recientemente me jubilé después de 30 años como contratista residencial. Mi esposa y yo ahora vivimos en un nuevo hogar que construí en Colorado. Es alto en las montañas (elevación: 10,000 pies; grados de calefacción días: 8,500) y tiene 2,000 pies cuadrados de espacio acondicionado calentado por un sistema de calefacción por suelo radiante.
El autor del Colorado casa cuenta con 2.000 metros cuadrados de espacio acondicionado., Sus costos promedio combinados de calefacción y agua caliente son de solo 2 20 por mes, una cifra que atribuye a la construcción ajustada, los termostatos programados y la eficiencia de su calentador de agua sin tanque.
mientras que la mayoría de los sistemas radiantes obtienen su agua caliente de un calentador de agua tipo tanque o de una caldera de hierro fundido, el calor de mi hogar y el agua caliente sanitaria (ACS) son proporcionados por un solo calentador de agua sin tanque Rinnai, o «bajo demanda». El Rinnai utiliza considerablemente menos energía que un calentador tipo tanque y cuesta menos instalar que una caldera con un intercambiador de calor.,
Los calentadores de agua sin tanque son una tecnología probada con un historial de muchos años para calentar ACS (consulte «Instalación de calentadores de agua bajo demanda», 2/06). Pero dado que pocos contratistas tienen experiencia en usarlos para el calor radiante, la información sobre el diseño confiable del sistema puede ser difícil de encontrar. En mi caso, perfeccionar un sistema requirió un poco de prueba y error.
considero que el esfuerzo vale la pena: durante los dos años que he tenido el sistema, los costos de calefacción y agua caliente para dos personas han promediado menos de $20 por mes.,
sin embargo, es importante tener en cuenta que mi casa está súper aislada (paredes R-35, R-50 A R-60 en el techo) y aprovecha la excelente exposición solar. Si el sol está fuera, que a menudo es en esta área, no necesitamos calor en absoluto durante el día. También complementamos nuestras necesidades de calefacción por la noche con una estufa de leña, que disfrutamos tanto para la comodidad como para el ambiente.
finalmente, utilizamos un termostato programado que limita la temperatura a 62 ° F en medio del día y por la noche, y 70°F de 6 a 8 A. M. y 6 a 10 p. m.
¿por qué Sin Tanque?,
Los calentadores de agua sin tanque ocupan muy poco espacio (la mina mide 13 1/2 pulgadas de ancho por 23 pulgadas de alto por 9 pulgadas de profundidad), se pueden montar en cualquier pared exterior y ofrecen agua caliente casi infinita.
a pesar del hecho de que las unidades no se utilizan comúnmente para el calor radiante, son una fuente de calor ideal para esta aplicación porque sus temperaturas de salida se pueden adaptar fácilmente a las necesidades del sistema radiante. Mi Rinnai proporciona agua de hasta 180 ° F, que es más que suficiente para los 110°F A 120°F necesarios para hacer funcionar mi sistema radiante., (Muchas de las unidades sin tanque para ACS tienen una temperatura máxima de salida de 140°F, pero las utilizadas para calefacción deben tener límites más altos.)
la economía de usar un calentador de agua sin tanque para suministrar ACS y calefacción también es bastante atractiva. El costo Total de mi sistema fue de alrededor de 5 5,000, sin incluir la mano de obra: 1 1,100 para el calentador sin tanque, 1 1,400 para el tubo PEX y various 2,400 para los diversos componentes, controles y accesorios.
aunque podría haber conseguido una unidad tipo tanque por tan solo 2 200, el costo adicional del modelo sin tanque es más que compensado por su ahorro de energía., La eficiencia energética de un aparato de calefacción se expresa como un decimal llamado su factor de energía, o EF. Un calentador de agua sin tanque tiene un EF entre .82 y .87, lo que significa que convierte 82 por ciento a 87 por ciento de su entrada de energía en calor. Las unidades tipo tanque tienen un EF alrededor .59, por lo que utilizan considerablemente más energía que sus contrapartes sin tanque.
una excepción es el Polaris de American Water Heater Co., que tiene un EF de aproximadamente .95. Sin embargo, su costo de 3 3,000 — casi tres veces más que mi Rinnai — era demasiado alto para que yo lo justificara., También podría haber utilizado una caldera de hierro fundido; su EF de .80 está cerca de la de un tanque sin tanque, pero el costo fue de más de 3 3,000.
selección de un calentador sin tanque
un calentador de agua sin tanque puede ser alimentado por electricidad, gas natural o propano. Consideré solo modelos propulsados por propano porque no tengo gas natural donde vivo, y porque el precio que pago por la electricidad no hizo que una unidad eléctrica fuera económicamente viable.
