Loading...
HomeMy WebLinkAboutHigh Efficiency Low Emission Wood Fired Heat Great Lands Christian Version Final 07-28-2015-WOODHigh Efficiency Low Emission Wood Fired Heating System Pre-Feasibility Report July 28, 2015 Version: Final WES Energy & Environment, LLC 902 Market Street • Meadville, PA 16335 (814) 337‐8223 Prepared for: Great Lands ChrisƟan Church—Gateway to the ArcƟc In Partnership with : Fairbanks Economic Development CorporaƟon Alaska Wood Energy Development Task Group Prepared By: Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment    Table of Contents 1.0 Executive Summary .............................................................................................................. 1  2.0 Existing Fuel Usage & Heating Systems ............................................................................... 2  2.1 Ted’s Shed ........................................................................................................................ 2  2.2 Cabins ............................................................................................................................... 5  3.0 Forest Resource and Fuel Availability .................................................................................. 8  4.0 Proposed Biomass Systems.................................................................................................. 9  4.1 Ted’s Shed Heating System .............................................................................................. 9  4.2 Cabin Biomass Heating System ...................................................................................... 10  5.0 Benefit/Cost Analysis ......................................................................................................... 10  6.0 Conclusions & Recommendations ..................................................................................... 13  7.0 General Biomass Technology Information ........................................................................ 14  Appendix A – Conceptual Drawings  Appendix B – Capital Cost Estimates   Appendix C – AkWarm Reports                               Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 1 of 17  1.0 EXECUTIVE SUMMARY This preliminary feasibility study evaluates biomass heating for Great Lands Christian Church  (GLCC) to utilize high efficiency low emission wood fired technologies at the Gateway to the  Arctic Camp located near Talkeetna, Alaska.  Installation of a wood fired heating system would  present GLCC with the opportunity to reduce operating costs and utilize a renewable fuel for  heating.  The camp is currently under construction and is located off of George Parks Highway  near the railroad tracks west of Talkeetna Spur Road.    There are currently 4 cabins constructed that include separate sleeping quarters and a shared  attic loft.   Additionally, Ted’s Shed is under construction and is currently being used to store  construction materials.  Table ES‐1 shows the buildings evaluated in this study, the building  footprints, and current source of heat.    Table ES1 – GLCC Gateway to the Arctic Building Summary  Building Square Footage Stories Heating System Heating Fuel  Ted's Shed 1,056 1 30,000 Btu/hr Garage Heater Propane  Cabin 1 768 2 Two ‐ 9,000 Btu/hr space heaters Propane  Cabin 2 768 2 Two ‐ 9,000 Btu/hr space heaters Propane  Cabin 3 768 2 Two ‐ 9,000 Btu/hr space heaters Propane  Cabin 4 768 2 Two ‐ 9,000 Btu/hr space heaters Propane    GLCC does not have historic fuel use data since the buildings are under construction or recently  completed.   Additionally, the camp will be unoccupied for much of the winter and planned  usage schedules are currently unknown.  Therefore, potential fuel use and costs will vary.   Catalytic wood stoves are recommended as the preferred biomass option in the 5 buildings.   Capital costs for installing catalytic wood stoves in all 5 buildings are listed in Table ES‐2.  A  detailed breakdown of costs are provided in Appendix B.    