каскадування котлів - це одна зі схем з'єднання теплогенераторів, завдяки якій збільшується одинична потужність кожного нагрівального приладу. Такий метод підключення є виправданим і ефективним при великій теплової навантаженні, а також в тому випадку, якщо з метою зменшення витрат на опалення встановлюються котлоагрегати, що працюють на різних видах палива. Суть даної схеми полягає в наступному - загальна теплове навантаження розділяється між декількома незалежно контрольованими теплогенераторами, після чого в каскад включаються тільки ті з них, які забезпечують потреби у виробництві тепла в даний проміжок часу. Послідовне або каскадне підключення котлів прийнято розділяти на «ступені», кожній з яких є окремий нагрівач, а всі щаблі разом формують загальну потужність мережі теплопостачання.

У більшості випадків функціонування стандартних систем опалення та гарячого водопостачання забезпечує один котел, підбір якого проводиться виходячи з вимог максимально можливої \u200b\u200bдля нього навантаження. Однак реальний стан справ може сильно відрізняться від попередніх розрахунків. Як доводить практика, в більшості випадків, на протязі опалювального сезону нагрівальне обладнання працює не більше ніж на 50% своєї потужності протягом 80% часу. Більш того, якщо розглянути весь сезон експлуатації таких приладів, то середнє завантаження на них становить від 25 до 45%. Таким чином, один теплогенератор великої потужності буде витрачати зайве паливо і не зможе ефективно компенсувати теплові витрати. Виною цьому є наведені вище показники нерівномірною, а часто і малої навантаження. Відповіддю на цю проблему може стати каскадне підключення котлів.

Регулювання такої системи теплопостачання проводиться завдяки спеціальному микроконтроллеру або інтелектуальному контролера. Його завданням є відстеження температури теплоносія і визначення того, скільки ступенів необхідно включити в роботу для того, щоб ця температура підтримувалася на заданому рівні. Завдяки такому регулюванню, каскад котлів забезпечує плавну роботу всіх складових системи опалення на потрібної потужності (в широкому її діапазоні), в не залежності від пір року. Відбувається цей процес завдяки послідовному підключенню кількох теплогенераторів - одного за іншим. Каскадне регулювання в поєднанні з програмним управлінням дозволяє вирішити проблему визначення найкращого співвідношення потужності котельні та опалювальної системи. Даний принцип роботи дозволяє економити енергоресурси без зменшення комфортної температури в приміщеннях. Такий ефект досягається завдяки тому, що каскадна котельня здатна довго функціонувати на низькій температурі теплоносія в періоди міжсезоння і під час теплих зимових місяців.

Виходячи з наведеної вище інформації, стає зрозуміло, що послідовна схема підключення з декількома нагрівачами замість одного, може набагато краще забезпечити розрахункові навантаження системи теплопостачання. Тому може виникнути припущення, що чим більше буде ступенів в даній схемі, тим ефективніше вона почне функціонувати. Однак це не зовсім так. Вся справа в тому, що разом зі збільшенням кількості таких теплових ступенів будуть рости і площі поверхонь, через які відбувається тепловіддача. Простіше кажучи, будуть зростати втрати теплової енергії через обшивки котлів. У підсумку це може анулювати всі переваги від підвищення ККД каскадної системи підключення котлів. Тому вважається недоцільним використовувати більше чотирьох ступенів в даній схемі.

Переваги каскадного підключення котлів і його недоліки

Послідовне або каскадне підключення котлів має велика кількість плюсів, серед яких такі:

Що стосується недоліків каскадного підключення, то їх також кілька. По-перше, збільшується вартість опалювальної системи за рахунок монтажу декількох котлів і додаткового устаткування для керування послідовним підключенням. По-друге, така кількість приладів вимагає більше місця в котельні, ніж потрібно при установці одного великого і потужного нагрівача. І, по-третє, дещо ускладнюється підключення каскаду котлів до димоходу.

Типи каскадного підключення котлів

Даний вид з'єднання теплогенераторів підрозділяється на три типи, виходячи з методу роботи їх пальників. типи послідовного підключення котлів бувають такими:

• простий каскад - в його склад входять теплогенератори, які мають одноступінчасті або двоступеневі пальники. Така система здатна збільшити потужність кожного нагрівача;
• змішаний каскад - даний тип з'єднання включає різні теплогенератори, один з яких відрізняється модульованим пальником. При цьому саме на такий нагрівач встановлюється система управління температурою котельної води;
• модулирующий каскад - в його склад входять тільки теплогенератори з модульований пальниками. позитивне відміну даного типу з'єднання від двох попередніх полягає в тому, що в ньому регулювання подачі палива відбувається плавно, а також присутня можливість змінювати продуктивність тепла в широкому діапазоні.

