Post 4 in Craig Andersons netzunabhängigem Blog befasst sich mit Heizungssystemen – was funktionierte, was nicht und welche Änderungen vorgenommen wurden.

Dies ist das vierte Stück in einer Blog-Reihe, die von Craig Anderson geschrieben wurde, als er das Design und den Bau eines passiv beheizten LEED Gold-Hauses außerhalb des Stromnetzes dokumentiert. Siehe Beitrag 1 des Off-Grid-Home-Blogs hier, die Übersicht  . oder poste 2 im Off-Grid-Home-Blog hier, in dem es um Design- und Bauoptionen geht . oder hier siehe Beitrag 3 im Blog über netzunabhängige Stromerzeugung

Als Neuling im Stromnetz habe ich nicht die beste Wahl für unser Heizsystem getroffen. Um anderen zu helfen, nicht die gleichen Fehler zu machen, werde ich sowohl darlegen, was wir getan haben und wie es problematisch war, als auch wie wir die Probleme für die Zukunft behoben haben.

Was wir ursprünglich installiert haben

Wir haben ein Wasserkraftwerk installiert, das von einem Propankessel (Trinity LX150) angetrieben wird. Das System verfügt über einen beheizten Betonboden in der unteren Ebene mit vier Zonen (eine für jedes Schlafzimmer und eine für das Badezimmer) und zwei Register für hydronische Fußleisten im Obergeschoss. Dieses System bietet erstaunlich warme und bequeme Böden in den Schlafzimmern, wenn wir das Heizsystem betreiben. Einige Menschen mit Fußbodenheizung haben nicht das warme Fußerlebnis, das oft bei hocheffizienten Häusern auftritt, aber dies war bei uns nicht der Fall. Da das Haus im Winter hauptsächlich als Wochenendresidenz genutzt wird, erhöhen wir die Hitze bei unserer Ankunft erheblich. Wir müssen warme Pullover tragen, wenn wir zum ersten Mal in die Tür kommen, aber dann einen ganzen Tag haben, an dem der Boden wohlig warm ist.

Das Sekundärheizungssystem und das, das ich viel mehr gerne benutze, ist ein freistehender Holzofen, genauer gesagt ein Jotul F3CB. Es ist ein relativ kleiner (42.000 BTU) Hochleistungsofen aus Norwegen, aber für unser gut isoliertes Haus mehr als ausreichend. Der Ofen befindet sich im offenen Konzept im Obergeschoss und kann in nur wenigen Stunden den 1000 Quadratmeter hohen Deckenraum von Pullovertemperaturen bis zu Kurzwetter beanspruchen.

Wir haben zwei Winter Zeit, um unseren Propan- und Holzverbrauch zu messen, und der Verbrauch war ungefähr so, wie erwartet. In den 12 Monaten bis November 2015 haben wir 400 Gallonen Propan für alle Verwendungszwecke verbrannt, hauptsächlich zum Heizen des Hauses, aber auch für Warmwasser, den Notstromaggregat und einen Propanbereich in der Küche.

Ich vermute, dass 75% davon, vielleicht 300 Gallonen Propan, für die Raumheizung verwendet wurden. Für den Holzofen haben wir im Winter 2014-15 nur etwas weniger als eine Holzschnur verbrannt und während mindestens eines Teils des Tages an fast jedem Tag, an dem wir im letzten Winter dort waren, ein Feuer im Ofen gehabt. Für das Jahr 2015-16 wurde der Propanverbrauch mit 350 Gallonen leicht reduziert, und wir verbrannten erneut fast 1 volle Brennholzschnur.

Die Probleme, die mit der ersten Anstrengung verbunden sind 

Das große Problem mit unserem Heizsystem war, dass es relativ komplex und spröde war. Wir sind nicht die ganze Zeit da, um den Holzofen zu betreiben, was bedeutet, dass das Kesselsystem wirklich die Last tragen musste. Das Problem ist, dass die Anlage zu einer Jahreszeit, in der es am schwierigsten ist, Strom aus der PV-Anlage zu erzeugen, eine konstante und ziemlich bedeutende Stromversorgung benötigt.

