Recentemente mi sono ritirato dopo 30 anni come imprenditore residenziale. Io e mia moglie ora viviamo in una nuova casa che ho costruito in Colorado. È alto in montagna (elevazione: 10.000 piedi; gradi di riscaldamento giorni: 8.500) e ha 2.000 piedi quadrati di spazio condizionato riscaldato da un sistema di riscaldamento a pavimento radiante.
La casa dell’autore in Colorado ha 2.000 piedi quadrati di spazio condizionato., I suoi costi medi combinati per il calore e l’acqua calda sono solo $20 al mese, una cifra che attribuisce alla costruzione stretta, ai termostati programmati e all’efficienza del suo scaldabagno senza serbatoio.
Mentre la maggior parte dei sistemi radianti ottiene la propria acqua calda da uno scaldabagno a serbatoio o da una caldaia in ghisa, il calore della mia casa e l’acqua calda sanitaria (ACS) sono entrambi forniti da un singolo scaldabagno Rinnai senza serbatoio o “su richiesta”. Il Rinnai utilizza molta meno energia di un riscaldatore a serbatoio e costa meno da installare di una caldaia con scambiatore di calore.,
Gli scaldacqua Tankless sono una tecnologia collaudata con un track record di molti anni per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria (vedi “Installazione di scaldacqua su richiesta”, 2/06). Ma poiché pochi appaltatori hanno esperienza nel loro utilizzo per il calore radiante, le informazioni sulla progettazione affidabile del sistema possono essere difficili da trovare. Nel mio caso, perfezionare un sistema ha richiesto alcuni tentativi ed errori.
Considero lo sforzo utile: durante i due anni in cui ho avuto il sistema, i costi di calore e acqua calda per due persone hanno una media inferiore a $20 al mese.,
È importante notare, però, che la mia casa è super-isolata (pareti R-35, R-50 a R-60 nel tetto) e sfrutta un’eccellente esposizione solare. Se il sole è fuori, che spesso è in questa zona, non abbiamo bisogno di calore a tutti durante il giorno. Completiamo anche le nostre esigenze di riscaldamento la sera con una stufa a legna, che ci piace sia per il comfort e l’ambiente.
Infine, utilizziamo un termostato programmato che limita la temperatura a 62 ° F nel bel mezzo del giorno e di notte, e 70°F dalle 6 alle 8 del mattino e dalle 6 alle 10 del pomeriggio
Perché senza serbatoio?,
Scaldacqua Tankless occupano pochissimo spazio (miniera misura 13 1/2 pollici di larghezza da 23 pollici di altezza da 9 pollici di profondità), può essere montato su qualsiasi parete esterna, e offrono acqua calda quasi infinita.
Nonostante il fatto che le unità non siano comunemente utilizzate per il calore radiante, sono una fonte di calore ideale per questa applicazione perché le loro temperature di uscita possono essere facilmente abbinate alle esigenze del sistema radiante. Il mio Rinnai fornisce acqua fino a 180°F, che è più che sufficiente per i 110°F a 120 ° F necessari per eseguire il mio sistema radiante., (Molte delle unità tankless per ACS hanno una temperatura massima di uscita di 140 ° F, ma quelle utilizzate per il riscaldamento dovrebbero avere limiti più alti.)
L’economia di utilizzare un riscaldatore di acqua senza serbatoio per fornire sia ACS e riscaldamento sono anche molto attraente. Il costo totale per il mio sistema era di circa $5.000, esclusa la manodopera: $1.100 per il riscaldatore tankless, $1.400 per il tubo PEX e $2.400 per i vari componenti, controlli e raccordi.