Mi unidad es un modelo de ventilación directa, que utiliza aire exterior para la combustión, una característica importante en un hogar apretado y bien aislado., Teóricamente, se puede instalar en cualquier pared exterior, e incluso en el exterior en algunos climas cálidos. Instalé el mío en el depósito de lodo cerca del panel del circuito eléctrico.
Mi única queja es que el nivel de ruido de mi calentador puede ser objetable, a veces. El cuarto de barro en mi casa está al lado del dormitorio del primer piso, y en tiempos de gran demanda, la unidad sin tanque «surge», creando un ruido bastante fuerte. Si tuviera que hacerlo de nuevo, no colocaría la unidad al lado de un dormitorio.
El calentador incluye un mando a distancia con un monitor digital que me permite subir o bajar la temperatura del agua que sale de la unidad. Lo puse a 140 ° F, que es lo suficientemente caliente como para satisfacer todas mis necesidades con pisos de madera y baldosas., Pero un amigo fontanero que instaló uno en una casa con pisos alfombrados tuvo que elevar la temperatura de salida a 170°F, ya que los pisos alfombrados son casi los más difíciles de calentar con un sistema radiante en el piso.
el mando a distancia también realiza otras funciones. Puede mostrar 12 o más mensajes de error que le alertan de problemas operativos. También puede mostrar la velocidad a la que fluye el agua a través del calentador y la temperatura de salida real.
la parte más importante de seleccionar un calentador sin tanque es asegurarse de que tenga el tamaño adecuado., El tamaño adecuado requiere que obtenga una imagen precisa de los requisitos de calefacción de una casa en particular. Para hacer eso, debe ejecutar un cálculo de pérdida de calor.
numerosas fuentes en Internet ofrecen métodos para calcular las pérdidas de calor — o software que puede hacerlo, ya sea por un cargo nominal o gratis.
Uponor (anteriormente wirsbo), un proveedor de tubos de polietileno PEX, ofrece software en www.uponor.com eso no solo calculará sus pérdidas de calor, sino que también lo ayudará a diseñar el sistema de distribución., El software no especifica una fuente de calor, pero funcionará tan bien para un tanque sin tanque como para un calentador de tipo tanque o una caldera. Está disponible de forma gratuita en una base de prueba, por lo que la empresa significa 15 usos o sesiones de diseño. Si encuentra el software útil, puede comprar una copia permanente.
en general, una casa nueva bien aislada no debería requerir mucho más de 15 Btu por pie cuadrado por hora. Por 2.000 pies cuadrados, eso es 30.000 Btu por hora.
incluso una casa mal aislada de este tamaño no debería necesitar más de 60,000 Btu por hora., La mayoría de las unidades que debe considerar tendrán salidas de al menos 150,000 Btu por hora; en la mayoría de los casos, el tamaño será determinado por los requisitos de ACS de la casa (consulte «Cómo dimensionar un calentador sin tanque»).
Cómo dimensionar un calentador sin tanque
El dimensionamiento adecuado requiere que sepa cuánta agua usará la casa durante los períodos pico, la temperatura aproximada del suministro de agua de la ciudad o el agua de pozo, y cuánto necesita el calentador para calentar esa agua para alcanzar la temperatura necesaria.
la siguiente tabla muestra los caudales de muestreo para varios aparatos y accesorios., El gráfico de abajo muestra la curva de flujo de temperatura para un calentador de muestra, en este caso uno con una salida de 180,000 Btu. Determine cuántos accesorios o electrodomésticos se operarán al mismo tiempo, sume sus caudales y luego mire la curva para determinar si esa unidad satisfará las necesidades del hogar.
Supongamos que la casa se requiere un aumento de la temperatura de 75°F., (Esa es la diferencia de temperatura entre el agua de pozo de 40°F y la temperatura de salida requerida de 115°F.) La línea vertical de 75°F cumple con la curva a un caudal de aproximadamente 4.5 galones por minuto (gpm).
