j’ai récemment pris ma retraite après 30 ans en tant qu’entrepreneur résidentiel. Ma femme et moi vivons maintenant dans une nouvelle maison que j’ai construite dans le Colorado. Il est haut dans les montagnes (altitude: 10 000 pieds; degrés jours de chauffage: 8 500) et dispose de 2 000 pieds carrés d’espace climatisé chauffé par un système de chauffage par le sol radiant.
L’auteur du Colorado dans la maison possède 2000 pieds carrés d’espace climatisé., Ses coûts moyens combinés pour la chaleur et l’eau chaude ne sont que de 20 $par mois, un chiffre qu’il attribue à la construction serrée, aux thermostats programmés et à l’efficacité de son chauffe-eau sans réservoir.
alors que la plupart des systèmes radiants tirent leur eau chaude d’un chauffe-eau de type réservoir ou d’une chaudière en fonte, le chauffage et l’eau chaude sanitaire (ECS) de ma maison sont tous deux fournis par un seul chauffe-eau Rinnai sans réservoir ou « à la demande ». Le Rinnai consomme beaucoup moins d’énergie qu’un chauffage de type réservoir et coûte moins cher à installer qu’une chaudière avec un échangeur de chaleur.,
Les chauffe-eau sans réservoir sont une technologie éprouvée depuis de nombreuses années pour le chauffage de L’eau chaude sanitaire (voir « Installation de chauffe-eau à la demande », 2/06). Mais comme peu d’entrepreneurs ont l’expérience de les utiliser pour la chaleur rayonnante, des informations sur la conception fiable du système peuvent être difficiles à trouver. Dans mon cas, perfectionner un système a pris quelques essais et erreurs.
je considère que l’effort en vaut la peine: au cours des deux années où j’ai eu le système, les coûts de chauffage et d’eau chaude pour deux personnes ont été en moyenne inférieurs à 20 $par mois.,
Il est important de noter, cependant, que ma maison est super-isolée (murs R-35, R-50 à R-60 dans le toit) et profite d’une excellente exposition solaire. Si le soleil est dehors, ce qu’il est souvent dans cette zone, nous n’avons pas besoin de chaleur du tout pendant la journée. Nous complétons également nos besoins de chauffage le soir avec un poêle à bois, que nous apprécions pour le confort et l’ambiance.
enfin, nous utilisons un thermostat programmé qui limite la température à 62 ° F en milieu de journée et de nuit, et à 70 ° F de 6 à 8 h et de 18 à 22 h.
pourquoi Sans Réservoir?,
Les chauffe-eau sans réservoir prennent très peu de place (la mine mesure 13 1/2 pouces de large par 23 pouces de haut par 9 pouces de profondeur), peuvent être montés sur n’importe quel mur extérieur et offrent de l’eau chaude presque sans fin.
malgré le fait que les unités ne sont pas couramment utilisées pour la chaleur rayonnante, elles sont une source de chaleur idéale pour cette application car leurs températures de sortie peuvent être facilement adaptées aux besoins du système rayonnant. Mon Rinnai fournit de l’eau jusqu’à 180°F, ce qui est plus que suffisant pour les 110°F à 120°F nécessaires pour faire fonctionner mon système radiant., (La plupart des unités sans réservoir pour ECS ont une température de sortie maximale de 140°F, mais celles utilisées pour le chauffage devraient avoir des limites plus élevées.)
l’économie de l’utilisation d’un chauffe-eau sans réservoir pour fournir à la fois L’ECS et le chauffage est également très attrayante. Le coût Total de mon système était d’environ 5 000$, sans compter la main-d’œuvre: 1 100 for pour le chauffage sans réservoir, 1 400 for pour le tube PEX et 2 400 for pour les différents composants, commandes et raccords.
bien que j’aurais pu obtenir une unité de type réservoir pour aussi peu que 200$, le coût supplémentaire du modèle sans réservoir est plus que compensé par ses économies d’énergie., L’efficacité énergétique d’un appareil de chauffage est exprimée sous la forme d’une décimale appelée son facteur d’énergie, ou EF. Un chauffe-eau sans réservoir a un EF entre .82 et .87, ce qui signifie qu’il convertit 82 pour cent à 87 pour cent de son apport d’énergie en chaleur. Les unités de type réservoir ont un EF autour .59, ils utilisent donc beaucoup plus d’énergie que leurs homologues sans réservoir.