Table ES2 – Estimated Project Capital Costs  Project Description Estimated  Capital Cost  5 catalytic wood stoves for 4 cabins  and Ted’s Shed installed by GLCC $25,025    Historic fuel use is unavailable and planned frequency of use during the heating season is  unknown.  However, one cord of seasoned split birch is approximately equivalent to 40 full 20  lb tanks of propane factoring in equipment efficiency.  Purchase of 40 tanks of propane would  cost approximately $695 based on propane pricing provided by GLCC.  This would compare to  $250 for a cord of birch purchased from local wood suppliers or no cost other than labor if GLCC  wood resources were used.    Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 2 of 17  2.0 EXISTING FUEL USAGE & HEATING SYSTEMS The five buildings evaluated in this study are recently constructed or currently under  construction.  The four cabins were finished this year and Ted’s Shed was being completed  during the site visit. The camp is not connected to the electric grid, however the buildings are  wired for potential connection to generators or future connection to the grid.  This section  provides detailed information about the 5 buildings evaluated in this study.       2.1 TED’S SHED Ted’s Shed is a building that is currently being completed.  It is stick framed construction with a  steel roof.  The floor plan is open and can be used for meetings and activities.  Figures 2.1‐1  through 2.1‐4 show the construction of Ted’s Shed.      Figure 2.1‐1 – Ted’s Shed Exterior            Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 3 of 17    Figure 2.1‐2 – Ted’s Shed Exterior    Figure 2.1‐3 – Ted’s Shed Exterior  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 4 of 17      Figure 2.1‐4 – Ted’s Shed Interior    A 30,000 Btu/hr propane fired ventless Mr. Heater garage heater is used for space heating.  20  lb propane tanks are used for fuel storage.  Figures 2.1‐5 – 2.1‐6 show pictures of the garage  heater and propane storage.    Figure 2.1‐5 – Ted’s Shed Propane Fired Ventless Heater  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 5 of 17    Figure 2.1‐6 – Ted’s Shed Propane Tank    Ted’s Shed is wired for future connection to the electric grid or to a diesel generator.  Electricity  is not currently available at the camp.    An AkWarm report was completed to estimate the design heat load of Ted’s Shed since historic  fuel use is unavailable.  The results estimate that the design heat load of the building is 27,000  Btu/hr.  Anecdotal evidence suggests that this is reasonable since the 30,000 Btu/hr propane  heater is used for heating.   The AkWarm report is provided in Appendix C.    2.2 CABINS There are currently 4 cabins constructed for sleeping quarters.  They are stick framed  construction with wood siding and a pitched steel roof. They are set up like a side by side  duplex with two separate entryways and a partition wall down the middle separating the  spaces. A shared attic loft spanning the entire cabin is available for additional occupancy and  can be accessed through pull down stairs.  Figures 2.2‐1 – 2.2‐4 show pictures of the cabins, all  four cabins are identical.  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 6 of 17    Figure 2.2‐1 – Cabin Exterior      Figure 2.2‐2 – Cabin Interior – Left Unit (Facing Front of Cabin)  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 7 of 17    Figure 2.2‐3 – Cabin Interior – Shared Attic Loft      Figure 2.2‐4 – Cabin Exterior  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 8 of 17      The cabins currently use two Mr. Heater Buddy ventless propane heaters rated at a maximum  output of 9,000 Btu/hr.  A flexible plastic fuel line is run outside for connection to a 20 lb  propane tank.  One heater is used in each side of the first floor partition.  Annual fuel use is  unknown, however one 20 lb propane tank will run one heater on maximum output for 48  hours assuming the temperatures allow adequate vaporization of the propane in the tank to  feed the heater at its rated demand.  Figure 2.2‐5 shows the heaters used in the cabins.       Figure 2.2‐5 – Cabin Propane Fired Ventless Heater    AkWarm reports were completed to estimate the design heat load of the cabins since historic  fuel use is unavailable.  