Ik ben onlangs met pensioen gegaan na 30 jaar als woningaannemer. Mijn vrouw en ik wonen nu in een nieuw huis dat ik in Colorado heb gebouwd. Het is hoog in de bergen (hoogte: 10.000 voet; verwarmingsgraad dagen: 8.500) en heeft 2000 vierkante voet geconditioneerde ruimte verwarmd door een radiant-vloerverwarming systeem.
Het Huis van de auteur in Colorado heeft 2000 vierkante meter geconditioneerde ruimte., Zijn gecombineerde gemiddelde kosten voor warmte en warm water zijn slechts $ 20 per maand, een cijfer dat hij crediteert aan strakke constructie, geprogrammeerde thermostaten, en de efficiëntie van zijn tankloze boiler.
terwijl de meeste stralingssystemen hun warm water halen uit een boiler van het type tank of een gietijzeren boiler, worden de warmte van mijn huis en warm water voor huishoudelijk gebruik (DHW) beide geleverd door een enkele Rinnai tankless-of “on demand”-boiler. De Rinnai verbruikt aanzienlijk minder energie dan een tankverwarmer en kost minder om te installeren dan een ketel met een warmtewisselaar.,
tankloze waterverwarmingstoestellen zijn een beproefde technologie met een track record van vele jaren voor het verwarmen van DHW (zie “het installeren van waterverwarmingstoestellen op aanvraag”, 2/06). Maar omdat weinig aannemers ervaring hebben met het gebruik ervan voor stralingswarmte, kan informatie over betrouwbaar systeemontwerp moeilijk te vinden zijn. In mijn geval kostte het perfectioneren van een systeem wat vallen en opstaan.
Ik vind de inspanning de moeite waard: gedurende de twee jaar dat ik het systeem heb gehad, hebben de warmte-en warmwaterkosten voor twee mensen gemiddeld minder dan $20 per maand bedragen.,
Het is echter belangrijk op te merken dat mijn huis supergeïsoleerd is (R-35 muren, R-50 tot R-60 in het dak) en profiteert van een uitstekende blootstelling aan de zon. Als de zon schijnt, wat vaak in dit gebied is, hebben we overdag helemaal geen warmte nodig. We vullen onze verwarmingsbehoeften ‘ s avonds ook aan met een houtkachel, waar we van genieten voor zowel comfort als sfeer.
ten slotte gebruiken we een geprogrammeerde thermostaat die de temperatuur beperkt tot 62°F in het midden van de dag en ‘ s nachts, en 70°F van 6 tot 8 uur en 18 tot 22 uur
waarom tankloos?,
tankloze boilers nemen zeer weinig ruimte in (mijn meet 13 1/2 inches breed bij 23 inches hoog bij 9 inches diep), kunnen op elke buitenmuur worden gemonteerd en bieden bijna eindeloos warm water.
ondanks het feit dat de eenheden niet vaak worden gebruikt voor stralingswarmte, zijn ze een ideale warmtebron voor deze toepassing omdat hun uitgangstemperaturen gemakkelijk kunnen worden afgestemd op de behoeften van het stralingssysteem. Mijn Rinnai levert water tot 180°F, wat meer dan voldoende is voor de 110°F tot 120°F die nodig is om mijn stralingssysteem te laten werken., (Veel van de tankless units voor DHW hebben een maximale uitgangstemperatuur van 140 ° F, maar die gebruikt worden voor verwarming moeten hogere limieten hebben.)