Anche se avrei potuto ottenere un’unità di tipo serbatoio per un minimo di $200, il costo aggiuntivo del modello tankless è più che compensato dal suo risparmio energetico., L’efficienza energetica di un apparecchio di riscaldamento è espressa come un decimale chiamato il suo fattore energetico, o EF. Uno scaldabagno senza serbatoio ha un EF tra .82 e .87, il che significa che converte l ‘ 82 percento in 87 percento del suo apporto energetico in calore. Le unità di tipo serbatoio hanno un EF intorno .59, quindi usano molto più energia delle loro controparti senza serbatoio.
Un’eccezione è il Polaris di American Water Heater Co., che ha un EF di circa .95. Tuttavia, il suo costo di $3,000-quasi tre volte tanto quanto il mio Rinnai-era troppo alto per me da giustificare., Avrei potuto anche usare una caldaia in ghisa; il suo EF di .80 è vicino a quello di un tankless, ma il costo è stato più di $3.000.
Selezione di un riscaldatore senza serbatoio
Uno scaldabagno senza serbatoio può essere alimentato da elettricità, gas naturale o propano. Ho considerato solo modelli alimentati a propano perché non ho gas naturale dove vivo e perché il prezzo che pago per l’elettricità non rendeva economicamente fattibile un’unità elettrica.
La mia unità è un modello a sfiato diretto, che utilizza aria esterna per la combustione, una caratteristica importante in una casa stretta e ben isolata., Teoricamente, può essere installato su qualsiasi parete esterna, e anche all’esterno in alcuni climi caldi. Ho installato il mio nel mudroom vicino al pannello del circuito elettrico.
La mia unica lamentela è che il livello di rumore del mio riscaldatore può essere discutibile a volte. Il mudroom in casa mia si trova accanto alla camera da letto al primo piano, e in tempi di forte domanda, l’unità senza serbatoio “si alza”, creando un rumore piuttosto forte. Se dovessi farlo di nuovo, non metterei l’unità accanto a una camera da letto.
Il riscaldatore include un telecomando con un monitor digitale che mi permette di alzare o abbassare la temperatura dell’acqua che esce dall’unità. L’ho impostato a 140 ° F, che è abbastanza caldo per soddisfare tutte le mie esigenze con pavimenti in legno e piastrelle., Ma un amico idraulico che ne ha installato uno in una casa con pavimenti in moquette ha dovuto aumentare la temperatura di uscita a 170°F, poiché i pavimenti in moquette sono i più difficili da riscaldare con un sistema radiante a pavimento.
Il telecomando svolge anche altre funzioni. Può visualizzare 12 o più messaggi di errore che avvisano di problemi operativi. Può anche visualizzare il tasso che l’acqua scorre attraverso il riscaldatore e la temperatura di uscita effettiva.
La parte più importante della selezione di un riscaldatore senza serbatoio è assicurarsi che sia dimensionato correttamente., Dimensionamento corretto richiede che si ottiene un quadro preciso dei requisiti di riscaldamento di una particolare casa. Per fare ciò, è necessario eseguire un calcolo della perdita di calore.
Numerose fonti su Internet offrono metodi per calcolare le perdite di calore — o software che possono farlo — sia per una carica nominale o gratuitamente.
Uponor (precedentemente Wirsbo), un fornitore di tubi in polietilene PEX, offre software a www.uponor.com che non solo calcolare le perdite di calore, ma anche aiutare a progettare il sistema di distribuzione., Il software non specifica una fonte di calore, ma funzionerà anche per un tankless come per un riscaldatore di tipo serbatoio o una caldaia. E ‘ disponibile gratuitamente su base di prova, con la quale l’azienda si intende 15 usi o sessioni di progettazione. Se trovi utile il software, puoi acquistarne una copia permanente.
In generale, una nuova casa ben isolata non dovrebbe richiedere molto più di 15 Btu per piede quadrato all’ora. Per 2.000 piedi quadrati, sono 30.000 Btu all’ora.