The results estimate that the design heat load of the cabin is 11,000  Btu/hr.  Anecdotal evidence suggests that this is reasonable since two 9,000 Btu/hr propane  heaters satisfy the heating requirements of each cabin.   The AkWarm report is provided in  Appendix C.  3.0 FOREST RESOURCE AND FUEL AVAILABILITY The area surrounding The Gateway to the Arctic Camp is heavily forested.  GLCC has an  agricultural permit that allows wood harvesting on the land.  Significant acreage has been  cleared while constructing the camp, and cord wood has been stockpiled for seasoning for  future use.   Additionally, Denali Log and Lumber is located 16 miles away from the camp, and  birch cordwood is available for purchase for $250/cord delivered to the site.   GLCC requested  the evaluation of cord wood systems due to the abundant availability on their own land.  Table  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 9 of 17  2 summarizes the available fuels for heating as well as their cost per 1 million Btu’s (mmBtu)  output comparison.  Wood pellet costs are provided for comparison even though wood pellet  technologies are not evaluated in this report.      Table 3.0‐1 – Fuel Pricing and Cost of Energy for Heating   Fuel, Unit Appliance  Cost  per Fuel  Unit  Input Heating  Value, mmBtu  per Unit  Estimated  Appliance   Efficiency  Appliance  Output  Heating Value,  mmBtu/Unit  Appliance  Output  Heating Cost,  $/mmBtu  Cord Wood, Cord Catalytic Wood Stove $250.00 23.6 72.0% 16.99 $14.71  Wood Pellets, 40lb Bag Pellet Stove $5.88 0.304 78.0% 0.24 $24.80   #1 Fuel Oil, Gallon Vented Space Heater $4.00 0.134 87.0% 0.12 $34.31   Propane, Gallon Non‐Vented Space Heater $3.69 0.0913 99.9% 0.09 $40.46   Note:  1 ‐ Assumes 20% moisture content wet basis for cord wood and 23.6 mmBtu per 4’ x 4’ x 8’ cord of Birch.1  2 ‐ Input heating value assumes 8% moisture content wet basis for wood pellets with an average High Heating  Value of 8,255 Btu/lb of bone dry wood based on a mixture of Sitka Spruce (8,100 Btu/lb) and Western Hemlock  (8,410 Btu/lb)2.  4.0 PROPOSED BIOMASS SYSTEMS Catalytic cord wood stoves were evaluated for the buildings at The Gateway to the Arctic Camp  since the camp is not currently connected to the electric grid, cord wood is the preferred fuel,  and the buildings are small and unoccupied for extended periods of time. A central cordwood  boiler system was initially considered but not pursued do to extended unoccupied periods at  the camp, potential for groundwater contamination with a pipe leak in a glycol system during  unoccupied periods, and electricity requirements for district pumping.    4.1 TED’S SHED HEATING SYSTEM A catalytic cord wood stove sized at approximately 25,000 Btu/hr is recommended for heating  Ted’s Shed.  The building is 1 story with an open layout that provides a good application for  wood stove heating.  It is recommended that the stove is located centrally along the back  outside wall to provide even heating throughout the space.  It is also possible to cook or boil  water on the top of these stoves, however this is not considered in this study.   Catalytic stoves reburn the smoke generated during combustion, are more efficient, and  generate less smoke when operated properly.  Steps for operating a catalytic stove can vary  based on the manufacturer selected.  However, typical operation requires bypassing the  catalytic element for the first wood charge on a cold start to warm up the stove and catalytic  element.  Then for subsequent charges the damper is closed to reroute the gases through the  catalytic element, increasing efficiency and reducing smoke.                                                          1 http://www.alaskawoodheating.com/energy_content.php  2 Avery, Robert B., Funck, James W., & Wilson, Pamela L. (2010). Fuelwood Characteristics of Northwestern Conifers  and Hardwoods (updated). Portland, Or.: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Pacific Northwest  Research Station.  