Каскадное отопление. Каскадное подключение котлов

Во время отопительного сезона и межсезонного периода любая отопительная систему имеет тенденцию к неравномерной и часто малой нагрузке оборудования. Данная проблема нуждается в решении, где появляется необходимость в широком диапазоне регулировки мощности тепла отдельного котла, и котельной системы. Но это часто приводит к понижению эффекта работы котельной установки, снижения КПД, увеличению расхода горючего сырья. Каскадные котельные (рис 1) представляют оптимальное решение проблемы.

Каскад – подключение, которое подразумевает соединение небольших отопительных агрегатов в одну систему.

Принцип работы каскадной установки

Малые котлы, имея программное управление, проходят процесс подключения в одну систему через теплоноситель. Это дает возможность плавно, и бесступенчато регулировать мощность всей котельной системы. Данное котельное оборудование использует информативные технологии, которые позволяют идеально контролировать систему во время работы.

Благодаря интерфейсу, которым наделены новые агрегаты, котлы обмениваются информацией между собой. Это дает возможность в моментальном доступе к параметрам каскада.

Работа системы протекает самостоятельно, нет необходимости во вмешательстве человека. Каскадные котельные – ответ на требования пользователей, а именно потребление тепла и горячей воды.

К примеру, при установке 10 газовых котлов с мощностью каждого в 80 кВт, общая мощность составит 800 кВт (10 * 80 кВт = 800 кВт), а минимум мощности будет 26 кВт (800 * 3,3 / 100 = 26 кВт при регулировке мощности 40 %– 100%).

Преимущества данных отопительных установок:

• возможность получения мощности до 1мВт;
• диспетчеризация;
• незагрязняющее среду оборудование является важным экологическим аспектом;
• финансовая привлекательность;
• экономия в пользовании;
• полная автономия;
• размещение в любом месте (крыша, помещение, пристройка);
• быстрый монтаж подготовленного оборудования и установок;
• долгий срок службы;
• отсутствие сооружения больших и неэстетических внешних тепловых трасс;
• дистанционное управление.

Традиционные котельные системы уступают каскадной котельной в сроке службы. Достижение такой надежности заключается в общей работе нескольких агрегатов, работающих совместно и направленных на одну общую цель. Рабочая система запрограммирована так, что каждый день запуск всего отопительного оборудования берет на себя очередной котел: сегодня работу начинает первый котел, а завтра он будет последний в списке очередности. Поэтому, ресурс каждого котла не исчерпаем.

Подключение бойлеров для получения горячей воды, кроме главного агрегата, в быту так же является преимуществом каскадной котельной. Соответственно, имея 10 котлов в системе, можно поставить 9 бойлеров. Даже небольшие объемы каждого бойлера дадут в сумме огромный запас воды.

Размещать котельную систему можно где угодно, это не принципиально: чердак, подвал, пристроенное помещение. Программное обеспечение управления котельной (рис 2) системой контролирует заданную температуру на конкретный промежуток времени. Необходимое количество агрегатов привлечено для поддержания нужной мощности. Ошибка не произойдет, так как «человеческий фактор» отсутствует.

Климат-контроль помещений обеспечивается полностью и автономно. В случае превышения температурных показателей, программа сама отключит систему и, если есть необходимость, запустит работу кондиционирования. При заниженном температурном показателе все совершается абсолютно наоборот. Диспетчер, с помощью модема, с собственного компьютера сможет отслеживать, в каком состоянии находиться оборудование.

Где и как поместить оборудование?

Все зависит от особенности здания. Каскадная котельная имеет несколько вариантов размещения, все они имеют преимущества и недостатки.

Главные требования:

• место под отопительное оборудование должно иметь достаточную площадь;
• наличие вентиляционной системы;
• оборудование отвода продуктов сгорания.

Если дом позволяет, то чердачное место – идеальный вариант. И жилая площадь экономится, и не появится необходимость в постройке высокого дымоотвода.

С каскадной котельной на крыше не сравниться любая другая система. Каскад из настенных котлов, в отличие от стационарных напольных агрегатов, имеет малый вес, легкий в доставке и монтаже. Не нужно их поднимать, используя специальные краны, нет необходимость в разборке покрытия крыши во время замены котлов. В случае поломки или неисправности, агрегат заменяется быстро без дополнительных затрат сил и времени.

Небольшой вес котельной системы, размещенной на стене, не является дополнительной нагрузкой на перекрытие постройки. Газы можно отводить через стену наружу, где и закреплены котлы. Все это дает возможность экономии на постройке дорогой нержавеющей стальной дымоходной системе.

Котельная система может размещаться и в помещении, где понадобиться оборудовать дымоход. Дымовая труба должна быть полностью готова к отводу всего объема газов. Расчет делается на компьютерной программе. Проблеме вывода газов, зачастую, уделяют мало внимания. Но это очень важный аспект. Обычно в расчет берется предположительные нормы.

Главное требование – это соединение отдельно каждого котла с отдельной трубой дымохода.

Дымоход (рис. 3) каскадной котельной должен:

• Использовать дымоход, либо трубу круглым сечением.
• Установка дымохода должна быть под уклоном 1:10 к стороне котельного отопительного агрегата.