Une exception est le Polaris par American Chauffe-Eau Co. qui a un EF environ .95. Cependant, son coût de 3 000 $ – presque trois fois plus que mon Rinnai — était trop élevé pour que je puisse le justifier., J’aurais aussi pu utiliser une chaudière en fonte; son EF de .80 est proche de celui d’un sans réservoir, mais le coût était supérieur à 3 000$.
choix d’un chauffe-eau sans réservoir
un chauffe-eau sans réservoir peut être alimenté à l’électricité, au gaz naturel ou au propane. Je n’ai considéré que les modèles alimentés au propane parce que je n’ai pas de gaz naturel là où je vis, et parce que le prix que je paie pour l’électricité ne rendait pas une unité électrique économiquement réalisable.
mon unité est un modèle à ventilation directe, qui utilise de l’air extérieur pour la combustion, une caractéristique importante dans une maison étanche et bien isolée., Théoriquement, il peut être installé sur un mur extérieur, et même à l’extérieur dans certains climats chauds. J’ai installé le mien dans le Vestiaire Près du panneau de circuit électrique.
mon seul reproche est que le niveau de bruit de mon appareil de chauffage peut parfois être répréhensible. Le vestiaire de ma maison est à côté de la chambre du premier étage, et en période de forte demande, l’unité sans réservoir « monte en flèche », créant un bruit assez fort. Si je devais le refaire, Je ne placerais pas l’unité à côté d’une chambre à coucher.
le chauffage comprend une télécommande avec un moniteur numérique qui me permet d’augmenter ou d’abaisser la température de l’eau sortant de l’appareil. Je l’ai réglé à 140 ° F, ce qui est assez chaud pour répondre à tous mes besoins avec du bois et des planchers de tuiles., Mais un ami plombier qui en a installé un dans une maison avec de la moquette a dû élever la température de sortie à 170°F, car les moquettes sont à peu près les plus difficiles à chauffer avec un système rayonnant dans le sol.
la télécommande remplit également d’autres fonctions. Il peut afficher 12 messages d’erreur ou plus qui vous alertent des problèmes de fonctionnement. Il peut également afficher le taux d’écoulement de l’eau à travers l’appareil de chauffage et la température de sortie réelle.
la partie La plus importante de la sélection d’un chauffe-eau sans réservoir s’assurer qu’il est correctement dimensionné., Un dimensionnement approprié nécessite que vous obteniez une image précise des besoins de chauffage d’une maison particulière. Pour ce faire, vous devez exécuter un calcul de perte de chaleur.
de nombreuses sources sur Internet proposent des méthodes de calcul des pertes de chaleur — ou des logiciels capables de le faire — soit pour une charge nominale, soit gratuitement.
Uponor (anciennement Wirsbo), un fournisseur de tubes en polyéthylène PEX, propose des logiciels à www.uponor.com cela permettra non seulement de calculer vos pertes de chaleur, mais aussi de vous aider à concevoir le système de distribution., Le logiciel n’indique pas une source de chaleur, mais il fonctionnera aussi bien pour un chauffe comme un réservoir de type chauffe-eau ou une chaudière. Il est disponible gratuitement sur une base d’essai, par lequel l’entreprise signifie 15 utilisations ou sessions de conception. Si vous trouvez le logiciel utile, vous pouvez acheter une copie permanente.
en général, une maison neuve bien isolée ne devrait pas nécessiter beaucoup plus de 15 Btu par pied carré par heure. Pour 2 000 pieds carrés, c’est 30 000 Btu par heure.