De economie van het gebruik van een tankloze boiler voor zowel DHW als verwarming is ook vrij aantrekkelijk. Totale kosten voor mijn systeem was ongeveer $ 5.000, exclusief arbeid: $ 1.100 voor de tankless verwarming, $1.400 voor de PEX buizen, en $ 2.400 voor de verschillende componenten, besturingselementen en fittingen.
hoewel ik een tank-type unit had kunnen krijgen voor slechts $ 200, worden de extra kosten van het tankloze model meer dan gecompenseerd door de energiebesparing., De energie-efficiëntie van een verwarmingstoestel wordt uitgedrukt als een decimaal, de energiefactor of EF. Een tankless boiler heeft een EF tussen .82 en .87, wat betekent dat het 82 procent omzet naar 87 procent van zijn energie-input voor warmte. Tank-type units hebben een EF rond .59, dus ze gebruiken aanzienlijk meer energie dan hun tankloze tegenhangers.
een uitzondering is de Polaris van American Water Heater Co., die een EF heeft van ongeveer .95. Echter, zijn $ 3000 kosten-bijna drie keer zoveel als mijn Rinnai — was te hoog voor mij om te rechtvaardigen., Ik had ook een gietijzeren ketel kunnen gebruiken; zijn EF van .80 is dicht bij die van een tankless, maar de kosten waren meer dan $3000.
het selecteren van een verwarmingstoestel zonder Tank
een waterverwarmingstoestel zonder tank kan worden aangedreven door elektriciteit, aardgas of propaan. Ik overwoog alleen propaan-aangedreven modellen omdat ik geen aardgas heb waar ik woon, en omdat de prijs die ik betaal voor elektriciteit een elektrische eenheid niet economisch haalbaar maakt.
mijn eenheid is een direct-vent model, dat gebruik maakt van buitenlucht voor verbranding, een belangrijk kenmerk in een strakke, goed geïsoleerde woning., Theoretisch kan het op elke buitenmuur worden geïnstalleerd, en zelfs buiten in sommige warme klimaten. Ik installeerde de mijne in de modderkamer bij het elektrische circuit paneel.
mijn enige klacht is dat het geluidsniveau van mijn verwarmingselement soms aanstootgevend kan zijn. De modderkamer in mijn huis is naast de slaapkamer op de eerste verdieping, en in tijden van grote vraag, de tankless unit “pieken,” het creëren van een behoorlijk hard geluid. Als ik het opnieuw moest doen, zou ik het apparaat niet naast een slaapkamer plaatsen.
De verwarming bevat een afstandsbediening met een digitale monitor waarmee ik de temperatuur van het water dat uit de unit komt kan verhogen of verlagen. Ik heb het ingesteld op 140 ° F, wat warm genoeg is om aan al mijn behoeften te voldoen met houten en tegelvloeren., Maar een loodgieter vriend die geïnstalleerd in een huis met vloerbedekking vloeren moest de uitgangstemperatuur te verhogen tot 170°F, zoals vloerbedekking vloeren zijn ongeveer de moeilijkste te verwarmen met een in-vloer stralingssysteem.
De afstandsbediening vervult ook andere functies. Het kan 12 of meer foutmeldingen weergeven die u waarschuwen voor operationele problemen. Het kan ook de snelheid dat het water stroomt door de verwarming, en de werkelijke uitgangstemperatuur weer te geven.
het belangrijkste onderdeel van het selecteren van een tankloze verwarming is ervoor te zorgen dat het goed is formaat., Een goede dimensionering vereist dat u een nauwkeurig beeld krijgt van de verwarmingsbehoeften van een bepaald huis. Om dat te doen, moet u een berekening van het warmteverlies uit te voeren.
talrijke bronnen op Internet bieden methoden voor het berekenen van warmteverliezen — of software die dit kan doen-hetzij tegen een nominale vergoeding of gratis.
Uponor (voorheen Wirsbo), een leverancier van polyethyleen PEX buizen, biedt software aan bij www.uponor.com dat berekent niet alleen uw warmteverlies, maar helpt u ook bij het ontwerpen van het distributiesysteem., De software specificeert geen warmtebron, maar het zal zowel voor een tankless als voor een tank-type verwarming of een boiler werken. Het is gratis beschikbaar op proef, waarmee het bedrijf betekent 15 toepassingen of ontwerpsessies. Als u de software nuttig vindt, kunt u een permanente kopie kopen.
in het algemeen zou een goed geïsoleerd nieuw huis niet veel meer dan 15 Btu per vierkante voet per uur nodig moeten hebben. Voor 2000 vierkante meter is dat 30.000 Btu per uur.