Не зависимо, в каком состоянии объект, дымоходная система должна быть всегда рассчитана точно. Старого типа котлы на твердом топливе имеют достаточно широкий дымовой канал. Эта ширина позволяет нормальному выводу нескольких дымоходов даже без квадратного сечения. Эффективность тяги зависит от того, насколько сооружен дымоход в высоту. Чем выше – тем лучше тяга и процесс смешения газов с воздухом.

Для хорошей работы каскадной котельной и всего котельного оборудования, нужно проводить контроль температурных изменений дымовых показателей в дымовой трубе. Это процедура позволить определить процесс конденсации в дыме. Самый результативный показатель на выходе дыма из трубы, там и нужно проводить измерение.

Проектирование такой котельной системы требует большого внимания. Расчет лучше поручить специалисту, чтобы избежать завышенных параметров или недостаточного получения теплового комфорта. Правильный расчет – залог эффективной работы котельного отопления, экономия средств, достаточного количества тепла в помещениях. Особого внимания требует система на твердом топливе. Часто, именно такие каскадные системы и имеют завышенную тепловую мощность.

Закрепить настенные котлы поможет несущая рама (рис 4). Крепиться конструкция и за стену, и в пол. Используются стены только несущие, а не непрочные перегородки. На раму крепятся котлы.

Чтобы каскадная система функционировала правильно, отопительные контуры и котлы должны быть отделены между собой. Это необходимо потому, что расходные объемы воды изменяются от количества котла. В этом поможет гидравлический компрессор динамического давления. Так же понадобиться присутствие стандартизированного гидравлического отсекателя, скомплектованного с коллектором на нужное количество единиц котлов.

Котлы размещаются в единый ряд. Возможно размещение котлов и в два параллельных ряда (задней стороной друг к другу), в случае монтажа каскадной котельной посреди помещения.

При установке бойлеров для горячего водоснабжения, оборудование ежедневно активирует систему антизамерзания. Переходя с зимнего на летний режим использования, ежедневно автоматически запускаются системные насосы, осуществляя прогон теплоносителя системой.

Вентиляция – важный аспект. Любое отопительное оборудование обязано иметь вентиляционную систему. Она должна подавать воздух в котельное помещение для горения котлов, быть интенсивной и влиять на температуру воздуха внутри самого котельного устройства. Воздух, сжигающий продукты сгорания, поступает через дымоход. Но во время расчета системы, нужно учитывать и то, что часть тяги должна находиться в резерве для воздушного привода и сгорания. При не работающей котельной системе, стоить обеспечивать естественную вентиляцию помещения, с помощью окон, дверей. Это даст возможность обмену воздушными массами помещения с улицей.

На сегодняшний день многие потребители в качестве основного источника тепло- и водоснабжения выбирают газовые теплогенераторы (котлы). Есть несколько видов монтажа газового оборудования:

1 . В систему отопления монтируется один теплогенератор.

2 . В систему отопления монтируется несколько теплогенераторов.

Рассмотрим вариант монтажа в систему нескольких теплогенераторов для компенсации тепловых потерь. Есть несколько видов системы управления при таком исполнении: параллельное включение каждого котла, когда каждый из котлов работает отдельно друг от друга, но на одну систему (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др.); и второе, каскадное включение котлов, когда оборудование смонтировано и подключено в одной общей системе тепломеханического и электрического подключения.

При этом каскад объединяется единой системой управления.

Итак, что же такое каскад? Каскад — это один из самых эффективных способов повышения предельной мощности или увеличения минимальной мощности одного аппарата, но об этом чуть позже, а пока для примера давайте рассмотрим работу индивидуального теплового пункта.

Как показывает практика, на максимальную тепловую нагрузку оборудование работает от трёх до пяти месяцев в году с номинальной тепловой нагрузкой от 60 до 100 %, оставшееся же время оборудование работает на пониженной мощности (от 40 до 60 %). Возьмём за основу межотопительный период с марта по сентябрь и площадь отапливаемого помещения 1000 м 2 или же нагрев воды в системе горячего водоснабжения. По усреднённым расчётам, 1 м 3 сжигаемого газа обеспечивает примерно 10 кВт мощности котла. Значит, если у вас в качестве отопительного прибора используется один котёл мощностью 100 кВт, то его минимальная нагрузка составит 50 кВт, что равняется среднему расходу 5 м 3 газа в час. Если же у вас в системе подключён каскад из трёх котлов с мощностью 36 кВт каждый, то, как показывает практика, включаться будет один из теплогенераторов с минимальной нагрузкой 10,6 кВт, что равняется среднему расходу газа 1,6 м 3 в час. Как следствие, при работе в системе одного газового теплогенератора с такой минимальной нагрузкой в межотопительный период его расход газа составит практически в три раза больше по сравнению с каскадным включением котлов, а это увеличение финансовых затрат.

Типовые схемы монтажа газогорелочного оборудования (каскад) таковы.

Первый — это простой каскад. Данная схема включает в себя газовое оборудование с одноступенчатыми или двухступенчатыми горелками. При монтаже такой схемы оборудование работает по следующему принципу: сначала включается первая ступень горелки с номинальной мощностью 70 % (от суммарной мощности котла), а если данной мощности недостаточно для компенсации тепловых потерь, то в работу подключается вторая ступень с мощностью 100 %.