Anche una casa mal isolata di queste dimensioni non dovrebbe aver bisogno di più di 60.000 Btu all’ora., La maggior parte delle unità che dovresti considerare avranno uscite di almeno 150.000 Btu all’ora; nella maggior parte dei casi il dimensionamento sarà determinato dai requisiti ACS della casa (vedi “Come dimensionare un riscaldatore senza serbatoio”).
Come dimensionare un riscaldatore senza serbatoio
Dimensionamento corretto richiede che si sa quanta acqua la casa utilizzerà durante i periodi di punta, la temperatura approssimativa della fornitura di acqua della città o acqua di pozzo, e quanto il riscaldatore ha bisogno di riscaldare l’acqua per raggiungere la temperatura necessaria.
La tabella seguente mostra le portate del campione per vari apparecchi e apparecchi., Il grafico sottostante mostra la curva di flusso di temperatura per un riscaldatore campione, in questo caso uno con un’uscita di 180.000 Btu. Determinare quanti apparecchi o apparecchi saranno azionati allo stesso tempo, sommare le loro portate, quindi guardare la curva per determinare se tale unità soddisferà le esigenze della casa.
Supponiamo che la casa richieda una temperatura aumento di 75 ° F., (Questa è la differenza di temperatura tra l’acqua di pozzo 40 ° F e la temperatura di uscita richiesta di 115 ° F.) La linea verticale 75 ° F incontra la curva ad una portata di circa 4,5 galloni al minuto (gpm).
Questa unità sarebbe sufficiente per eseguire una doccia (2.5 gpm) e un rubinetto (1.5 gpm) allo stesso tempo. Tuttavia, non fornirebbe abbastanza acqua calda per due docce a 5 gpm ciascuna. In tal caso, la soluzione sarebbe installare due riscaldatori o installare un riscaldatore con una capacità maggiore.,
Sebbene siano venduti principalmente per l’acqua calda sanitaria, i riscaldatori tankless sono in realtà adatti per il riscaldamento radiante, che funziona a basse temperature rispetto, ad esempio, al battiscopa ad acqua calda. Quindi l’utilizzo dell’unità per il riscaldamento radiante ha generalmente poco o nessun effetto sul calcolo del dimensionamento.,
Esempio di Curva di Temperatura per una Domanda di Unità
La potenza in Btu di un riscaldatore grande abbastanza per fornire una casa calda il fabbisogno di acqua è in genere sufficiente per soddisfare le esigenze di riscaldamento, come pure. Se i circolatori di riscaldamento funzionano contemporaneamente all’acqua calda sanitaria, la temperatura nei circuiti di riscaldamento potrebbe diminuire leggermente. Ma poiché l’acqua calda sanitaria viene utilizzata solo in modo intermittente, questo raramente sarebbe un problema.,
Per esempio, nel mio radiante a pavimento sistema, l’acqua di ritorno dell’impianto di riscaldamento da circuiti di riscaldamento è a soli 10°c a 20°c al di sotto della zona di progettazione di uscita temperatura di 110°F a 120°F — molto superiore a quello in entrata l’acqua del pozzo 40°C. Quindi, una volta che l’acqua nei circuiti di riscaldamento è stato inizialmente riscaldato, l’impianto di riscaldamento deve alzare il ritorno dell’acqua di circa 10°c a 20°c.
Altri sistemi possono avere una più alta temperatura acqua in ingresso, una maggiore temperatura di progetto, o di una maggiore domanda di riscaldamento., Ma in quasi tutti i casi, l’acqua del pavimento radiante nei loop non sarà mai inferiore alla temperatura ambiente. Assicurati di consultare il rappresentante di un produttore prima di decidere quale riscaldatore senza serbatoio acquistare.
Progettazione del sistema di distribuzione
Quando ho iniziato a studiare l’uso di tankless per il calore radiante, ho trovato diverse fonti su Internet che raccomandavano l’uso di un sistema di distribuzione aperto, in cui l’alimentazione ACS scorre attraverso i loop radianti., Non mi piacciono i sistemi aperti( infatti, alcuni stati li vietano); aree stagnanti possono svilupparsi nei circuiti di riscaldamento, specialmente in estate, consentendo la crescita di batteri — compresi quelli che causano la malattia dei legionari.
