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El experimento del calor radiante: ┬┐funcion├│?

Hace un año entero, estaba en las profundidades de la destrucción y reconstrucción de una casa de ladrillo de los años 50, que desde entonces ha crecido hasta convertirse en nuestro hogar real. Mirando hacia atrás a través del archivo automático de Google Plus de las fotos de mi teléfono, puedo ver que la "cocina" todavía estaba abierta al aire libre en esa fecha:

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A pesar de la falta de ventanas y aislamiento, ya estaba mirando hacia adelante con alegría de ingeniería nerd para construir un sistema de calefacción casero para este lugar, y te lo dije en el artículo llamado El experimento del calor radiante.

En pocas palabras, esto implicaba correr miles de pies de tubería PEX debajo de mi piso de madera existente a través del espacio de arrastre y hacer circular agua caliente a través de él con una bomba y este Rheem de alta gama.calentador de agua sin tanque.

El plan se cumplió con entusiasmo (generalmente por parte de colegas ingenieros) y desprecio (más a menudo por parte de los plomeros), y desde entonces la gente ha estado enviando correos electrónicos y comentarios para preguntar cómo estuvo todo. Aunque ya he dejado caer algunas pistas de que estoy muy contento con el resultado final, este experimento vino con algunas buenas lecciones y dificultades que finalmente están listas para compartir. También tuve la oportunidad de medir el rendimiento del sistema (y de la casa en general) durante la mayor parte del invierno de Colorado, y los números me sorprendieron un poco. Así que vamos a cavar.

Cómo fue todo junto

La última vez te presenté una lista desalentadora de piezas. La lista tiene mucho más sentido cuando unes todo. Aquí hay una imagen del corazón de mi configuración tal como está ahora, con todo atornillado en un tablero de madera contrachapada:

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<p>La parte divertida es que todos los cerebros del sistema están ahí en el tablero. Toda la investigación y las compras se reducen a solo ese rectángulo de 2 × 3 pies. La entrada es agua caliente de su calentador de agua a la izquierda, 120 voltios de electricidad para la bomba a través del cable naranja y un par de cables pequeños que conecta a su termostato para indicar "ENCENDIDO". Luego, el agua caliente fluye a través de las zonas, entrega su calor a su casa, regresa al lado frío del colector y regresa al calentador para otra ronda. Si el calor radiante de bricolaje fuera más común, toda esta configuración vendría como un solo producto por $ 199 en Home Depot en lugar de los $ 600 más o menos que ves aquí.</p>
<p>Tomó solo alrededor de dos horas para unir todo esto, y luego me arrastré con confianza debajo de la casa para ponerme a trabajar en el resto de la instalación. Poco sabía que el verdadero trabajo estaba por comenzar.</p>
<p><b>Ejecución de los tubos de calefacción</b></p>
<p>Este sistema resultó ser bastante tortuoso para construir, pero se debió a los viejos desafíos físicos en lugar de cualquier cosa técnica o mental. El problema es que para instalar el calor radiante debajo del piso de una casa con entramado de madera, debe enhebrar una gran longitud de tubo rígido y quisquilloso a través de una rejilla inflexible de viguetas de piso estrechamente espaciadas. Dividí mi casa en seis zonas, cada una de aproximadamente 250 pies cuadrados de área. Para cada una de esas zonas, tuve que hacer los mismos pasos:</p>
<ul>
<li>Revise meticulosamente la parte inferior de cada bahía de viguetas y elimine cualquier resto de restos de conductos, tuberías viejas, telas de araña, etc.</li>
<li>Rectifique unos cientos de clavos que sobresalen del piso de roble original de arriba usando una amoladora inalámbrica con una rueda de corte</li>
<li>Taladre un agujero de 7/8 ? hasta el final de cada viga</li>
<li>Tire de toda la longitud requerida de la tubería PEX, luchando contra la bobina rígida y tangible todo el camino</li>
<li>Engrapa hasta la parte inferior del piso, usando placas reflectoras de aluminio</li>
<li>Pase los extremos del tubo de regreso al múltiple y conéctelos al sistema</li>
<li>Corte y coloque bloques de aislamiento R-13 debajo de toda el área para forzar el calor hacia arriba en el piso en lugar de hacia abajo en el espacio de arrastre.</li>
</ul>
<p>El resultado final en cada bahía se ve así:</p>
<p><img class=

Aquí está el final de una bahía de viguetas. Tubo, placas difusoras de aluminio (útil), bloques de aislamiento R-13 debajo (esencial). El aislante esponjoso de espuma en aerosol a la derecha es parte de mi nuevo aislamiento de espacio de acceso, no estrictamente relacionado con un sistema radiante pero útil para evitar que el calor resultante se filtre a través de las tablas de borde de su casa.