Второй — это модулируемый. Данная схема монтажа является более экономичной. Она объединяет в себя оборудование с модулированными горелками. Имеется возможность в плавном режиме изменять объём подачи топлива и способность регулировать теплопроизводительность в достаточно широком диапазоне. То есть оборудование включается с минимальной тепловой нагрузкой 40 % и при необходимости плавно увеличивает её до мощности в 100 % с шагом в 1 %.

Основные преимущества каскадной системы с двумя и более газовыми котлами перед обычными системами, в которых в качестве отопительного оборудования используется лишь один газовый котёл, таковы.

Во-первых, управление работой газового оборудования должно осуществляться при помощи блока каскадного управления или же другой автоматикой. Многоступенчатый контроллер для системы простого каскада с помощью пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования (ПИД) постоянно измеряет температуру подающегося в систему теплоносителя, сравнивает её с расчётным значением и определяет, какую горелку следует включить, а какую выключить.

Один из котлов каскада выполняет роль «ведущего» и включается в первую очередь, остальные, «ведомые», подключаются по мере необходимости. Автоматика управления позволяет передавать роль «ведущего» от одного котла к другому, а также осуществлять очерёдность включения «ведомых». Также автоматика осуществляет очерёдность включения оборудования, что гарантирует одинаковое количество часов наработки газогорелочного устройства. Как правило, автоматика системы управления поставляется в комплекте с датчиком уличной температуры, что даёт возможность управлять модуляцией газогорелочного устройства (мощность и температура подающей линии) в зависимости от температуры окружающей среды. Например, при температуре наружного воздуха 0 °С температура теплоносителя в подающей линии составит 50 °С. При температуре на улице -10 °С теплоноситель будет подаваться в подающую линию уже с температурой 60 °С и т.д. Чем ниже температура окружающей среды, тем выше температура теплоносителя. Автоматика осуществит включение необходимого количества котлов в зависимости от потребной мощности.

Во-вторых, это экономия газа и, как следствие, сохранение финансовых средств, которые можно направить на реконструкцию своего объекта. Способность котлов с модулируемыми горелками снижать расход топлива часто называют коэффициентом рабочего регулирования горелки (отношение максимальной тепловой мощности котла к минимальной). Как же это можно реализовать? Всё очень просто, система сама сделает это за вас.

Приведём пример — при работе оборудования на мощности свыше 70 % начинается повышенный расход газа. У вас есть два котла с мощностью 24 кВт каждый. Сначала включается первый котёл с номинальной нагрузкой 9,4 кВт и постепенно увеличивает её до мощности 100 %. Если же одного котла не хватает, то включается второй котёл, например, на мощность 40 %. Итого общая нагрузка обоих котлов составит 32 кВт. Второй вариант — включается первый котёл также номинальной нагрузкой 9,4 кВт и постепенно увеличивает до мощности 70 %. Если же данной мощности не хватает, то в работу включается второй котёл на мощности тоже 70 %, а общая нагрузка также составит 32 кВт. При работе газового оборудования во втором варианте экономия газа составит от 15 до 30 %.

В-третьих, это простота транспортировки и монтажа оборудования. Несколько настенных котлов установить или смонтировать куда проще, чем один мощный котёл. Достаточно небольшие габариты и вес настенных котлов обусловливают преимущество установки их в каскад при монтаже крышных котельных, в подвальных или полуподвальных помещениях. В частности, при монтаже таких котельных не требуются дополнительные затраты на специальную технику для подъёма или транспортировки мощного габаритного котла.

В-четвёртых, это резерв. Если по какой-либо причине один из котлов выйдет из строя, например, при аварии теплогенератора, то вся система будет продолжать работу на пониженной или средней мощности. Если же в системе работает один котёл, и он «выйдет в ошибку», то перестанет работать вся система отопления, а в каскаде каждый котёл является автономным, и в случае возникновения аварийной ситуации отключится только неисправный агрегат.

В-пятых, это условия размещения. Каскад из настенных теплогенераторов разрешается монтировать и осуществлять его эксплуатацию в пристроенных, встроенных, отдельно стоящих, крышных котельных и др.

На практике есть немало примеров, когда при реконструкции объекта, расширении и добавлении дополнительных тепловых потребителей приходилось модернизировать и саму котельную (менять действующее газовое оборудование на более мощное), что приводило к большим финансовым потерям, а с вариантом каскадного управления можно при необходимости просто добавить в существующую систему один или несколько котлов.

Есть несколько вариантов размещения газового оборудования: монтаж оборудования на стене, на специализированных стойках (креплениях) в ряд или же размещение газогорелочного оборудования «спина к спине».

Итак, каскадные котельные применяются практически во всех областях, но наиболее они востребованы в системах автономного теплоснабжения одного или нескольких объектов. При монтаже каскадного управления потенциальным заказчикам и потребителям нет необходимости строить теплотрассу от централизованной системы отопления, которая, безусловно, имеет существенные тепловые потери, особенно при функции ГВС.