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 10 of 17  Installation would require a hearth pad to sit under the stove, a stack exiting through the roof  to allow flue gases to vent outdoors, flashing for the roof penetration, and a radiation shield for  the back wall.  Electricity is not required to operate the stove.  Fuel loading and ash removal are  manual. The existing propane heater and tank are small, portable, and can easily be used for  backup or during periods that wood is unavailable.  Appendix A provides a plan view of the  proposed system.  4.2 CABIN BIOMASS HEATING SYSTEM A catalytic cord wood stove sized at approximately 20,000 Btu/hr is recommended for heating  each cabin.  A stove sized at 10,000 Btu/hr would be preferred, however 20,000 Btu/hr is  typically the smallest catalytic stove size that is available on the market.  The cabins are  currently divided in half on the 1st floor using a partition wall.  A large portion of the heat  provided from a wood stove is from heat radiation, therefore line of sight is helpful for effective  heating.  Removal of all or a portion of the partition wall is recommended so that a single small  cord wood stove can be used to heat both sides of the cabin.   Manually adjustable floor vents  can be installed in the attic floor to allow heat to rise into the attic loft when occupied.   Appendix A provides a plan view of the proposed system.  Installation would require a hearth pad to sit under the stove, a stack exiting through the roof  to allow flue gases to vent outdoors, flashing for the roof penetration, and a radiation shield for  the back wall.  Electricity is not required to operate the stove.  Fuel loading and ash removal are  manual.  Catalytic stoves are recommended, however the smallest catalytic stove may be too large for  the small cabins.  If catalytic options cannot be found in this size, efficient EPA certified non‐ catalytic stoves would be the next best option. The existing propane heaters and tanks are  small, portable, and can easily be used for backup or during periods that wood is unavailable.   5.0 BENEFIT/COST ANALYSIS Capital costs are estimated for the system based on recent quotations and bids provided by  cord wood catalytic stove manufacturers.  These costs include the catalytic wood stoves, flue  pipes, hearth pads, flashing, radiation shields, and installation by GLCC staff. The estimated  capital costs are listed in Table 5.0‐1.  Tables showing the detailed cost breakdowns are found  in Appendix B.    Table 5.0‐1 – Estimated Project Capital Costs  Project Description Estimated  Capital Cost  5 catalytic wood stoves for 4 cabins  and Ted’s Shed installed by GLCC $25,025    It is assumed that GLCC staff and members would split wood for use in the wood stoves and  costs for wood splitting are not considered.  Wood ash can be used as a soil amendment and a  direct replacement for lime.  Wood ash from the stoves could be used on GLCC grounds to  Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 11 of 17  potentially improve soil conditions.  Wood stoves would not utilize electricity, therefore  electricity costs are not included for O&M costs.  The catalytic elements will require  replacement every 5 to 7 years.  The cost for replacement elements vary but typically average  $300 or less.  An annualized cost of $50/year is included for replacement catalytic elements.    Table 5.0‐2 – Estimated Annual Operating Costs for 5 Catalytic Wood Stoves   Item Estimated  Annual Cost  Electricity  $0 Ash Removal & Disposal $0 Catalytic Elements Annualized  Replacement Cost (5 Stoves) $250  Estimated Annualized O&M Cost $250  Notes:  1 – Assumes that GLCC land applies the ash from wood stoves as a soil  amendment on GLCC owned lands.  2 – Assumes that the replacement cost for a catalytic element is $300 and  replaced in all 5 units every six years by GLCC staff.    Potential annual savings are unknown since occupancy schedules will vary.  However, one  4’x4’x8’ cord is equivalent to forty 20 lb propane tanks and would result in savings of $445 if  wood is purchased and $695 if GLCC wood resources are used at no cost.  Table 5.0‐3 shows the  comparison of energy, cost, and savings per propane tank when using purchased birch  cordwood.    