Descubrí que cada zona de 250 pies cuadrados requería unas ocho horas de trabajo. Pero no solo unas ocho horas casuales que pasan volando como cuando instalas gabinetes de cocina mientras tu radio reproduce música bluegrass feliz en el fondo. Estas son ocho horas de tortura adecuada, arrastrándose en un espacio de 40 pulgadas de alto con tierra afilada y rocosa debajo y viguetas de piso cargadas de obstáculos arriba. Incluso el más mínimo movimiento levanta polvo espeso, por lo que debe usar un respirador de rostro completo. Eso es útil, ya que el molinillo también arroja chispas de metal caliente hacia los ojos y la cara. Los guantes y las rodilleras también son esenciales. Y protección para los oídos. Ahí abajo está oscuro, por lo que también tienes un brillante faro LED colocado encima de todos los demás accesorios en tu cabeza. Pero la temperatura del suelo de 60 grados es demasiado cálida para los pantalones de trabajo y las mangas largas que debe usar para evitar desollar sus brazos y piernas, por lo que también suda mucho. En general, solo podría soportar aproximadamente 2 horas de este trabajo a la vez, por lo que cada zona se realizó durante cuatro días.

Pero si el párrafo anterior suena horrible, solo estás pensando mal. Esta es una dificultad voluntaria en su mejor momento. Los beneficios físicos y mentales de gatear, sudar y luchar con herramientas y materiales obstinados durante tantas horas son incomparables. Cada movimiento posible está limitado, por lo que debe superar las restricciones con estrategia y esfuerzo. La sensación de adaptarse y descender al espacio de rastreo cada mañana sabiendo que podría ganar mucho más dinero subcontratando la actividad y, en cambio, simplemente escribiendo un poco más de mierda en esta computadora fue esclarecedora. La sensación de emerger dos horas más tarde en el aire fresco y la brillante luz del sol, quitarse la ropa polvorienta y ver la belleza del mundo nuevamente era la vida misma.

Incluso con toda esa lucha y alegría, detuve el esfuerzo * después de terminar cuatro de las seis zonas. Estos cubren las áreas principales de la casa y son más que suficientes para satisfacer nuestras necesidades de calefacción para el resto de este año. Estoy terminando la carpintería del piso principal y un segundo baño, y esas dos últimas zonas entrarán antes del próximo invierno.

Rendimiento del mundo real

La experiencia viva

Esta fue la sorpresa inesperada: cómobonito Es tener pisos cálidos. Tus pies obtienen una recompensa agradable con cada paso que das, o cuando los descansas en el piso de madera debajo de la mesa. Además de eso, todo lo que dejes en el suelo se vuelve más tostado: un par de botas de invierno mojadas, un abrigo olvidado o incluso los calcetines que arrojaste antes de meterte en la cama, perfectamente cálidos y secos cuando los recoges a la mañana siguiente . El piso del baño también se seca rápidamente después de una ducha.

Mantenerse al día con el frío

En un día "normal" de enero en mi parte de Colorado, las temperaturas diurnas alcanzan aproximadamente 43F / 7C, pero la luz del sol extremadamente brillante hace que se sienta mucho más cálido. El vidrio de la casa con orientación sur absorbe alrededor de 10,000 vatios de calor al mediodía y se almacena en la copiosa masa térmica de las diversas paredes interiores de piedra y ladrillo. Lo soplé con un ventilador de techo para acelerar este proceso y la temperatura interior alcanza un pico de alrededor de 76F por la tarde. Luego, el sol se pone, el calor almacenado se libera gradualmente, y lo hacemos durante la noche (bajo alrededor de 20F) con la casa cayendo a un cómodo 66. Si tiene suerte, el sol sale a un cielo despejado a la mañana siguiente. y repites el ciclo ?con no requiere calefacción ¡en absoluto!