Наиболее выгодным решением каскадного регулирования является установка данного оборудования в частных домах, ресторанах, гостиницах, магазинах различной площадью и т.д. Если заказчик умеет считать свои деньги, хочет быть уверен в безопасности, экономичности, надёжности и качестве своего оборудования, то он выберет котельную, состоящую из каскада котлов.

Давайте, начнем с того, что в современном доме, расположенном с средней полосе, должно быть 2 котла. Даже не обязательно 2 котла, но два независимых источника тепловой энергии – это точно.

О том, какие это могут быть котлы или источники энергии, мы уже писали в статье « ». Там более чем подробно описано, к какому котлу, какой дублер нужно и можно подбирать.

Сегодня же рассмотрим, как подключить 2 и более теплогенератора в единую систему отопления и как их связать. Почему пишу про 2 и более единицы теплового оборудования? Потому что может быть более 1 основного котла, например, два газовых котла. А также может быть более 1 резервного котла, например, на разных видах топлива.

Подключение двух и более основных теплогенераторов

Рассмотрим сначала схему, при которой у нас имеется два и более теплогенератора, которые являются основными и, отапливая дом, работают на одинаковом топливе.

Это, обычно, которые соединяют в каскад для того, чтобы отапливать помещения от 500 кв.м. общей площади. Достаточно редко соединяют вместе для основного отопления или твердотопливные котлы.

Речь идет именно про основные теплогенераторы, и про отопление жилых помещений. Ибо каскадные и модульные котельные для отопления больших промышленных помещений могут включать в себя «батареи» угольных котлов или мазутных в количестве до одного десятка.

Итак, как уже говорилось выше, подключаются в каскад, когда второй идентичный котел или чуть меньшей мощности дополняет собой первый теплогенератор.

Обычно в межсезонье и небольшие морозы работает первый в каскаде котел. В морозы или при необходимости быстрого догрева помещений к нему в помощь подключается второй котел в каскаде.

В каскаде основные котлы подключаются последовательно, чтобы , нагретую первым теплегенератором. При этом, естественно, в этой связке есть возможность изолировать каждый котел и байпас, позволяющий пустить воду в обход изолированного котла.

В случае неполадок любой из теплогенераторов можно отключить и ремонтировать, в то время как второй котел будет исправно греть воду в системе отопления.

Системе этой особенной альтернативы нет. Как показывает практика, лучше и надежнее иметь 2 котла мощностью по 40 квт, чем один котел мощностью в 80 квт. Это позволяет проводить ремонт каждого отдельного котла без остановки системы отопления.

А также позволяет каждому из котлов работать на своей полной мощности при необходимости. В то время как 1 котел большой мощности работал бы только в половину мощности и повышенным тактованием.

Параллельное подключение котлов – плюсы и минусы

Основные котлы мы рассмотрели выше. Теперь рассмотрим подключение резервных котлов, которые должны быть в системе любого современного дома.

Если резервные котлы подключены параллельно, то у этого варианта есть свои плюсы и минусы.

Плюсы параллельного подключения резервных котлов следующие:

• Каждый котел можно независимо друг от друга подключать и отключать от .
• Можно заменять каждый теплогенератор на любое другое оборудование. Можно экспериментировать с настройками котлов.

Минусы параллельного подключения резервных котлов:

• Придется больше работать с обвязкой котлов, больше паять полипропиленовые трубы, больше варить стальные трубы.
• Как результат, больше уйдет материалов, труб и фитингов, и запорной арматуры.
• Котлы не смогут работать вместе, в единой системе, без использования дополнительного оборудования – гидрострелки.
• Даже после использования гидрострелки остается необходимость сложной настройки и согласования такой системы котлов по температуре подачи воды в систему, и .

Указанные плюсы и минусы параллельного подключения можно применять как к соединению основного и резервного теплогенератора, так и к соединению двух или более резервных теплогенераторов на любом виде топлива.

Последовательное подключение котлов – плюсы и минусы

В случае последовательного подключения двух и более котлов, они будут работать так же, как основные котлы, подключенные в каскад. Первый котел будет нагревать воду, второй котел будет ее догревать.

В этом случае первым стоит поставить котел на самом дешевом для вас виде топлива. Это может быть дровяной, угольный или котел на отработанном масле. А за ним может в каскаде стоять любой резервный котел – хоть дизельный, хоть пеллетный.

Основные плюсы параллельного подключения котлов:

• В случае работы первым , теплообменники второго котла будут играть роль своеобразного гидравлического разделителя, смягчая воздействие на всю систему отопления.
• Второй резервный котел можно включать для догрева воды в системе отопления в самые морозы.

Минусы при использовании параллельного способа подключения резервных теплогенераторов в котельной:

• Более длинный путь воды через систему с большим количеством поворотов и заужений в соединениях и фитингах.

Естественно, нельзя напрямую пускать подачу от одного котла во вход другого. В этом случае вы не сможете отсоединить ни первый, ни второй котел, в случае необходимости.

Хотя с точки зрения согласованного нагрева котловой воды этот способ как раз будет самым эффективным. Его можно реализовать, если смонтировать обходные байпасные петли для каждого котла.

Параллельное и последовательное подключение котлов – отзывы

А вот и пара отзывов про параллельное и последовательное подключение теплогенераторов в системе отопления от пользователей:

Антон Кривозванцев, Хабаровский край: У меня стоит , он основной и греет всю систему отопления. Руснитом я доволен, нормальный котел, за 4 года эксплуатации сгорел 1 ТЭН, я сам его поменял, там всех делов на 30 минут с перекуром.