Нескладно помітити, що головна відмінність трьох типів каскадного підключення котлів полягає в тому, якими пальниковими пристроями вони обладнані. Справа в тому, що саме пальника дуже впливають на функціонування системи опалення. Так, схема простого каскаду дозволяє регулювати виробництво тепла виключно покроково. Тому самим оптимальним типом послідовного з'єднання котлів вважається модульований каскад, навіть з урахуванням того, що застосування більш ніж двох ступенів зменшує продуктивність кожного нагрівача окремо. Вся справа в тому, що агрегати з модульований пальниками дають можливість безступінчатий змінювати потужність системи, виходячи з потреб в тепловій енергії. Такий принцип роботи дозволяє знижувати витрата палива, а, отже, і економити на опаленні.

Умови створення модулируемого каскаду

Згідно з наведеною вище інформацією, саме модульований каскад можна назвати найефективнішим з усіх трьох типів таких з'єднань. Однак його реалізація залежить від трьох умов, виконання яких повинно бути передбачено на етапі проектних робіт.

гідравлічний чан низького тиску або гідравлічна стрілка - це сучасний і важливий елемент каскадного підключення. Його призначенням є поділ первинного та вторинного контурів (тобто контурів котлів і споживачів), зі створенням зони зниження гідравлічного опору. Завдяки цьому, витрата теплоносія в цих двох контурах буде залежати виключно від продуктивності циркуляційних насосів, які не будуть впливати один на одного. Такий роздільник створює гідравлічний і температурний баланс контурів. гідравлічна стрілка дозволяє підтримувати постійну витрату теплоносія в первинному контурі, а у вторинному - виробляти його ефективну регулювання з урахуванням теплового навантаження. Така функція вже стала стандартом для сучасних опалювальних мереж. Вибір гідравлічної або стрілки проводиться по каталогу, виходячи з необхідної потужності теплогенератора і максимально можливого протоку теплоносія в системі.

Монтаж каскадного підключення котлів

Установка каскаду теплогенераторів проводиться в кілька етапів, кожен з яких включає приблизно такі дії:

Каскадування котлів є досить складною справою, в процесі реалізації якого необхідно враховувати велику кількість різних нюансів. Тому створення системи теплопостачання такого типу потрібно довіряти тільки кваліфікованим фахівцям, здатним виконати всі роботи на належному рівні. Як розробку, так і монтаж каскадного підключення котлів повинні виконувати компанії і професіонали, які знають специфіку таких схем, а також мають відповідні ліцензії і допуски. Увага до всіх дрібниць і відповідальний підхід до реалізації послідовного приєднання теплогенераторів допоможуть створити надійну, ефективну і безпечну опалювальну систему, яка буде також і економічною.

Каскадні схеми котелень в тому чи іншому вигляді існують протягом практично всієї історії існування даної техніки, в незалежності від виду палива і сфери застосування. Зазвичай необхідність застосування таких рішень була пов'язана з обмеженням потужності окремого котлового агрегату або діапазону допустимих для нього режимів роботи. Однак з розвитком технологій застосовуваних як у тепломеханічної частини конструкції котлів, так і в сфері автоматизації, використання каскадних рішень все частіше стає вимушеним заходом, а найбільш технічно і економічно доцільним вибором.

У даній статті ми розглянемо основні переваги застосування , Різні тепломеханічні схеми і питання автоматизації таких котелень.

Ми не будемо акцентувати уваги на перевагах окремого конденсаційного котла перед неконденсаційних (традиційним). Як то значно більший ККД і відмовостійкість. Однак відзначимо вигоди застосування таких котлів саме в каскаді.

Основні переваги застосування каскадів котлів

Велика частина перераховуються нижче переваг може бути віднесена не тільки до конденсаційних котлів, але ми будемо окремо звертати увагу на те, чим конкретно виділяється даний вид техніки в рамках відповідної теми.

Збільшення загального діапазону модуляції потужності

Як було зазначено вище, головна причина для установки декількох котлів в каскад - збільшення максимальної потужності котельні при обмеженні на продуктивність окремого агрегату. З цієї точки зору будь-які котли знаходяться, можна сказати, в рівному становищі.