Bei voller Leistung benötigt das Heizsystem ca. 400 W für den Kessel und die Umwälzpumpen. Wenn es also 10 Stunden pro Tag läuft (was an den kältesten Wintertagen passieren kann), benötigt das Heizsystem allein 4 kWh / Tag ist fast der volle Betrag unseres angestrebten täglichen Strombudgets. Das andere Problem ist, dass das Hydroniksystem empfindlich gegen Gefrieren ist, das Anfang 2013 (unser erster voller Winter) auftrat.

In diesem Winter haben wir den Strom verloren und hatten ein paar gefrorene Wasserleitungen sowie eine Unterbrechung in einer der Wasserkraftheizungsleitungen. Die Mischung enthielt Glykol als Frostschutzmittel, aber anscheinend hat der Installateur nicht genug eingesetzt. Es bedurfte einer Reihe sehr schwerwiegender Umstände, um das Haus zum Einsturz zu bringen. Es war die kälteste Woche des Jahres. Wir waren eine Woche lang zu Weihnachten bei der Familie, es gab mehrere Schneetage, an denen die Sonnenkollektoren bedeckt waren und Strom verhindert wurde Generation, und der letzte Strohhalm des Backup-Generators bricht zusammen.

Schritte, um das Haus künftig widerstandsfähiger zu machen:

Wir haben also keine Lust, die Notsituation zu wiederholen, in der wir uns für einen guten Teil dieses ersten Winters befanden, und haben eine Reihe von Schritten unternommen, um unser Zuhause angesichts zukünftiger mechanischer Probleme widerstandsfähiger zu machen. Ich habe vor, einige dieser Schritte in einem zukünftigen Beitrag ausführlicher zu besprechen, daher werde ich hier nur kurz diejenigen hervorheben, die nicht mit Hitze zusammenhängen. Was haben wir getan?

– Stellen Sie das Haus so ein, dass täglich per E-Mail gesendete Statusberichte gesendet werden, in denen die Bedingungen des Sonnensystems angegeben sind, einschließlich des erzeugten Stroms, des Stromverbrauchs, der Laufzeit des Generators und der Batterietemperatur. Diese täglichen Erinnerungen sagen mir, wie das System funktioniert, und ich weiß, dass es ein Problem mit dem Stromversorgungs- oder dem Internet-System gibt, wenn ich keinen erhalte.

-Erhöhen Sie die Anzahl der Sonnenkollektoren. Während des ersten Winters wurde der Generator über einen Zeitraum von 6 Monaten vom Herbst bis zum Frühjahr relativ häufig benötigt, und es war viel zu oft für meinen Geschmack. Deshalb haben wir die Kapazität des Sonnensystems verdoppelt.

Schließlich haben wir eine neue Ersatzwärmequelle hinzugefügt, die weder von unserer täglichen Anwesenheit noch von Strom abhängt. Wir haben dazu eine ältere, einfachere Technologie verwendet – eine Propan-Wandheizung mit direkter Entlüftung. Diese werden seit vielen Jahren in Garagen, Werkstätten, Hütten im Wald sowie in einer Reihe von netzunabhängigen Häusern eingesetzt.

Wenn ich mehr über netzunabhängige Heizung recherchiert hätte oder bessere Ratschläge erhalten hätte, hätte ich mich möglicherweise von Anfang an entschlossen, alle unsere Heizungsbedürfnisse mit ein paar dieser Heizungen zu erfüllen. Der größte Vorteil dieser Geräte ist, dass sie überhaupt keinen Strom benötigen, um zu funktionieren. Sie haben eine Zündflamme und einen Millivolt-Thermopile-Thermostat, der einen Temperaturgradienten verwendet, um die geringe Strommenge zu erzeugen, die für den Thermostat benötigt wird, und sie sind auf Konvektion angewiesen, um Luft an den Heizelementen vorbei zu zirkulieren. Wir haben eine installiert, um einen Großteil der Grundlast der Heizung bereitzustellen und um sicherzustellen, dass das Haus ungeachtet von Problemen mit dem elektrischen System nie wieder gefriert.