Ho eliminato i problemi di salute utilizzando un sistema chiuso, in cui l’ACS e gli anelli di riscaldamento sono completamente separati. L’acqua riscaldata dal riscaldatore senza serbatoio scorre direttamente attraverso il tubo del pavimento, mentre uno scambiatore di calore fornisce calore per l’alimentazione ACS.,
Il sistema di acqua calda sanitaria., Nel mio sistema ACS, l’acqua dal pozzo entra nello scambiatore di calore e poi va ai lavandini, alle docce, alla lavastoviglie e così via. Ho comprato il mio scambiatore di calore a piastre piatte da www.houseneeds.com per $250 (tali prodotti sono disponibili presso le case di approvvigionamento idraulico anche). Il mio è valutato a 240.000 Btu all’ora — un po ‘ più basso di quanto i miei calcoli indicassero che potrei aver bisogno. Anche così, posso fare una doccia e far funzionare la lavastoviglie allo stesso tempo., Non ho provato a eseguire due docce contemporaneamente, ma il bagno principale, che usiamo frequentemente, ha quattro getti a parete, ognuno dei quali disperde quasi quanta acqua come un soffione. Siamo in grado di gestirli senza problemi.
In un sistema chiuso ben progettato, lo scambiatore di calore si troverà nel ciclo primario, mentre ogni zona di riscaldamento sarà alimentata dal proprio ciclo secondario, come in Figura 2.
Ho imparato nel modo più duro che lo scambiatore di calore per l’ACS deve essere nel ciclo primario., Inizialmente l’ho installato nel proprio ciclo secondario, ma ho scoperto che le zone di riscaldamento avrebbero rubato abbastanza acqua per impedire allo scambiatore di calore di erogare acqua calda sufficiente ai rubinetti, e che ciò è accaduto anche quando i cicli di calore non erano attivi. Così ho riconfigurato le tubazioni, e ora tutta l’acqua nel sistema scorre attraverso lo scambiatore di calore prima di essere inviata ai loop secondari.
Il ciclo primario ha bisogno di una pompa nominale per almeno 6 galloni al minuto a 30 piedi di testa, che è la misura della pressione creata da una colonna d’acqua alta 30 piedi., Una pompa nominale a 30 piedi di testa eseguirà fino a raggiungere tale pressione, a quel punto non può più fornire acqua.
Il ridimensionamento della pompa primaria causerà un guasto. In effetti, ho cercato di risparmiare utilizzando una pompa di capacità inferiore sul ciclo primario, ma non avrebbe fornito abbastanza acqua calda ai rubinetti; alla fine ho dovuto comprare una pompa di capacità maggiore.
È inoltre necessario conoscere le proprie esigenze di acqua calda prima di scegliere uno scambiatore di calore. Come ho detto in precedenza, l’uscita del mio scaldabagno è impostata a 140 ° F., Quando viene fornito con l’acqua 140 ° F, il mio scambiatore di calore eroga acqua ad una temperatura di circa 130°F, che è abbastanza alta per docce e lavastoviglie.
Zone di riscaldamento. Ciascuna delle mie due zone di riscaldamento include una valvola miscelatrice per ridurre la temperatura a 120 ° F per la zona del seminterrato e 110°F per la zona del piano principale. (Volevo che la temperatura del pavimento principale fosse più bassa per proteggere il pavimento in legno prefinito che ho installato nel soggiorno.)
Poiché lo scambiatore di calore riceve prima l’acqua calda, il funzionamento delle zone radianti allo stesso tempo non influisce sulla temperatura ACS., Causa un cambiamento minore nella temperatura dell’acqua del pavimento radiante, ma questo è di poca preoccupazione perché l’ACS è raramente acceso per più di diversi minuti alla volta.