Esta unidad sería suficiente para ejecutar una ducha (2.5 gpm) y un grifo (1.5 gpm) al mismo tiempo. Sin embargo, no proporcionaría suficiente agua caliente para dos duchas a 5 gpm cada una. En ese caso, la solución sería instalar dos calentadores, o instalar un calentador con una mayor capacidad.,
aunque se venden principalmente para agua caliente sanitaria, los calentadores sin tanque son en realidad muy adecuados para la calefacción radiante, que funciona a bajas temperaturas en comparación con, por ejemplo, el zócalo de agua caliente. Por lo tanto, el uso de la unidad para calefacción radiante generalmente tiene poco o ningún efecto en el cálculo del tamaño.,
curva de temperatura de muestra para una unidad bajo demanda
la salida en Btu de un calentador lo suficientemente grande como para las necesidades de agua caliente doméstica suelen ser suficientes para satisfacer sus necesidades de calefacción también. Si los circuladores de calefacción funcionan al mismo tiempo que el agua caliente sanitaria, la temperatura en los bucles de calefacción puede disminuir ligeramente. Pero debido a que el agua caliente sanitaria se utiliza solo de forma intermitente, esto rara vez sería un problema.,
por ejemplo, en mi sistema de piso radiante, el agua que regresa a la unidad de calefacción desde los bucles de calefacción es de solo 10°F a 20°F por debajo de la temperatura de salida de diseño de la zona de 110°F a 120°F, mucho más alta que los 40°F del agua de pozo entrante.por lo tanto, una vez que el agua en los bucles de calefacción se ha calentado inicialmente, la unidad de calefacción tiene que elevar el agua de retorno, o mayor demanda de calefacción., Pero en casi todos los casos, el agua del suelo radiante en los bucles nunca será inferior a la temperatura ambiente. Asegúrese de consultar al representante del fabricante antes de decidir qué calentador sin tanque comprar.
diseñar el sistema de distribución
Cuando comencé a investigar el uso de tankless para el calor radiante, encontré varias fuentes en Internet que recomendaban usar un sistema de distribución abierto, en el que el suministro de ACS fluye a través de los bucles radiantes., No me gustan los sistemas abiertos( de hecho, algunos estados los prohíben); las áreas estancadas pueden desarrollarse en los bucles de calefacción, especialmente en el verano, lo que permite el crecimiento de bacterias, incluidas las que causan la enfermedad del legionario.
eliminé los problemas de salud mediante el uso de un sistema cerrado, en el que los bucles de ACS y calefacción están totalmente separados. El agua calentada por el calentador sin tanque fluye directamente a través de la tubería del piso, mientras que un intercambiador de calor proporciona calor para el suministro de ACS.,
El agua caliente sanitaria sistema., En mi sistema de ACS, el agua del pozo entra en el intercambiador de calor y luego va a los lavabos, las duchas, el lavavajillas, etc. Compré mi intercambiador de calor de placa plana de www.houseneeds.com por $250 (tales productos también están disponibles en las casas de suministro de plomería). El mío está clasificado en 240,000 Btu por hora-algo más bajo de lo que mis cálculos indicaron que podría necesitar. Aún así, puedo tomar una ducha y hacer funcionar el lavavajillas al mismo tiempo., No he intentado ejecutar dos duchas simultáneamente, pero el baño principal, que usamos con frecuencia, tiene cuatro chorros montados en la pared, cada uno de los cuales dispersa casi tanta agua como un cabezal de ducha. Podemos operarlos sin problemas.
en un sistema cerrado bien diseñado, el intercambiador de calor estará en el bucle primario, mientras que cada zona de calentamiento será alimentada por su propio bucle secundario, como en la Figura 2.
aprendí de la manera difícil que el intercambiador de calor para el ACS debe estar en el bucle primario., Inicialmente lo instalé en su propio bucle secundario, pero descubrí que las zonas de calentamiento robarían suficiente agua para evitar que el intercambiador de calor entregara suficiente agua caliente a los grifos, y que esto sucedió incluso cuando los bucles de calor no estaban activos. Así que reconfiguré la tubería, y ahora toda el agua en el sistema fluye a través del intercambiador de calor antes de ser enviada a los bucles secundarios.
el bucle primario necesita una bomba nominal de al menos 6 galones por minuto a 30 pies de cabeza, que es la medida de la presión creada por una columna de agua de 30 pies de altura., Una bomba nominal de 30 pies de cabeza funcionará hasta que se alcance esa presión, momento en el que ya no puede suministrar agua.
subestimar la bomba primaria causará fallas. De hecho, traté de ahorrar dinero usando una bomba de menor capacidad en el bucle primario, pero no entregaba suficiente agua caliente a los grifos; finalmente tuve que comprar una bomba de mayor capacidad.