même une maison mal isolée de cette taille ne devrait pas avoir besoin de plus de 60 000 Btu par heure., La plupart des unités que vous devriez envisager auront des sorties d’au moins 150 000 Btu par heure; dans la plupart des cas, le dimensionnement sera déterminé par les exigences D’ECS de la maison (voir « comment dimensionner un chauffage Sans Réservoir »).
comment dimensionner un appareil de chauffage Sans Réservoir
le dimensionnement approprié exige que vous sachiez quelle quantité d’eau la maison utilisera pendant les périodes de pointe, la température approximative de l’approvisionnement en eau de la ville ou de l’eau du puits, et combien le chauffage doit chauffer cette eau pour atteindre la température
le tableau ci-dessous montre les débits d’échantillons pour divers appareils et appareils., Le graphique ci-dessous montre la courbe de débit de température pour un réchauffeur d’échantillon, dans ce cas avec une sortie de 180 000 Btu. Déterminez combien d’appareils ou d’appareils seront utilisés en même temps, additionnez leurs débits, puis regardez la courbe pour déterminer si cette unité répondra aux besoins de la maison.
Supposons que la maison exigera une augmentation de la température de 75°F., (C’est la différence de température entre l’eau du puits de 40°F et la température de sortie requise de 115°F.) La ligne verticale de 75°F répond à la courbe à un débit d’environ 4,5 gallons par minute (gpm).
Cette unité serait suffisant pour exécuter une douche (2,5 gpm) et un robinet (1.5 gpm) en même temps. Cependant, il ne fournirait pas assez d’eau chaude pour deux douches à 5 gpm chacune. Dans ce cas, la solution serait d’installer deux appareils de chauffage, ou pour installer un chauffe-eau avec une plus grande capacité.,
bien qu’ils soient vendus principalement pour l’eau chaude sanitaire, les chauffages sans réservoir sont en fait bien adaptés au chauffage par rayonnement, qui fonctionne à basse température par rapport, par exemple, aux plinthes à eau chaude. Ainsi, l’utilisation de l’unité pour le chauffage par rayonnement a généralement peu ou pas d’effet sur le calcul du dimensionnement.,
Exemple de Courbe de Température À la Demande de l’Unité
La sortie de Btu d’un chauffe-eau suffisant pour alimenter une maison chaude sanitaire-les besoins en eau est généralement suffisante pour répondre à ses besoins de chauffage ainsi. Si les circulateurs de chauffage fonctionnent en même temps que l’eau chaude sanitaire, la température dans les boucles de chauffage peut légèrement baisser. Mais comme l’eau chaude sanitaire n’est utilisée que par intermittence, ce serait rarement un problème.,
par exemple, dans mon système à plancher radiant, l’eau renvoyée dans l’Unité de chauffage par les boucles de chauffage n’est que de 10°F à 20°F en dessous de la température de sortie de conception de zone de 110°F à 120°F-beaucoup plus élevée que les 40°F de l’eau de puits entrant.ainsi, une fois que l’eau dans les boucles de chauffage a été initialement chauffée, l’Unité de chauffage doit élever l’eau de retour seulement d’environ 10°F à 20°F.
D’autres systèmes peuvent avoir une température d’eau entrante plus élevée, une température de conception plus élevée, ou une plus grande demande de chauffage., Mais dans presque tous les cas, l’eau du sol rayonnant dans les boucles ne sera jamais inférieure à la température ambiante. Assurez-vous de consulter un représentant du fabricant avant de décider quel appareil de chauffage sans réservoir acheter.
conception du système de Distribution
lorsque j’ai commencé à faire des recherches sur l’utilisation du sans réservoir pour la chaleur rayonnante, j’ai trouvé plusieurs sources sur Internet qui recommandaient d’utiliser un système de distribution ouvert, dans lequel l’alimentation en ECS circule à travers les boucles rayonnantes., Je n’aime pas les systèmes ouverts (en fait, certains États les interdisent); des zones stagnantes peuvent se développer dans les boucles de chauffage, surtout en été, permettant la croissance de bactéries — y compris celles qui causent la maladie du légionnaire.