zelfs een slecht geïsoleerd huis van deze grootte zou niet meer dan 60.000 Btu per uur nodig moeten hebben., De meeste van de eenheden die u zou moeten overwegen zal uitgangen van ten minste 150.000 Btu per uur hebben; in de meeste gevallen zal de dimensionering worden bepaald door de DHW-eisen van het huis (zie ” Hoe maak je een Tankless Heater,”).
hoe een tankloze verwarming op maat te maken
juiste maatvoering vereist dat u weet hoeveel water het huis zal gebruiken tijdens piekperioden, de geschatte temperatuur van de watervoorziening in de stad of putwater, en hoeveel de verwarming dat water moet verwarmen om de gewenste temperatuur te bereiken.
onderstaande tabel toont de bemonsteringsdebieten voor verschillende toestellen en inrichtingen., De grafiek hieronder toont de temperatuurstroomcurve voor een monsterverwarmer, in dit geval een met een vermogen van 180.000 Btu. Bepaal hoeveel armaturen of apparaten zullen worden bediend op hetzelfde moment, optellen hun debiet, dan kijken naar de curve om te bepalen of die eenheid zal voldoen aan de behoeften van het huis.
neem aan dat de woning een temperatuurstijging van 75 ° F., (Dat is het verschil in temperatuur tussen de 40°F goed water en de vereiste uitgangstemperatuur van 115°F.) De verticale 75°F lijn voldoet aan de curve bij een debiet van ongeveer 4,5 gallons per minuut (gpm).
Deze eenheid zou voldoende zijn om een douche (2,5 gpm) en een kraan (1,5 gpm) tegelijkertijd te laten lopen. Echter, het zou niet genoeg warm water voor twee douches bij 5 gpm elk. In dat geval zou de oplossing zijn om twee kachels te installeren, of om een kachel met een grotere capaciteit te installeren.,
hoewel ze voornamelijk worden verkocht voor warm water voor huishoudelijk gebruik, zijn tankloze verwarmingstoestellen eigenlijk zeer geschikt voor warmwaterverwarming, die werkt bij lage temperaturen in vergelijking met bijvoorbeeld warmwaterplint. Dus het gebruik van de eenheid voor stralingswarming heeft over het algemeen weinig of geen effect op de dimensioneringsberekening.,
Voorbeelden Temperatuur Curve voor een On-Demand-Unit
De uitvoer in Btu van een boiler groot genoeg om een huis van warm water is meestal voldoende om te voldoen aan de behoefte aan verwarming als goed. Als de verwarmingscirculatoren toevallig op hetzelfde moment als het huishoudelijke warm water lopen, kan de temperatuur in de verwarmingslussen iets dalen. Maar omdat huishoudelijk warm water slechts met tussenpozen wordt gebruikt, zou dit zelden een probleem zijn.,
bijvoorbeeld, in mijn radiant-floor systeem, het water dat terugkeert naar de verwarmingseenheid van de verwarmingscircuits is slechts 10°F tot 20°F onder de zone ontwerp uitgangstemperatuur van 110°F tot 120°F — veel hoger dan de inkomende bron water 40°F. dus zodra het water in de verwarmingscircuits in eerste instantie is verwarmd, moet de verwarmingseenheid het retourwater slechts ongeveer 10°F tot 20°F.
andere systemen kunnen een hogere inkomende watertemperatuur, een hogere ontwerptemperatuur, of een grotere verwarmingsvraag., Maar in bijna alle gevallen zal het stralende vloerwater in de lussen nooit lager zijn dan kamertemperatuur. Zorg ervoor dat u de vertegenwoordiger van een fabrikant te raadplegen alvorens te beslissen welke tankless verwarming te kopen.
ontwerp van het distributiesysteem
toen ik voor het eerst begon met onderzoek naar het gebruik van tankless voor stralingswarmte, vond ik verschillende bronnen op het Internet die het gebruik van een open distributiesysteem aanraadden, waarbij de DHW-toevoer door de stralingslussen stroomt., Ik hou niet van open systemen (in feite, sommige staten verbieden ze); stagnerende gebieden kunnen ontwikkelen in de verwarmingskringen, vooral in de zomer, waardoor de groei van bacteriën — met inbegrip van die die Legionella’ s ziekte veroorzaken.