К нему в пару подключен котел КЧМ-5, в который я встроил . Знатный получился паровоз, отлично греет и самое главное, автоматизация процесса почти такая же, как у автоматического пеллетного котла.

Эти 2 котла работают у меня в паре, один за другим. Ту воду, что не нагрел Руснит, за ним греет КЧМ-5 и горелка Пеллетрон-15 на пеллетах. Система получилась такая, какая надо.

Есть еще один отзыв, теперь уже про параллельное подключение 2 котлов в котельной:

Евгений Скоморохов, Москва: Мой основной котел – , работает в основном на дровах. Мой резервный котел – самый обычный ДОН, который включен в систему с первым параллельно. Он редко когда разжигается, да и вообще, достался мне в наследство вместе с купленным домом.

Но 1 или 2 раза в году, в январе, приходится затапливать и старый ДОН, когда вода в системе почти закипает, а в доме все равно холодновато. Это все по причине плохого утепления, не до конца еще закончил утеплять стены, да и перекрытия чердачные хорошо бы получше утеплить.

Когда до конца будет сделано утепление, думаю, старый котел ДОН вообще не буду растапливать, но оставлю его как резервный.

Если у вас есть комментарии к этому материалу, прошу вас писать их в форму комментариев, размещенную внизу.

Еще по этой теме на нашем сайте:

1. 
   Слова «газовые котлы отопления одноконтурные напольные» неискушенному человеку незнакомы и звучат до безобразия непонятно. Тем временем, интенсивное загородное строительство популяризирует...
2. 
   Котлы Buderus Logano G-125, работающие на жидком топливе, выпускаются в трех мощностях – 25, 32 и 40 киловатт. Основное их...
3. 
   Принцип работы любого газового котла заключается в том, что в результате сгорания газового топлива, образуется тепловая энергия, которая передается теплоносителю...
4. 
   Конвекторы отопления водяные напольные равномерно и в короткий промежуток времени обогревают помещение любого размера. С точки зрения эстетики интерьера, такие...

Каскадирование котлов - это эффективный технический прием для увеличения единичной мощности отопительного аппарата, который на протяжении многих лет используется специалистами-теплотехниками. Концепция приема проста: разделяем суммарную тепловую нагрузку между двумя или более независимо контролируемыми котлами и включаем в каскад только те котлы, которые удовлетворяют потребности в данной нагрузке в определенное время. Каждый котел представляет свою «ступень» теплопроизводительности в общей мощности системы. Интеллектуальный контроллер (микроконтроллер) постоянно отслеживает температуру подачи теплоносителя и определяет, какие ступени системы следует включать для поддержания заданной температуры.

Основные преимущества каскадной системы отопления :

1. повышение надежности (если выходит из строя один котел, то остальные могут частично или полностью покрыть требуемую тепловую нагрузку);
2. повышение экономичности (обычные котлы теряют довольно много эффективности при работе на частичной мощности);
3. упрощение монтажа (отдельные элементы каскада намного проще доставить на место и смонтировать, чем один котел большой мощности).

Очевидно, что система из нескольких котлов вместо одного способна эффективнее обеспечивать условия расчетных нагрузок. Исходя из этого, можно предположить, что чем больше ступеней в каскадной системе, тем лучше она удовлетворит нагрузки отопительной системы. Это особенно эффективно, когда необходимо обеспечить невысокие показатели мощности.

Однако с увеличением количества ступеней увеличивается и площадь поверхности теплоотдачи системы (теплопотери через обшивки котлов), через которую происходит потеря тепла. Это, в конечном счете, может «свести на нет» преимущества повышенного КПД такой системы. Поэтому использование более четырех ступеней не всегда целесообразно. Неотъемлемое ограничение системы «простого» каскада (котлы с одноступенчатыми или двухступенчатыми горелками) — пошаговое регулирование теплопроизводительности (мощности системы), а не беспрерывный регулируемый процесс.

Несмотря на то, что использование более двух ступеней значительно снижает теплопроизводительность каждого котла, идеальным решением будет система «модулируемого» каскада (котлы с модулируемыми горелками). Модулируемые горелки позволяют бесступенчато регулировать мощность в зависимости от потребности в теплоте. Последняя тенденция в решении каскадных систем — система модулируемого каскада.

В отличие от использования ступенчатых горелок, котлы с модулируемыми горелками способны плавно изменять объем подачи топлива, а следовательно, и контролировать уровень теплопроизводительности в широком диапазоне значений. На сегодняшний день на рынке отопительного оборудования широко представлены навесные котлы повышенной мощностис модулируемыми горелками, способные плавно изменять производительность котла в диапазоне 30-100 % от номинальной тепловой мощности.

Способность котлов с модулируемыми горелками снижать расход топлива часто называют коэффициентом рабочего регулирования горелки (т.е. отношение максимальной тепловой мощности котла к минимальной). Например, коэффициент рабочего регулирования горелки котла с максимальной тепловой мощностью 50 кВт и минимальным расходом топлива 10 кВт будет равен 50 кВт / 10 кВт, или 5:1.