j’ai éliminé les problèmes de santé en utilisant un système fermé, dans lequel les boucles D’ECS et de chauffage sont totalement séparées. L’eau chauffée par l’appareil de chauffage sans réservoir s’écoule directement à travers le tube de plancher, tandis qu’un échangeur de chaleur fournit de la chaleur pour l’alimentation en eau chaude sanitaire.,
Le chauffe-eau du système., Dans mon système D’ECS, l’eau du puits entre dans l’échangeur de chaleur et va ensuite aux éviers, aux douches, au lave-vaisselle, etc. J’ai acheté mon échangeur de chaleur à plaque plate de www.houseneeds.com pour 250 $(ces produits sont également disponibles dans les maisons de plomberie). Le mien est évalué à 240 000 Btu par heure-un peu moins que mes calculs indiquaient que je pourrais avoir besoin. Malgré tout, je peux prendre une douche et faire fonctionner le lave-vaisselle en même temps., Je n’ai pas essayé de faire fonctionner deux douches simultanément, mais le bain principal, que nous utilisons fréquemment, a quatre jets muraux, dont chacun disperse presque autant d’eau qu’une pomme de douche. Nous sommes en mesure de fonctionner sans problème.
Dans un système fermé, l’échangeur de chaleur sera dans la boucle primaire, tandis que chaque zone de chauffage sera alimenté par sa propre boucle secondaire, comme dans la Figure 2.
j’ai appris à la dure que l’échangeur de chaleur pour l’ECS doit être dans la boucle primaire., Je l’ai d’abord installé dans sa propre boucle secondaire, mais j’ai constaté que les zones de chauffage volaient suffisamment d’eau pour empêcher l’échangeur de chaleur de fournir suffisamment d’eau chaude aux robinets, et que cela se produisait même lorsque les boucles de chaleur n’étaient pas actives. J’ai donc reconfiguré la tuyauterie, et maintenant toute l’eau du système s’écoule à travers l’échangeur de chaleur avant d’être envoyée aux boucles secondaires.
La boucle primaire besoin d’une pompe évalué pour au moins 6 gallons par minute à 30 pieds de la tête, qui est la mesure de la pression créée par une colonne d’eau de 30 pieds de haut., Une pompe évaluée à 30 pieds de tête fonctionnera jusqu’à ce que cette pression soit atteinte, à quel point elle ne peut plus fournir d’eau.
Le sous-dimensionnement de la pompe primaire entraînera une défaillance. En fait, j’ai essayé d’économiser de l’argent en utilisant une pompe de plus faible capacité sur la boucle primaire, mais elle ne fournirait pas assez d’eau chaude aux robinets; j’ai finalement dû acheter une pompe de plus grande capacité.
Vous devez également connaître vos besoins en eau chaude avant de choisir un échangeur de chaleur. Comme je l’ai mentionné précédemment, la sortie de mon chauffe-eau est réglée à 140 ° F., Lorsqu’il est fourni avec l’eau 140°F, mon échangeur de chaleur fournit de l’eau à une température d’environ 130°F, ce qui est assez élevé pour les douches et le lave-vaisselle.
zones de Chauffage. Chacune de mes deux zones de chauffage comprend une vanne de mélange pour réduire la température-à 120 ° F pour la zone du Sous-sol et à 110°F pour la zone du rez-de-chaussée. (Je voulais que la température du rez-de-chaussée soit plus basse pour protéger le plancher de bois franc préfini que j’ai installé dans le salon.)
