgt, dran geglaubt und bin jetzt stolz wie Oskar auf meinen eigenen selbstgebauten Ofen. Richtig tolles Gefühl! Und ganz nebenbei haben meine Schweißnähte angefangen ihren Namen zu verdienen 😛