Суммарный коэффициент рабочего регулирования установленных в каскадную систему котлов значительно превышает коэффициент отдельного котла. Например, если в каскадной системе используются три котла с максимальной тепловой мощностью 50 кВт и минимальной 10 кВт, суммарное регулирование производительности будет осуществляться в диапазоне от 150 до 10 кВт. Следовательно, коэффициент рабочего регулирования такой системы составит 15:1.

Необходимые условия для «модулируемого» каскада

Существуют три важных условия, которые следует выполнить при проектировании системы «модулируемого» каскада. Во-первых, подводки магистралей и контроллеров должны быть реализованы так, чтобы была возможна независимая регулировка циркуляции потока через каждый котел. Вода не должна циркулировать через неработающий котел, иначе тепло теплоносителя будет рассеиваться через теплообменник или кожух котла. Это также касается и системы простого каскада.

Независимая регулировка потока теплоносителя достигается благодаря оснащению каждого котла индивидуальным циркуляционным насосом. При параллельной установке циркуляционных насосов для предотвращения обратного потока теплоносителя через неработающие котлы вниз по потоку насосов следует установить обратные клапаны. Подача теплоносителя в каждый котел с помощью индивидуальных циркуляционных насосов позволяет повышать давление в теплообменнике работающего котла в целях предотвращения кавитации и взрывного парообразования.

Во-вторых, подключение подающей и обратной магистралей для каждого котла должно быть выполнено параллельно (особенно при использовании конденсационных котлов). Это позволяет поддерживать одинаковую температуру воды на входе в каждый котел и при необходимости исключать переток теплоносителя между контурами. Низкая температура подающегося в котел теплоносителя способствует конденсации водяных паров из продуктов сгорания и повышению КПД системы.

Некоторые каскадные контроллеры для котлов с модулируемыми горелками оснащены функцией «выдержки времени», т.е. способны включать циркуляционный насос определенного котла незадолго до включения горелки. Кроме того, они могут поддерживать работу насосов некоторое время после выключения горелки. Первое обеспечивает нагрев теплообменника котла теплым подающимся теплоносителем системы, что предотвращает тепловой удар вследствие значительного перепада температур (и конденсацию топочных газов для обычных котлов) при зажигании горелки.

Второе — утилизировать остаточное тепло теплообменника, а не отводить его через систему вентиляции после окончания работы котла. И, в-третьих, очень важно, чтобы циркуляционные насосы обеспечивали адекватный поток теплоносителя через работающие котлы, независимо от показателя расхода системы отопления. Естественным решением данного вопроса является применение гидравлического разделителя низкого давления.

Этапы монтажа системы

Подключение системы каскада выполняется в три этапа:

1. гидравлической увязки котлов и системы;
2. подключения в единый коллектор дыма;
3. настройки автоматики каскада.

Благодаря модульной системе монтажа, которую можно сравнить со сбором детского конструктора, достигается высокая скорость инсталляции и надежность работы системы. Основные этапы монтажа каскадной теплогенерирующей установки показаны на рис. 2. Естественно, что основным способом согласования нескольких теплогенерирующих единиц и системы теплоснабжения является гидравлический коллектор низкого давления.

Методы расчета подбора и монтажа общеизвестны. Cистема гидравлического согласования котлов состоит из нескольких стандартных шагов подключений: 1. двух котлов в каскад; 2. третьего котла в каскад; 3. группы безопасности каскада (рис. 3). В зависимости от необходимой мощности можно собирать каскад из двух или трех котлов. Материалом основы служат толстостенные никелированные трубы, которые соединяются с помощью быстроразъемных соединений (так называемых «американок»).

В комплект поставки входят все необходимые элементы, начиная от запорных кранов и заканчивая прокладками. Такая комплектация позволяет максимально оперативно и аккуратно осуществить монтаж каскада.

Модулируемое управление

Многоступенчатый контроллер для системы простого каскада с помощью пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования (ПИД) постоянно измеряет температуру подающегося в систему теплоносителя, сравнивает ее с расчетным значением и определяет, какую горелку следует включить, а какую выключить. Для управления каскадом котлов и достижения экономичного расхода топлива необходимо использовать специальную автоматику.

Один из котлов каскада выполняет роль «ведущего» и включается в первую очередь, остальные, «ведомые», подключаются по мере необходимости. Автоматика управления позволяет передавать роль «ведущего» от одного котла к другому, а также осуществлять очередность включения «ведомых» котлов и температурные дифференциалы включения каждой последующей ступени.

При возникновении неисправности ведущего котла осуществляется автоматическая смена приоритета. Если запрос на тепло не приходит ни от одной из зон, регулятор выключит все котлы, а при поступлении сигнала требования запустит их в эксплуатацию. После отключения последнего котла циркуляционный насос выключается через определенный промежуток времени.

В большинстве систем «модулируемого» каскада способ контроля другой. Как правило, цель — увеличение времени работы котлов в низкотемпературном диапазоне и при неполной мощности. Компания Immergas рекомендует использовать для своих котлов Victrix 50 контроллеры Honeywell серии Smile SDC 12-31 (рис. 4). Хотя разные производители предлагают разные системы управления, общепринятый подход такой: включение котла, далее модулирование его работы до уровня теплопроизводительности, которая удовлетворяет необходимую нагрузку.