Pero el clima adyacente a las Montañas Rocosas es todo menos constante, y este invierno también hemos visto un mínimo histórico de -14F (-26C), así como un máximo diurno de 77F (25C) solo unas pocas semanas después. Es por eso que aún necesita un sistema de calefacción con un poco de jugo.

Con solo cuatro zonas funcionando a -26 ° C, mi casa tenía poca potencia: la temperatura bajaría lentamente a menos que encendiéramos un fuego (también agregué una maravillosa estufa de leña EPA de alta eficiencia a la casa, otra historia). Desde un punto muerto, el sistema también demora alrededor de dos horas en lograr que los pisos alcancen su temperatura máxima de operación de 80F. Sin embargo, las dos zonas restantes deberían proporcionar el bit extra necesario para mantenerse en el peor de los casos.

Eficiencia

Para probar esto, tuve que calcular la cantidad de gas natural que quemé cada hora y compararlo con la cantidad de calor que realmente se bombea a la casa. Lo hice arrancando el sistema en un día frío y tomando "antes". y lecturas "posteriores" del medidor de gas, y observando la velocidad de flujo y la caída de temperatura ** en todo el sistema:

eficiencia + salida

Estas son las cosas que debe tener en cuenta para calcular el rendimiento y la eficiencia del sistema.

Para resumir, el medidor de gas me dijo que usé 40 pies cúbicos de gas natural durante mi período de prueba de 144 minutos. La factura del gas me dice que cada 100 pies cúbicos son 0.945 "termias" (94,500 BTU) de calor. Un term cuesta 62.67 centavos en mi área. El resultado neto es que estaba consumiendo 15,740 BTU por hora de gas, que equivale a poco menos de 10 centavos por hora.

Luego, sumé los flujos (aproximados) de esos cuatro medidores de flujo y vi que el sistema bombeaba 1,68 galones por minuto de agua con un aumento de 16,5 grados F. Puede calcular la energía entregada al agua con la "Fórmula hidrónica universal" de esta manera:

1.68 GPM x 16.5 grados x 500 = 13,680 BTU por hora

De vuelta en la etapa de diseño, esta es aproximadamente la pérdida de calor que calculé que mi casa experimentaría a una temperatura de 20F, por lo que los números me parecen realistas. Además, dividiendo la salida por la entrada, obtenemos un eficiencia del calentador de agua del 88%,que está cerca de la eficiencia declarada de mi unidad del 94% (la eficiencia aumenta para temperaturas de entrada de agua más bajas, así que estoy muy feliz de que pueda funcionar bien con una entrada de 118F).

Además de todo esto, medí el consumo total de electricidad (para el calentador sin tanque y la bomba de agua combinados) en solo 55 vatios, que es menos de $ 4 por mes de calefacción, incluso si ejecuta el sistema las 24 horas del día. Para agregarlo todo, el costo total de la gasolina de mi casa este año se desglosa más o menos así:

La compañía de gas fija una tarifa mensual, ya sea que use o no: $ 12Uso mensual regular de gas para duchas, lavandería, lavavajillas, cocina, etc. $ 4Calefacción del 14 de octubre al 12 de noviembre: $ 8Calefacción del 12 de noviembre al 15 de diciembre: $ 55Calefacción del 15 de diciembre al 16 de enero: $ 58

Y ese es probablemente el pico: aquí en febrero, el clima ya se está calentando y el sistema está apagado la mayor parte del tiempo nuevamente.

Entonces, ¿cuál es el truco?

Cuando comencé este experimento, estaba optimista de que podríamos revolucionar la calefacción de los hogares y hacer que el horno de gas forzado fuera obsoleto. Después de todo, el costo es menor, la comodidad de la vida es mayor y se ahorra mucho espacio interior que normalmente sería consumido por conductos y conductos, especialmente en hogares de varios pisos. Pero hasta que la industria avance un poco, hay algunos defectos:

El edificio fue toda una perra

Instalar esto estaba cerca de los límites de mi habilidad y resistencia, y soy un tipo no tan viejo con muchas herramientas excelentes que ha estado construyendo cosas desde que era un niño pequeño. Sin embargo, seríamucho más fácil si lo instaló en un sótano sin terminar en lugar de un espacio de rastreo. Además, reclutar tantos amigos como sea posible para enhebrar la tubería lo acelerará exponencialmente. En general, lo recomendaría solo para personas con experiencia.