Occasionalmente, sia i termostati di zona che l’ACS richiedono che lo scaldabagno sia acceso, quindi è importante mantenere tutti i collegamenti elettrici su un circuito. Nessuno dei componenti elettrici richiede molta potenza.
Scelta dei componenti
Se si installa un sistema con una combinazione di calore radiante e uno scaldabagno senza serbatoio, è necessaria una varietà di pompe, interruttori e raccordi.,
Il riscaldatore deve avere uno schermo di aspirazione il tubo di sfiato necessario per la combustione e l’aria di scarico.
Rinnai vende un kit idraulico opzionale, che consiste in due scarichi della caldaia, una valvola limitatrice di pressione e valvole a sfera. L’ho comprato e ho installato ulteriori scarichi della caldaia per facilitare lo spurgo del sistema d’aria., Se si utilizzano valvole miscelatrici, è necessario anche un indicatore di temperatura a valle di ciascuna valvola, in modo da poter monitorare la temperatura dell’acqua nel sistema a pavimento.
A causa dei tempi di risposta lenti per il calore radiante a pavimento, è essenziale utilizzare termostati programmabili. Ad esempio, mi piace abbassare le temperature della stanza di notte. Ci vogliono circa due ore dopo che il termostato spegne il calore per far sì che l’aria nella stanza inizi a raffreddarsi. Al mattino, il riscaldatore riscalda il pavimento per circa tre ore prima che l’aria della stanza raggiunga la sua temperatura di progetto., Il mio termostato programmabile prende in considerazione queste condizioni.
Affinché il mio sistema funzioni correttamente, ho scoperto che i termostati che attivano le pompe di zona devono anche accendere la pompa ad anello primaria. In un primo momento, ho collegato i miei termostati ad una coppia di relè che acceso le pompe di zona, ma non la pompa ciclo primario. Ho finito per sostituirli con un singolo relè Taco SR503-EXP che si collega a ben tre termostati. Ora, quando un termostato richiede calore, il termostato accende la pompa per quella zona così come la pompa ciclo primario.,
Ho visto alcuni progetti di sistema che lasciano costantemente accesa la pompa primaria, ma lo considero uno spreco di energia.
Flussostato per acqua calda sanitaria. Qualcosa di cui essere consapevoli è che la maggior parte dei riscaldatori senza serbatoio hanno un interruttore di flusso interno che attiva il bruciatore ad una portata di 1/2 gallone al minuto (gpm) o superiore. Questo va bene per la doccia, ma un basso flusso continuo di acqua calda — come si potrebbe usare per lavare i piatti o durante la rasatura — non causerà il fuoco del riscaldatore, il che significa che l’acqua si raffredderà dopo un breve periodo.,
Per garantire che posso ottenere un basso flusso di acqua calda, ho aggiunto un interruttore di flusso standard 120CV (un McDonnell & Miller serie FS6, disponibile da diverse fonti su Internet, tra cui State Supply Co., www.statesupply.com) che chiude i contatti a 0,12 gpm. Il flussostato attiva la pompa primaria, che crea un flusso sufficiente attraverso il riscaldatore per causarne il fuoco. Questo ha funzionato bene, garantendo che l’acqua rimanga calda anche a bassa portata.,
Senno di poi
A parte la posizione del riscaldatore, non cambierei nulla del mio sistema a questo punto. Mi piace molto il risparmio di spazio e la flessibilità che mi dà per regolare le temperature di progettazione., E poiché ho una casa relativamente piccola e ben isolata, il riscaldatore funziona solo da sei a sette ore al giorno — o meno-anche nei giorni più freddi dell’anno, il che dovrebbe produrre una vita operativa abbastanza lunga.
Bob Gleason è stato addestrato come ingegnere meccanico e ha posseduto un’attività di general contracting per 30 anni. Ora in pensione, vive a Twin Lakes, Colo.