Table 5.0‐3 – Propane and Birch Cordwood Energy and Cost Comparison Summary   Propane Gallons  per 20 lb   Propane Tank  Output Energy per  Tank at 99.9%  Efficiency, mmBtu  Propane  Tanks  per Cord  Cost per  Propane  Tank  Cord Wood Cost  Equivalent of 1  Propane Tank  Savings  per  Tank  4.7 0.43 40.0 $17.34  $6.31  $11.04     Since annual fuel use is unknown, savings and paybacks cannot be determined for this project.   To provide an estimate of project potential, the quantity of propane tanks that would need to  be offset with cord wood are estimated to generate a range of simple payback periods on  project costs.  Table 5.0‐4 provides potential simple payback periods in years, required annual  savings to generate the simple payback period, and the quantity of propane tanks that would  need to be offset with purchased cord wood and GLCC cord wood to generate the savings  required for the stated payback periods.        Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 12 of 17  Table 5.0‐4 – Propane Tank Offsets to Achieve Simple Payback Periods   Simple  Payback  Period, Years  Annual  Savings  Required  Qty of Propane Tanks  Offset Required to  Generate Payback  with Purchased Wood  Qty of Propane Tanks  Offset Required to  Generate Payback  with GLCC Wood  5 $5,005 454  289   10 $2,503 227  144   15 $1,668 151  96   20 $1,251 113  72     As a reference, AKWarm estimates of annual heat demand show that the 5 buildings would  require 364 propane tanks per year if they were occupied year round.  Additionally, at the peak  demands, Ted’s Shed would need about one 20 lb propane tank each day, and each Cabin  would need one tank every two days.    Note that the output capacity of the heaters in the Cabins will be dictated by the tank’s ability  to vaporize the propane since they are stored outside.  This ability is based on the level in the  tank and the temperature at which the tank is stored.  Their output will drop below the 9,000  Btu/hr rating of the heaters when the outside temperature reaches about 0oF and continue to  drop off as the temperature drops.    Table 5.0‐5 lists the assumptions and values used to develop costs and savings in this study.    Table 5.0‐5 – Assumptions and Values Used in the Report  Item Value and Unit Source  Cord wood moisture content wet basis 20%WES E&E assumption  Propane high heating value 91,300 Btu/gal WES E&E assumption  Cord wood high heating value (Birch) 23.6 mmBtu/Cord University of Alaska Fairbanks  Cooperative Extension Service  Wood pellet high heating value 15.2 mmBtu/ton WES E&E assumption  Propane gallons per 20 lb tank 4.7 gallons WES E&E assumption    Propane unvented space heater efficiency (HHV)99%WES E&E assumption  Catalytic cord wood stove efficiency (HHV) 72%EPA minimum efficiency      Cord wood price $250.00/Cord Budget quote  Wood pellet price $6.00 per 40 lb bag Budget quote  Propane price $3.69/gallon GLCC      Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 13 of 17  6.0 CONCLUSIONS & RECOMMENDATIONS This study concludes that Great Lands Christian Church can reduce annual operating costs for  space heating by installing high efficiency, low emission catalytic wood stoves.  Benefits for  using high efficiency stoves for the camp are that they do not require electricity to operate,  there is no risk for leaks or freezing from leaving them unattended during unoccupied periods,  they will be able to utilize a fuel source that is readily available for harvest on GLCC lands, and  they can efficiently heat the spaces evaluated.   As GLCC continues to pursue biomass energy options, WES Energy & Environment recommends  that the next level of evaluation includes detailed consideration of the following items:   Siting of the wood stoves in the cabins.   Wood stove capital costs based on detailed site investigations and direct quotes from  manufacturers.     Alternative funding sources (low interest loans, grants, and incentives).   Assessment of annual use for the buildings, and comparison of the savings based on this  usage to capital costs.   