étant donné que l’échangeur de chaleur reçoit l’eau chaude en premier, l’exécution des zones rayonnantes en même temps n’affecte pas la température de L’ECS., Cela provoque un changement mineur de la température de l’eau du plancher radiant, mais cela est peu préoccupant car l’ECS est rarement allumée pendant plus de plusieurs minutes à la fois.
de temps en temps, les thermostats de zone et L’ECS exigent que le chauffe-eau soit allumé, il est donc important de garder toutes les connexions électriques sur un seul circuit. Aucun des composants électriques ne nécessite beaucoup d’énergie.
choix des composants
Si vous installez un système avec une combinaison de chaleur rayonnante et d’un chauffe-eau sans réservoir, vous aurez besoin d’une variété de pompes, d’interrupteurs et de raccords.,
Le chauffe-eau doit avoir une prise d’eau-filtre écran et le nécessaire de tuyau de ventilation pour la combustion et l’évacuation de l’air.
Rinnai vend un kit de plomberie en option, qui se compose de deux drains de chaudière, d’une soupape de surpression et de robinets à tournant sphérique. Je l’ai acheté et installé des drains de chaudière supplémentaires pour faciliter la purge du système d’air., Si vous utilisez des vannes de mélange, vous avez également besoin d’une jauge de température en aval de chaque vanne, afin que vous puissiez surveiller la température de l’eau dans le système de plancher.
en raison des temps de réponse lents pour la chaleur rayonnante dans le sol, il est essentiel d’utiliser des thermostats programmables. Par exemple, j’aime les températures ambiantes plus basses la nuit. Il faut environ deux heures après que le thermostat a éteint la chaleur pour que l’air dans la pièce commence à refroidir. Le matin, l’appareil de chauffage réchauffe le sol pendant environ trois heures avant que l’air ambiant n’atteigne sa température de conception., Mon thermostat programmable prend ces conditions en considération.
pour que mon système fonctionne correctement, j’ai constaté que les thermostats qui activent les pompes de zone doivent également allumer la pompe à boucle primaire. Au début, j’ai connecté mes thermostats à une paire de relais qui ont allumé les pompes de zone mais pas la pompe à boucle primaire. J’ai fini par les remplacer par un seul relais Taco SR503-EXP qui se connecte à jusqu’à trois thermostats. Maintenant, lorsqu’un thermostat demande de la chaleur, le thermostat allume la pompe pour cette zone ainsi que la pompe à boucle primaire.,
j’ai vu des conceptions de systèmes qui laissent la pompe primaire allumée en permanence, mais je considère que c’est un gaspillage d’énergie.
Interrupteur de débit pour eau chaude sanitaire. Il faut savoir que la plupart des appareils de chauffage sans réservoir ont un interrupteur de débit interne qui active le brûleur à un débit de 1/2 gallon par minute (gpm) ou plus. C’est très bien pour la douche, mais un faible débit continu d’eau chaude — comme vous pouvez l’utiliser pour rincer la vaisselle ou pendant le rasage — ne provoquera pas le feu de l’appareil de chauffage, ce qui signifie que l’eau sera froide après un court laps de temps.,
pour m’assurer que je puisse obtenir un faible débit d’eau chaude, j’ai ajouté un commutateur de débit 120cv standard (un McDonnell& Miller Series FS6, disponible à partir de plusieurs sources sur Internet, y compris State Supply Co., www.statesupply.com) qui ferme les contacts à 0,12 gpm. Le commutateur de débit active la pompe primaire, ce qui crée un débit suffisant à travers le chauffage pour le déclencher. Cela a bien fonctionné, garantissant que l’eau reste chaude même à faible débit.,
rétrospectivement
mis à part l’emplacement du chauffage, Je ne changerais rien à mon système à ce stade. J’aime beaucoup les économies d’espace et la flexibilité que cela me donne pour ajuster les températures de conception., Et parce que j’ai une maison relativement petite et bien isolée, le chauffage ne fonctionne que six à sept heures par jour — ou moins — même les jours les plus froids de l’année, ce qui devrait donner une durée de vie assez longue.
Bob Gleason a suivi une formation d’ingénieur en mécanique et a été propriétaire d’une entreprise de sous-traitance générale pendant 30 ans. Maintenant à la retraite, il vit à Twin Lakes, Colo.