Если понадобится дополнительная подача тепла, теплопроизводительность первого котла значительно снижается, включается второй котел, и далее происходит соответствующее модулирование теплопроизводительности обоих котлов для удовлетворения требуемой нагрузки. Такая схема обеспечивает работу обоих котлов при более низких показателях теплопроизводительности, а значит, в более щадящем режиме, в отличие от работы одного котла на полной мощности.

Это повышает площадь поверхности теплообмена, следовательно, повышается вероятность конденсации водяных паров из продуктов сгорания, а также КПД системы. Предположим, что нагрузка продолжает возрастать, и два котла, работающих при сравнительно высоком уровне теплопроизводительности, не могут удовлетворить ее условия.

Тогда второй котел снижает расход топлива, включается третий, и происходит параллельное модулирование теплопроизводительности второй и третьей ступеней. В некоторых системах первый котел способен также снижать расход топлива при активированных остальных ступенях, следовательно, все три ступени мощности могут регулироваться параллельно.

Рабочие режимы контроллеров

Большинство каскадных контроллеров способны работать по крайней мере в двух рабочих режимах. В режиме отопления осуществляется погодозависимый принцип регулирования, т.е. заданное значение температуры подающегося в систему теплоносителя зависит от внешней температуры. Чем ниже внешняя температура, тем выше заданное значение температуры подающегося теплоносителя.

Эта система устраняет необходимость использования смесителя между котлом и потребителями отопления. В режиме ГВС осуществляется программное регулирование системы, когда заданное значение температуры подающегося теплоносителя не зависит от внешних температур. Другими словами, задается определенное, достаточно высокое значение температуры, что обеспечивает высокий уровень теплопередачи через вторичный теплообменник.

Такой режим обычно используют для обеспечения более высокой температуры теплоносителя, подающегося через теплообменник к потребителям ГВС и системам антиоледенения. Модулирование мощности котла приводит к существенному уменьшению дифференциала между требуемой и реальной температурами теплоносителя, что предотвращает частое «тактирование» (включение/выключение) котла.

Некоторые контроллеры также отвечают за работу главного циркуляционного насоса и связаны с системой диспетчеризации инженерного оборудования здания. Современное поколение маломощных котлов с модулируемыми горелками обеспечивает экономию площади помещения, высокий КПД, тихую работу и надежность. Это идеальное решение в низкотемпературных системах; такие котлы идеально подходят для напольного отопления, систем антиоледенения, обогрева бассейна, систем ГВС, а также систем тепловых насосов, в т.ч. геотермальных.

Они уже завоевали позицию в области отопления частных домов. Как часть каскадной системы котлы с модулируемыми горелками представляют собой новую альтернативу системам промышленного отопления.

Каскадное подключение котлов, котлы в каскаде

Ежели Вам нужно обогреть площадь наиболее 400 кв.м, Вы сможете определить Вотан котёл мощностью возле 40 кВт либо 2 котла, сообразно 24 кВт любой.

Для чего ставить некоторое количество котлов заместо 1-го? Вот некие достоинства:

Аппарат 2-ух котлов наименьшей мощности может заслуживать подешевле и проходить проще. В особенности это дотрагивается выбора меж одним напольным котлом и 2-мя навесными: множество монтажников, какие занимаются коттеджным отоплением, ни разу в жизни напольный котел не ставили.

В случае неисправности 1-го из котлов, 2-ой станет отчасти накрывать перегрузки, что в особенности принципиально в наших погодных критериях.

Запасные части для наименее массивных котлов доступнее и стоят дешевле.

Этак именуемая «сезонная эффективность» больше, потому что опосля окончания отопительного сезона не будет необходимости «бранить» большущий котёл лишь для снабжения жаркого водоснабжения при 20% перегрузке.

Традиционно, ежели идёт речь о коттеджном отоплении, ставят 2 подвесных котла. При этом какой-то из них даёт ответ за 1-ый этаж, иной – за 2-ой. Максимум, на что способны монтажники – это определить погодозависимое управление каждым котлом.

Но, при аппарате наиболее 1-го котла, их можно соединить в «каскад».

Каскад котлов используется в домах площадью от 400 метров либо при присутствии огромных тепловых нагрузок – нечто вроде вентиляции, водоёма, бессчётных гостевых домов, гаражей, бань, пристроек, зимних садов, теплиц и т.д.

Сущность каскадного включения последующая: тепловая перегрузка распределяется меж 2-мя или более котлами. Такое разделение персонально для всякого единичного варианта в согласовании с техническим поручением заказчика. В процессе работы каскадная автоматика подключает и выключает котлы (также заведует их горелками) для поддержания данного теплового режима.

Давайте условно представим, что в каскадной системе любой котёл является ступенью мощности. Логически допустить, что чем более таковых ступеней, тем поточнее система станет гарантировать расчётную нагрузку, а при нескончаемо огромной численности ступеней – вполне совпадёт с расчётной перегрузкой, обеспечив наибольший КПД системы.

Но при большом количестве котлов площадь их обшивки, чрез которую проистекает утрата тепла, также крупная, что компенсирует завышенный КПД. Потому производители обычно советуют внедрение не более 4 котлов.