Consideration of the following regarding propane tank use:  o Outdoor propane tank connection exposes the tanks to ambient temperatures,  which will dictate the vaporization rate for the propane tanks.  In extreme cold  temperatures when the most heat is needed from the tanks, the vaporization  rate drops off and this will be the limiting factor for the heat output.  At ‐44oF,  the propane will remain in liquid form.    o When tanks are filled in cold conditions, and stored in cold conditions, they can  vent gas for pressure relief when brought inside and warmed.  This should not be  a major issue, but should be considered when bringing the tanks into an  occupied space.      Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 14 of 17  Source: http://www.epa.gov/burnwise/woodstoves.ht ml Source: http://www.forgreenheat.org/consumer_reso urces/reliablepellet.html 7.0 GENERAL BIOMASS TECHNOLOGY INFORMATION This section describes technologies that can be used for efficiently using wood for space  heating and domestic hot water heating.  Manufacturers of each technology are available both  domestically and abroad. A partial list of manufacturers is provided for technologies and does  not constitute an endorsement.  Other manufacturers are available and individual  investigations should be completed prior to purchase. Local codes and regulations may require  modifications or additional components for compliance depending on the system considered.    High Efficiency Catalytic Wood Stoves  High efficiency catalytic wood stoves can be used to  heat spaces efficiently using cord wood.  They are  typically used for smaller buildings and rooms with  open layouts.   The catalytic element reburns the smoke  to increase efficiency and reduce air emissions.   Efficiencies can reach 70% and higher.  Equipment costs  can range from $4,000 to $6,000 plus installation.  Annual savings can range from $3,000 to $5,000 per  year based on a facility using 1,500 gallons of propane  per year at current prices. Catalytic elements will  require periodic replacement every 5‐7 years depending  on frequency of use and will cost $200 ‐ $400 for the  replacement element.  Wood loading and ash removal  are manual. A partial list of manufacturers include  Woodstock Soapstone, Blaze King, Vermont Castings,  and Lopi.     Wood Pellet Stoves  High efficiency wood pellet stoves can be used to heat  spaces efficiently using wood pellets.  They are typically  used for smaller buildings and rooms with open layouts.      Efficiencies can reach 80% and higher.  Equipment costs  can range from $4,000 to $7,000 plus installation.  Annual savings can range from $1,500 to $2,500 per  year based on a facility using 1,500 gallons of propane  per year at current prices.  Fuel loading and ash removal  are manual. A partial list of manufacturers include  England Stove Works, Sherwood Industries, Harman,  and Lopi.         Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 15 of 17  Source: http://www.woodboilers.com/products/pellet‐ boilers/froling‐p4‐pellet.html   High Efficiency Indoor Wood Pellet Boiler  High efficiency indoor wood pellet boilers utilize  premium wood pellets as a renewable biomass fuel  source for hot water space heating systems. Wood  pellets are automatically fed from an adjacent storage  hopper into the firebox based on heating demand.   Efficiencies can exceed 80% when coupled with a hot  water thermal storage system that minimizes cycling  and allows the boiler to operate a more  consistent rate  to charge the hot water thermal storage tank. Multiple  boilers can be operated to increase heating capacity.   Equipment costs can vary depending on the heating  capacity required.  Annual savings can range from  $3,000 to $6,000 per year based on a facility using  5,000 gallons of #1 fuel oil per year at current prices.  Manual and automatic hopper loading is available. Ash  removal is manual. A partial list of manufacturers  include ACT Bioenergy, Froling, MESys, Evo World,  Windhager, Kedel, and Wood Master.       