i elimineerde gezondheidsrisico ‘ s door gebruik te maken van een gesloten systeem, waarin de DHW-en verwarmingscircuits volledig gescheiden zijn. Water verwarmd door de tankless verwarming stroomt direct door de vloer buis, terwijl een warmtewisselaar zorgt voor warmte voor de DHW-voeding.,
het huishoudelijke warmwatersysteem., In mijn DHW-systeem komt water uit de put in de warmtewisselaar en gaat dan naar de wastafels, de Douches, de vaatwasser, enzovoort. Ik kocht mijn flat-plate warmtewisselaar van www.houseneeds.com voor $ 250 (dergelijke producten zijn ook verkrijgbaar bij Sanitair supply houses). De mijne wordt geschat op 240.000 Btu per uur-iets lager dan mijn berekeningen aangegeven dat ik nodig zou kunnen hebben. Toch kan ik een douche nemen en tegelijkertijd de vaatwasser laten draaien., Ik heb niet geprobeerd twee douches tegelijk te laten lopen, maar het hoofdbad, dat we vaak gebruiken, heeft vier aan de muur gemonteerde jets, die elk bijna net zoveel water verspreiden als een douchekop. We kunnen ze zonder problemen bedienen.
In een goed ontworpen gesloten systeem bevindt de warmtewisselaar zich in de primaire kringloop, terwijl elke verwarmingszone wordt gevoed door zijn eigen secundaire kringloop, zoals in Figuur 2.
Ik leerde op de harde manier dat de warmtewisselaar voor de DHW in de primaire lus moet zijn., Ik installeerde het in eerste instantie in zijn eigen secundaire lus, maar vond dat de verwarmingszones genoeg water zouden stelen om te voorkomen dat de warmtewisselaar voldoende warm water naar de kranen zou leveren, en dat dit ook gebeurde als de warmtelussen niet actief waren. Dus ik heb de leidingen opnieuw geconfigureerd, en nu stroomt al het water in het systeem door de warmtewisselaar voordat het naar de secundaire lussen wordt gestuurd.
de primaire kringloop heeft een pomp nodig van ten minste 6 gallons per minuut bij 30 voet hoofd, wat de maat is van de druk die wordt opgewekt door een kolom water van 30 voet hoog., Een pomp die op 30 voet van het hoofd zal presteren totdat die druk is bereikt, op welk punt het niet meer water kan leveren.
als de primaire pomp te klein wordt, zal er een storing optreden. In feite, ik probeerde om geld te besparen met behulp van een lagere capaciteit pomp op de primaire lus, maar het zou niet genoeg warm water te leveren aan de kranen; ik moest uiteindelijk een grotere capaciteit pomp te kopen.
u moet ook weten wat uw warmwaterbehoefte is voordat u een warmtewisselaar kiest. Zoals ik al eerder zei, is het vermogen van mijn boiler ingesteld op 140 ° F., Mijn warmtewisselaar levert water bij een temperatuur van ongeveer 130 ° F, wat hoog genoeg is voor douches en de vaatwasser.
verwarmingszones. Elk van mijn twee verwarmingszones bevat een mengventiel om de temperatuur naar beneden te throttle — tot 120 ° F voor de kelderzone en 110°F voor de hoofdvloerzone. (Ik wilde de hoofdvloer temperatuur lager om geprefabriceerde hardhouten vloer die ik in de woonkamer geïnstalleerd te beschermen.)
aangezien de warmtewisselaar eerst het warme water krijgt, heeft het tegelijkertijd uitvoeren van de stralingszones geen invloed op de DHW-temperatuur., Het veroorzaakt wel een kleine verandering in de watertemperatuur van de stralingsbodem, maar dit is van weinig belang omdat de DHW zelden langer dan enkele minuten tegelijk aanstaat.
af en toe zullen zowel de zonethermostaten als de DHW vragen om de boiler aan te laten staan, dus het is belangrijk om alle elektrische aansluitingen op één circuit te houden. Geen van de elektrische componenten vereisen veel vermogen.
onderdelen kiezen
Als u een systeem installeert met een combinatie van stralingswarmte en een tankloze boiler, hebt u een verscheidenheid aan pompen, Schakelaars en fittingen nodig.,
het verwarmingstoestel moet een inlaatwaterfilterscherm en de nodige ontluchtingspijp voor de verbranding en uitlaatlucht.