La producción de calor es inferior a la esperada

Estoy obteniendo menos de 14,000 BTU por hora sobre los 1000 pies cuadrados que he instalado hasta ahora. Esto funciona a 14 BTU / h por pie cuadrado. Este lugar está bastante bien aislado, así que debería estar bien. Pero una casa más vieja y más moderna perdería más calor. El problema radica en la transmisión lenta de calor a través de las 1.5 pulgadas de mi subsuelo y el piso de roble sobre él. Para aumentar eso, necesitaría aumentar aún más la temperatura del agua (ya está a 140F) o agregar algunos radiadores adicionales.

En el lado positivo, puede ser realmente creativo con calor radiante, incrustando los tubos en paredes de azulejos o haciendo toalleros calientes en su baño que se unen al sistema. Cada característica adicional calentada entregará más BTU. Además, la instalación debajo de un piso de baldosas en lugar del piso de madera aumentará la transmisión de calor.

No todos los calentadores de agua sin tanque funcionarán

En los comentarios de los lectores, escuché historias de calentadores sin tanque que morían temprano o en bicicleta constantemente. El ciclismo no es un problema con la unidad que usé– funciona a velocidad variable, por lo que el sistema alcanza rápidamente un buen estado estable de reposo donde la bomba va lentamente y el calentador apenas murmura para igualar el flujo requerido y el aumento de temperatura. El tiempo dirá cuánto dura, pero apuesto a que serálejos más rentable que una caldera de $ 3000.

El sistema de bucle abierto tiene inconvenientes (así como ventajas)

Estoy usando un solo calentador sin tanque tanto para la calefacción del hogar como para el agua caliente sanitaria; esto se denomina configuración de "circuito abierto". Sería fácil agregar un segundo calentador básico por $ 600 para el agua doméstica. Esto separaría los sistemas de agua, y puedo hacerlo algún día.

El principal inconveniente de combinarlos es que necesita mantener el calentador de agua a una temperatura muy alta (140F) para obtener suficiente calor en los pisos. Esto significa un equilibrio de temperatura del agua un tanto molesto en la ducha, mientras que con un calentador sin tanque dedicado solo tiene que escribir 110F en su unidad de control remoto, girar la manija del agua caliente y disfrutar de una ducha perfecta regulada por computadora cada vez.

Un segundo problema es que el agua caliente a veces puede oler a nuevas tuberías de plástico. Este efecto se desvaneció a cero después de unos tres meses, pero vale la pena señalarlo, especialmente si está instalando su sistema en una casa con personas que probablemente se quejen de esto. Todos los componentes que utilicé están diseñados específicamente para agua potable.

En el lado positivo, descubrí que si hace correr agua caliente cuando la bomba está apagada, el agua se extrae a través del sistema a través de diferencias de presión naturales. Esto significa que en el verano, mis pisos se enfriarán con el suministro de agua fría, ya que absorbe el calor no deseado de la casa. Por lo tanto, los pisos precalentarán el agua antes de que llegue al calentador de agua. Doble ahorro de energía y aire acondicionado gratuito.

Debido a que el suministro de agua se actualiza y / o calienta constantemente a 140 grados Fahrenheit, el crecimiento de bacterias y el agua viciada en las tuberías no es un problema en absoluto.

Resumen

Ha sido una experiencia que valió la pena. Un montón de aprendizaje, mucho trabajo duro, un lujoso proyecto final y un ahorro de $ 8,000 por tener un nuevo sistema de calefacción y conductos de aire forzado instalado en esta casa. Aunque el calor radiante de bricolaje no es para todos, puedo declarar que este experimento en particular fue un éxito.

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* Para terminar el próximo otoño, también cambiaré los diales de ajuste manual (perillas blancas en la imagen) por actuadores controlados eléctricamente, y usaré un termostato WiFi multizona para controlar toda la casa. Este termostato está siendo desarrollado por un lector de MMM que ha comenzado su propia compañía para producirlo, más detalles sobre eso en una historia futura.

** La caída de temperatura es configurable con una pequeña perilla dentro de la bomba de circulación controlada por computadora de Taco. Configuré mi propia bomba para mantener un diferencial de 20 grados F, que es típico de un sistema como este. Luego, si la bomba comienza a ver una caída de más de 20 grados, la bomba funciona más rápido para compensar. Si es menos, significa que su casa ya está caliente, por lo que la bomba funciona más lentamente.

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