también necesita conocer sus necesidades de agua caliente antes de elegir un intercambiador de calor. Como mencioné anteriormente, la salida de mi calentador de agua se establece en 140 ° F., Cuando se suministra con el agua de 140 ° F, mi intercambiador de calor suministra agua a una temperatura de aproximadamente 130°F, que es lo suficientemente alta para las duchas y el lavavajillas.
zonas de calentamiento. Cada una de mis dos zonas de calentamiento incluye una válvula mezcladora para reducir la temperatura, a 120°F para la zona del sótano y a 110°F para la zona del piso principal. (Quería que la temperatura del piso principal fuera más baja para proteger el piso de madera preacabada que instalé en la sala de estar.)
dado que el intercambiador de calor obtiene el agua caliente primero, el funcionamiento de las zonas radiantes al mismo tiempo no afecta la temperatura de ACS., Causa un cambio menor en la temperatura del agua del piso radiante, pero esto es de poca preocupación porque la ACS rara vez está encendida durante más de varios minutos a la vez.
ocasionalmente, tanto los termostatos de zona como el ACS requieren que el calentador de agua esté encendido, por lo que es importante mantener todas las conexiones eléctricas en un circuito. Ninguno de los componentes eléctricos requiere mucha potencia.
elegir componentes
Si instala un sistema con una combinación de calor radiante y un calentador de agua sin tanque, necesitará una variedad de bombas, interruptores y accesorios.,
El calentador debe tener una ingesta de agua-filtro de pantalla y la necesaria tubo de ventilación para la combustión y escape de aire.
Rinnai vende un kit de plomería opcional, que consta de dos desagües de caldera, una válvula de alivio de presión y válvulas de bola. Lo compré, e instalé drenajes de caldera adicionales para facilitar la purga del sistema de aire., Si está utilizando válvulas mezcladoras, también necesita un medidor de temperatura aguas abajo de cada válvula, para que pueda monitorear la temperatura del agua en el sistema de piso.
debido a los tiempos de respuesta lentos para el calor radiante en el piso, es esencial usar termostatos programables. Por ejemplo, me gusta la temperatura ambiente más baja por la noche. Toma aproximadamente dos horas después de que el termostato apague el calor para que el aire en la habitación comience a enfriarse. Por la mañana, el calentador calienta el piso durante aproximadamente tres horas antes de que el aire de la habitación alcance su temperatura de diseño., Mi termostato programable tiene en cuenta estas Condiciones.
para que mi sistema funcione correctamente, he encontrado que los termostatos que activan las bombas de zona también tienen que encender la bomba de bucle primario. Al principio, conecté mis termostatos a un par de relés que encendían las bombas de zona, pero no la bomba de bucle primario. Terminé reemplazándolos con un solo relé taco SR503-EXP que se conecta a hasta tres termostatos. Ahora, cuando un termostato pide calor, el termostato enciende la bomba para esa zona, así como la bomba de bucle primario.,
he visto algunos diseños de sistemas que dejan la bomba primaria encendida constantemente, pero considero que es un desperdicio de energía.
Interruptor de flujo para agua caliente sanitaria. Algo a tener en cuenta es que la mayoría de los calentadores sin tanque tienen un interruptor de flujo interno que activa el quemador a un caudal de 1/2 galón por minuto (gpm) o más. Esto está bien para ducharse, pero un flujo bajo continuo de agua caliente, como el que puede usar para enjuagar los platos o mientras se afeita, no hará que el calentador se dispare, lo que significa que el agua se enfriará después de un corto tiempo.,
para garantizar que puedo obtener un bajo flujo de agua caliente, agregué un interruptor de flujo estándar de 120CV (un McDonnell & Miller Series FS6, disponible de varias fuentes en Internet, incluida State Supply Co., www.statesupply.com) que cierra los contactos a 0.12 gpm. El interruptor de flujo activa la bomba primaria, que crea suficiente flujo a través del calentador para provocar que se dispare. Esto ha funcionado bien, garantizando que el agua se mantenga caliente incluso a un bajo caudal.,
Hindsight
aparte de la ubicación del calentador, no cambiaría nada sobre mi sistema en este punto. Me gusta mucho el ahorro de espacio y la flexibilidad que me da para ajustar las temperaturas de diseño., Y debido a que tengo una casa relativamente pequeña y bien aislada, el calentador funciona solo de seis a siete horas por día, o menos, incluso en los días más fríos del año, lo que debería producir una vida útil bastante larga.
Bob Gleason se formó como ingeniero mecánico y fue propietario de un negocio de contratación general durante 30 años. Ahora jubilado, vive en Twin Lakes, Colo.