Rinnai verkoopt een optionele afvoerkit, die bestaat uit twee ketelafvoeren, een overdrukklep en kogelkranen. Ik kocht het, en installeerde extra ketelafvoeren om het zuiveren van het systeem van lucht te vergemakkelijken., Als je mengventielen gebruikt, heb je ook een temperatuurmeter stroomafwaarts van elke klep nodig, zodat je de temperatuur van het water in het vloersysteem kunt controleren.
vanwege de trage responstijden voor vloerverwarming is het essentieel om programmeerbare thermostaten te gebruiken. Bijvoorbeeld, Ik hou van lagere kamertemperatuur ‘ s nachts. Het duurt ongeveer twee uur nadat de thermostaat de warmte uitschakelt zodat de lucht in de kamer begint af te koelen. In de ochtend verwarmt de verwarming de vloer gedurende ongeveer drie uur voordat de kamerlucht zijn ontwerptemperatuur bereikt., Mijn programmeerbare thermostaat houdt rekening met deze omstandigheden.
om mijn systeem goed te laten werken, heb ik ontdekt dat de thermostaten die de zonepompen activeren ook de primaire luspomp moeten aanzetten. In eerste instantie heb ik mijn thermostaten aangesloten op een paar relais die de zonepompen aanzette, maar niet de primaire luspomp. Uiteindelijk heb ik ze vervangen door een enkele taco SR503-EXP relais die verbinding maakt met maar liefst drie thermostaten. Als een thermostaat warmte nodig heeft, zet de thermostaat de pomp voor die zone aan, evenals de primaire luspomp.,
Ik heb een aantal systeemontwerpen gezien die de primaire pomp constant aan laten staan, maar ik vind dat een verspilling van energie.
debietschakelaar voor huishoudelijk warm water. Iets om bewust van te zijn is dat de meeste tankless kachels hebben een interne stroom schakelaar die de brander activeert met een debiet van 1/2 gallon per minuut (gpm) of hoger. Dit is prima voor douchen, maar een continue lage stroom van warm water — zoals je zou kunnen gebruiken voor het spoelen van gerechten of tijdens het scheren-zal niet leiden tot de kachel te branden, wat betekent dat het water koud zal lopen na een korte tijd.,
om ervoor te zorgen dat ik een lage stroom warm water kan krijgen, heb ik een standaard 120cv-stroomschakelaar toegevoegd (een McDonnell & Miller-serie FS6, beschikbaar uit verschillende bronnen op Internet, waaronder State Supply Co., www.statesupply.com) dat sluit contacten op 0.12 gpm. De debietschakelaar activeert de primaire pomp, waardoor er voldoende stroom door de verwarming ontstaat om deze te laten branden. Dit heeft goed gewerkt en garandeert dat het water ook bij een laag debiet warm blijft.,
Hindsight
afgezien van de locatie van de verwarming, zou ik op dit punt niets aan mijn systeem veranderen. Ik hou echt van de ruimtebesparing en de flexibiliteit die het me geeft om ontwerptemperaturen aan te passen., En omdat ik een relatief klein, goed geïsoleerd huis heb, draait de verwarming slechts zes tot zeven uur per dag — of minder — op zelfs de koudste dagen van het jaar, wat een vrij lange levensduur zou moeten opleveren.Bob Gleason werd opgeleid tot werktuigbouwkundig ingenieur en was 30 jaar lang eigenaar van een algemeen contractbedrijf. Nu gepensioneerd, woont hij in Twin Lakes, Colo.