High Efficiency Indoor Cord Wood Boiler  High efficiency indoor cordwood boilers utilize split  cordwood as a renewable biomass fuel source for hot  water space heating systems. Efficiencies can exceed  70% when coupled with a hot water thermal storage  system that allows the cordwood boiler to operate at  high fire to charge the hot water thermal storage tank.  Equipment costs can typically range from $7,000 to  $15,000 plus installation, but will vary based on size  needed an options selected.  Annual savings can range  from $1,800 to $2,200 per year based on an average  building using 1,500 gallons of #1 fuel oil per year at  current prices. Manual loading and ash removal are  required. A partial list of manufacturers include Wood  Gun, Econoburn, Froling, Windhager, and Wood Master.                Source:  http://www.woodboilers.com/product s/woodboilers/froeling‐fhg.html Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 16 of 17  Source: http://www.afsenergy.com/Biomass%20Energy.htm   Advanced Biomass Combustion Units and Boilers  Advanced biomass combustion units and boilers are  typically an engineered product capable of firing on  wood chips, saw mill residue, wood pellets, saw  dust and other biomass fuels. Fuel is typically  delivered in bulk semi‐trailer loads and  automatically conveyed to the combustion unit.  Efficiencies can exceed 70% when coupled with a  hot water thermal storage system.  Emission  controls are typically required to clean up exhaust  gasses.  Capital costs are high and vary depending  on many factors. Annual fuel cost savings can range  from $100,000 to $120,000 per year based on a  facility using 50,000 gallons of #1 fuel oil per year at  current prices.  High fuel costs and high fuel usage  can potentially make a project feasible. A partial list  of manufacturers include Viessman, ACT Bioenergy,  Froling, MESys, Evo World, Wood Master,  Messersmith Manufacturing, AFS Energy Systems, Solagen, Wellons FEI, and Hurst.  Hot Water Thermal Storage System  Thermal storage tanks, also known as accumulator  tanks or buffer tanks, can raise the efficiency of hot  water heating systems firing on wood.  Solid fuels  burn more efficiently at higher firing rates than at  lower rates or idle modes where the fuel smolders,  smokes, and wastes energy.  Hot water thermal  storage allows the solid fuel boiler to fire efficiently  at full output to store the heat at elevated  temperatures in storage tanks. For optimum  operation a mixing valve is installed to blend cold  water returning from the facility with hot water  stored in the thermal storage tank.  Hot water is  sent back to the facility at a temperature that is  lower than the storage tanks, providing heat storage  and a buffer for short periods of high demand.  This  method of operation reduces smoldering and  smoking from inefficient operation, fuel use,  creosote buildup, and the need for frequent stoking.  Source: http://www.viessmann‐ us.com/en/District_Heating/Products/dhw/Storag e_Tanks.html Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment  Page 17 of 17  Source: WES Energy & Environment File Photo District Piping Systems  It can often be cost effective to connect multiple  buildings to one central wood fired heating plant.   Long runs of buried piping can be installed cost  effectively using pre‐insulated PEX piping.  It is  important to use factory injected close cell foam  insulation with a High Density Polyethylene (HDPE)  insulation jacket to prevent the insulation from being  compromised from ground water or leaks.   Pipe sizes  can range from 3/4” to 5” with roll lengths up to 600  feet.  Pipe material costs can be more expensive than  traditional iron pipe, however installation costs can  be reduced due to longer runs between splices and  connections.  Specialty pre‐insulated steel systems  are also available when larger diameters, higher  pressures, or higher temperatures are needed.     Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment                Appendix A  Conceptual Drawings                                  Teds Shed LayoutCatalytic Wood Stove6" Flue48'-0"22'-0"SCALE5'0'2.5' 5'Notes:1. This drawing is a conceptual layout for the purposes ofshowing one option for layout of a heating system. Finaldesign and layout will change based on equipmentselected, designer, and site conditions.Overhead DoorWESEE Great Lands Christian Church Fairbanks, AK Teds Shed 24'-0"16'-0"Loft AccessTyp.Existing Cabin LayoutNew Cabin LayoutPropane HeatersPropane TanksLoft AccessTyp.CatalyticWood Stove6" Flue24'-0"16'-0"SCALE5'0'2.5' 5'Notes:1. This drawing is a conceptual layout for the purposes ofshowing one option for layout of a heating system. Finaldesign and layout will change based on equipmentselected, designer, and site conditions.WESEE Great Lands Christian Church Fairbanks, AK Cabin 1-4 Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment                          Appendix B  Preliminary Capital Cost Estimates                                    Appendix B Great Lands Christian Church Gateway to the Arctic Line Item Value Units $/Unit Cost1&2 Catalytic wood stove rated at ~20,000 Btu/hr over 20 hours 5 $3,000 15,000$                    40" x 40" Hearth Pad 5 $500 2,500$                      Black pipe chimney 5 $750 3,750$                      Flashing and rain cap 5 $200 1,000$                      Radiation shield for back wall 5 $100 500$                         Sub‐Total 22,750$                    Contingency 10%2,275$                     Total 25,025$                    Notes: 4 ‐ Cost estimate is based on competitive bidding of equipment. Catalytic Wood Stove Conceptual Capital Cost Estimate 1 ‐ The catalytic wood stove systems are assumed to be installed by GLCC members. Therefore, installation  costs are not included. 2 ‐ The stove size is approximate, is selected based on the smallest stoves currenly available on the market, and  will vary based on the manufacturer selected. 3 ‐ Assumes that professional services will not be required due to the simplicity of the installation. WES Energy & Environment Biomass Prefeasibility Report Date: July 28, 2015 Great Lands Christian Church   Final Gateway to the Artic    WES Energy & Environment                          Appendix C  AkWarm Heating Load Estimates    Client:Nick Morrill Home at:Ted's Shed Talkeetna, AK 99676 Energy Flows below are in Btu/hour Gross Gross Useable Gross Useable Natural Month Hours Loss Internal Internal Solar Solar Infil cfm Jan 744 18,490 3,855 3,855 185 183 27 Feb 678 16,689 3,855 3,855 451 447 26 Mar 744 15,219 3,855 3,855 867 864 24 Apr 720 11,136 3,855 3,855 1,122 1,115 21 May 744 7,624 3,855 3,849 1,075 1,055 18 Jun 720 4,724 3,855 3,421 1,105 935 16 Jul 744 3,731 3,855 3,025 1,048 671 13 Aug 744 4,616 3,855 3,386 837 750 14 Sep 720 7,234 3,855 3,835 620 615 17 Oct 744 11,587 3,855 3,855 426 423 21 Nov 720 15,699 3,855 3,855 248 246 25 Dec 744 18,400 3,855 3,855 111 110 26 Annual Energy Flows Gross Loss: 98.5 MMBtu Gross Internal: 33.8 MMBtu Useable Internal: 32.5 MMBtu Internal Utilization: 0.962 Gross Solar: 5.9 MMBtu Useable Solar: 5.4 MMBtu Solar Utilization: 0.915 Net Heat Load: 60.6 MMBtu Design Heat Load See the 'Design Heat Loss Report' for detailed information on heating system sizing. Main Home: 26,747 Btu/hour Garage: 0 Btu/hour AkWarmCalc ver. 2.4.1.0, Energy Library ver. 3/30/2015 Client:Nick Morill Home at:Cabin Talkeetna, AK 99676 Energy Flows below are in Btu/hour Gross Gross Useable Gross Useable Natural Month Hours Loss Internal Internal Solar Solar Infil cfm Jan 744 8,719 2,481 2,481 177 175 3 Feb 678 7,870 2,411 2,411 374 372 3 Mar 744 7,176 2,317 2,317 634 624 3 Apr 720 5,251 2,223 2,223 754 718 2 May 744 3,595 2,154 2,107 669 595 2 Jun 720 2,228 2,129 1,747 657 397 2 Jul 744 1,759 2,154 1,515 634 242 1 Aug 744 2,177 2,223 1,757 540 338 1 Sep 720 3,411 2,317 2,199 450 436 2 Oct 744 5,464 2,411 2,411 337 335 2 Nov 720 7,403 2,481 2,481 226 225 3 Dec 744 8,677 2,506 2,506 111 110 3 Annual Energy Flows Gross Loss: 46.5 MMBtu Gross Internal: 20.3 MMBtu Useable Internal: 19.1 MMBtu Internal Utilization: 0.940 Gross Solar: 4.1 MMBtu Useable Solar: 3.3 MMBtu Solar Utilization: 0.820 Net Heat Load: 24.0 MMBtu Design Heat Load See the 'Design Heat Loss Report' for detailed information on heating system sizing. Main Home: 11,003 Btu/hour Garage: 0 Btu/hour AkWarmCalc ver. 2.4.1.0, Energy Library ver. 3/30/2015