xi Contents Chapter 1 Human Comfort and Heat Transfer. . . . 2 1.1 Hydronic Heating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 Basic Hydronic Configurations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 Modern Hydronic System Configurations . . . . . . . 7 1.4 Heating and Human Comfort. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.5 Benefits of Using Hydronic Heating. . . . . . . . . . . . 12 1.6 Principles of Heat Transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.7 Heat Transfer through Piping. . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Chapter 2 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.1 Personal Protective Equipment (PPE). . . . . . . . . . 22 2.2 Fire Safety. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3 Electrical Safety. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.4 Lockout/tagout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5 Safety with Tools and Equipment. . . . . . . . . . . . . . 31 2.6 Working around Pressurized Gases. . . . . . . . . . . . 32 2.7 Chemical Hazards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.8 Working in a Confined Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.9 Safety in the Boiler Room. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Chapter 3 Boilers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.1 Operating Pressures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2 Types of Fuel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3 Construction Materials and Boiler Efficiency. . . . 45 3.4 Condensing Boilers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.5 Modulating Boilers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.6 Electric Boilers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.7 Low NOx Boilers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Chapter 4 Gas Burners and Ignition Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.1 Principles of Combustion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2 The Gas Train. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.3 Gas Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.4 Types of Gas-Fired Burners. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.5 Ignition Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.6 Safety Devices for Burner Ignition Controls . . . . 78 Chapter 5 Oil Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.1 Fuel Oil Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.2 Fuel Oil Combustion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.3 Fuel Oil Piping Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.4 Oil Burner Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.5 Fuel Oil Boiler Venting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.6 Combustion Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Chapter 6 Boiler Fittings and Air Removal Devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 6.1 Pipe Fittings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.2 Pressure and Temperature Gauges. . . . . . . . . . . . 116 6.3 Expansion Tanks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 6.4 Air Removal Devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Chapter 7 Hydronic Piping Systems. . . . . . . . 130 7.1 The Physics of Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 7.2 Steps for Proper Pipe Sizing and System Layout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 7.3 Piping Arrangements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Chapter 8 Boiler Control and Safety Devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 8.1 Pressure Relief Valves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 8.2 Low-Water Cutoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 8.3 Flow Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.4 Backflow Preventer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 8.5 Aquastat Relay. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 8.6 Outdoor Rest Controller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 8.7 Electronic Controls. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Chapter 9 Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 9.1 Isolation Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 9.2 Flow Control Valves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 9.3 Temperature Control Valves. . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 9.4 Specialty Valves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Chapter 10 Circulating Pumps. . . . . . . . . . . . . 190 10.1 How a Circulator Works. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 10.2 Types of Circulating Pumps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 10.3 Circulator Installation and Placement . . . . . . . . 196 10.4 Circulating Pump Performance. . . . . . . . . . . . . . . 199 10.5 Pump Sizing and Selection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 10.6 Service and Repair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206