Что дотрагивается горелок, они также являются ступенями мощности:

одноступенчатая горелка владеет одну ступень;

двухступенчатая горелка – две ступени;

модуляционная – может плавненько выверять ёмкость котла в спектре 30–100% маршрутом плавного конфигурации уровня подачи горючего, что предотвращает нередкое включение-выключение котла.

Контроллер для каскада котлов со ступенчатыми горелками измеряет температуру подающегося в систему теплоносителя, ассоциирует её с расчётными значениями и описывает, какую горелку следует подключить, а какую – отключить. В каскаде один из котлов является водящим, другие – ведомыми, крайние врубаются постепенно. При возникновении поломки в водящем котле, как правило, роль водящего передаётся иному котлу.

Контроллер для каскада котлов с модулируемыми горелками действует по тому же принципу, лишь жаждет снабдить работу котла не на совершенной мощности: если одного котла мало, врубается 2-ой, при всём этом теплопроизводительность главного котла существенно снижается. Это гарантирует работу обоих котлов в более милующем режиме.

Сравним систему из одного котла с каскадом из 4 котлов при суммарной теплопроизводтельности 200 кВт, если горелки всех котлов модуляционные:

один котёл сумеет регулировать мощность в спектре: 200 кВт х 30% = 60 кВт, означает от 60 до 200 кВт;

4 котла, каждый по 50 кВт, сумеют регулировать мощность в диапазоне: 50 кВт х 30% = 15 кВт, 50 кВт х 4 котла = 200 кВт, значит от 15 до 200 кВт.

Другими словами, теплопроизводительность второй системы будет очень подходить расчётной, что приведёт к экономии горючего.

Эта статья была взята с сайта kotlu.net

Автоматический запуск ведомого котла при понижении tнв и при отказе ведущего. У котлов задана максимальная tвых.

⊕ 2 котла с одноступенчатыми горелками.

Горелки включаются двухпозиционным регулятором “Овен” 2ТРМ1 для поддержания температуры воды на общем выходе котлов по прямолинейному температурному графику.

Доработанный щит управления в котельной с двумя водогрейными котлами и газовыми одноступенчатыми горелками (Rossen RS-H):

В первую очередь, в этой крышной котельной было сделано так, чтобы она запускалась сама при появлении электропитания (с минутной задержкой).

Во вторую – смонтирован эконом-вариант каскадного управления. На щите, установленном этажом ниже, реализована возможность смещения температурного графика:

Автоматический запуск ведомого котла при понижении tнв и при отказе ведущего. Плавное управление горелками для поддержания температуры воды на общем выходе котлов по криволинейному температурному графику.

Автоматический запуск ведомого котла при понижении tнв и при отказе ведущего. Ручное задание температуры воды на выходе котла.

⊕ Включение 3-х котлов:

Автоматический запуск ведомого котла при понижении tнв и при отказе ведущего. Горелка включается двухпозиционным регулятором для поддержания температуры воды на выходе котла по прямолинейному температурному графику.

Ручное включение котла в схему “погодозависимого” регулирования. Горелки включаются двухпозиционным регулятором для поддержания температуры воды на общем выходе котлов по прямолинейному температурному графику с изломом.

А вот мои предложения, сделанные перед проектированием одной квартальной котельной. Заодно и по монтажу немного:

Предложения по реконструкции котельной “Интеллектуальная зона”

● В качестве теплогенераторов использовать три котла одинаковой теплопроизводительности – водотрубных, по 6,5 Гкал/ч, до 115°С, до 16 кгс/см2. Котлы должны быть газоплотными, способными работать под наддувом,

● горелки котлов должны иметь “топочный автомат”, только один сервопривод и работать с плавным изменением теплопроизводительности (20–100%). В “топочных автоматах” должна быть такая “прошивка”, при которой не выполняется выключение горелок каждые 24 или 72 часа,

● в качестве электронных регуляторов использовать не штучные свободно-программируемые контроллеры, а только серийно изготавливаемые и широко распространённые приборы фирмы “Овен”,

● приборы автоматизации разделить на функциональные узлы и смонтировать их в автономных щитах, находящихся в непосредственной близости к исполнительным органам. Например: “Щит сетевых насосов”, “Щит котла №1”, “Щит теплосети” и т.п.,

● щиты установить в таких местах, в которых над ними не проходят водные трубопроводы,

● для дефлекторов предусмотреть такие места, под которыми не будет хотя бы электрооборудования,

● сделать короткозамкнутый котловой контур (насосы рециркуляции не требуются),

● для регулирования температуры сетевой воды использовать прибор “Овен” ТРМ32 и пару одинаковых дисковых поворотных затворов Dу350 с электроприводом:

● на выходах котлов предусмотреть дисковые поворотные затворы со шкалой и зубчатым фиксатором положения,

● для отсечки каждой ветви “котёл-насос” предусмотреть задвижки,

● все насосы смонтировать на высоте не более 1 метра от пола,

● для удаления воздуха предусмотреть в высших точках воздухосборники с выпускными патрубками и шаровыми кранами, опущенными до высоты 1 м над полом, а также шлангами, опущенными до высоты 0,5 м над полом,