Wie dimensioniere ich diese neue Heizung? Ich habe mich auf die Kesselfirma verlassen, um diese Entscheidung mit dem ursprünglichen Heizsystem zu treffen, aber diese neue Installation war für mich ein viel praktischeres Unterfangen. Wir haben das Glück, bereits ein gutes Energiemodell unseres Hauses zu haben, wie es für die LEED-Zertifizierung benötigt wurde (wird in einem zukünftigen Beitrag besprochen).

Das Modell gibt eine Schätzung von 33.200.000 BTU Wärmebedarf pro Jahr für das gesamte Haus, was einer Reduzierung von etwa 70% gegenüber einem Haus ähnlicher Größe entspricht, das nur nach Code gebaut wurde. Heizungen werden im Allgemeinen nach den BTUs / Stunde bewertet, die sie produzieren. Um eine erste Annäherung an unseren Heizbedarf zu erhalten, habe ich die Heizlast für das Jahr geteilt durch 100 Tage, um den schwersten Teil der Heizperiode zu berücksichtigen, geteilt durch 24 Stunden an einem Tag, um eine Vollzeit laufende Heizung zu berücksichtigen. was gibt:

 

Diese Berechnung würde voraussetzen, dass wir das gesamte Haus mit nur der Schrankwand für den gesamten Winter auf 20 ° Celsius (70 ° Fahrenheit) heizen. Tatsächlich halten wir einen niedrigeren Sollwert ein, und dieses Gerät hält stattdessen nur einen lokalen Bereich des Hauses bei etwa 65 bis 70 ° F, während der Rest des Hauses kühler wird, wenn wir nicht da sind, und weiterhin durch das Hydroniksystem erwärmt werden.

Diese Berechnung ist nur eine Schätzung der durchschnittlichen Heizlast, sodass diese Wärmemenge an den kältesten Wintertagen nicht mit der Heizung des gesamten Hauses mithalten kann. Wir haben uns für die Empire DV215-Heizung entschieden, eine 15.000 BTU-Einheit, die sich im zentralen Schlafzimmer befindet und Wärme an den Rest der unteren Ebene abgibt.

Nach der Installation der Wandheizung stellte ich fest, dass unsere Energiemodellierung auch eine Berechnung der Spitzenheizlasten für das Haus- und Kesselsystem beinhaltete, die tatsächlich ziemlich genau mit der Berechnung übereinstimmt, die ich oben durchgeführt habe. Die HERS-Berechnung der Spitzenheizlast für unser Haus beträgt 23.400 BTU / Stunde. Diese Zahl von 23.400 ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um an den kältesten Tagen des Jahres mitzuhalten, nicht der typische Wintertag, für den ich zu schätzen versucht habe. Diese Spitzenlastberechnung zeigte auch unsere tatsächliche Kesselspezifikation mit einer maximalen Wärmeabgabe von 136.000 BTU. Dies ist fast das Sechsfache unserer maximalen Heizlast und ist größtenteils übertrieben, aber ich habe immer wieder gehört, dass Heizungs- und Kühlungsunternehmen diese Systeme normalerweise überbauen und unser Haus eine viel geringere Heizlast benötigt als das Standardhaus.

Nach einem vollen Winter kann ich berichten, dass die Wandheizung ein erstaunlicher Erfolg in Bezug auf Zuverlässigkeit und Reduzierung des Stromverbrauchs mit unserer Heizung war. Die Heizung konnte an Wochentagen, an denen wir in der Stadt waren, im Wesentlichen die gesamte Heizlast für das Haus tragen. Die Heizung wurde im Kinderzimmer aufgestellt und auf etwa 21 ° C eingestellt. Bei unserer Ankunft nach einigen Tagen waren die angrenzenden Räume immer 60 ° F oder wärmer, und das Obergeschoss war immer wärmer als 50 ° F. Von Ein Ausgangspunkt wie dieser war, dass es ziemlich einfach war, den Kessel aufzudrehen, ein Feuer im Holzofen zu entzünden und innerhalb von nicht mehr als 2 Stunden auf Hemdsärmel zu sein.