У той же час не варто забувати про те, що до сучасним системам теплопостачання пред'являються підвищені вимоги з точки зору енергоефективності. І одним з основних принципів в забезпеченні даного принципу є забезпечення поточної потужності генераторів тепла рівній потреби системи, що не більшою і не меншою. Відповідно, нижня межа модуляції продуктивності котельні так само грає важливу роль. Застосування каскаду допомагає значно зменшити цю межу. Варто також пам'ятати про те, що для середніх широт більшу частину року потреба в теплі становить не більше 30-40% від максимальної.

При використанні в каскаді однакових теплогенераторів нижня межа потужності визначається просто розподілом мінімальної продуктивності окремого котла на їх кількість. І тут легко побачити, в наскільки вигідному світлі виступають конденсаційні котли. Мінімальна модуляція для найбільш сучасних котлів настінного виконання становить приблизно 15%. Відповідно, застосовуючи, наприклад, чотири таких котла ми отримуємо загальний діапазон безступінчатим модуляції 4-100%. Причому, на відміну від традиційних котлів, ККД конденсаційних тільки зростає зі зниженням модуляції.

Забезпечення високого рівня відмовостійкості котельні

досить очевидна перевага. чим велика кількість котлів в каскаді використовується, там менше падіння загальної потужності при виході з ладу і обслуговуванні окремого теплогенератора.

Зручність монтажу та обслуговування обладнання

В незалежності від загальної потужності котельні, часто ми стикаємося з обмеженнями по доступному простору як при проектуванні, так і при монтажі.

Зручність для вмонтовують і обслуговуючих організацій полягає в легкості доставки окремого котла до місця безпосереднього монтажу на будь-якому етапі. Особливо це актуально для дахових котелень, де в разі необхідності заміни теплогенератора (хоч і вкрай малоймовірному), його легкість і компактність може зіграти критичну роль. В даному контексті так само не варто забувати про попередньому пункті даного розділу.

Можливість послідовного збільшення потужності котельні

Все частіше застосовується останнім часом можливість, що дозволяє розподілити інвестиції на різні етапи будівництва.

Каскадні рішення дозволяють послідовно додавати потужності в існуючу систему. Природно, що гідравлічна частина повинна передбачати можливість такого розширення.

гідравлічні схеми

Гідравлічних схем по обв'язки каскадних котелень існує величезна безліч. Ми розглянемо основні, які застосовуються при роботі з конденсаційними котлами. загальною вимогою до таких схем є можливість незалежної з точки зору гідравліки роботи окремих теплогенераторів. Ця вимога в першу чергу означає обов'язкову наявність окремого циркуляційного насоса для кожного котла. У найбільш сучасних настінних котлах промислових серій даний насос є вбудованим. Для того, щоб величина циркуляції через окремий котел не залежала як від інших котлів, так і від роботи систем споживачів, зазвичай застосовуються гідравлічні роздільники, які відомі так само під назвою "гідравлічні стрілки". Однак можливі так само й інші способи вирішення даного завдання.

Рівнозначні котли з гідравлічним роздільником

Найбільш поширений варіант. Котли гідравлічно рівнозначні, незалежність забезпечена за рахунок застосування гідравлічної стрілки.

Кількість котлів, природно, може бути будь-яким економічно доцільним. Правильна автоматизація дозволяє забезпечити рівномірне вироблення ресурсу котлів протягом усього терміну служби.

Існує, однак, ситуація, коли така схема не є оптимальною при використанні конденсаційних котлів. А саме в разі, якщо потреба системи в потужності на приготування ГВС може бути забезпечена невеликою частиною котлів з усього каскаду: одним або двома. для найбільш ефективної роботи конденсаційних котлів бажаний низькотемпературний графік роботи системи споживачів (з температурою зворотної води нижче точки роси), в той же час для швидкого нагріву питної води до необхідних значень потрібна висока температура котла. Для того щоб не виводити весь каскад з конденсаційного режиму на час приготування ГВС, можна використовувати наступну схему.

Схема з гідравлічним роздільником і окремим котлом на потреби ГВП

В даному випадку реалізована можливість виведення окремого котла з каскаду для розігріву його до високої температури і приготування гарячої питної води. Загальна ККД установки в такому випадку підвищується. Середньорічне зростання ефективності вище для систем з низькотемпературними споживачами.

Недоліком такої схеми, в той же час, є велика вироблення ресурсу котлом або котлами, виділеними на цілі забезпечення ГВП.

Схема з магістральним колектором для забезпечення гідравлічної незалежності

Для ілюстрації того, що гідравлічний роздільник не є обов'язковим компонентом схеми наведемо варіант схеми вище.

В даному випадку для забезпечення незалежності котлів застосовується замикає ділянку на розподільному колекторі, що забезпечує постійну циркуляцію теплоносія через будь-який теплогенератор. Така схема може бути зручна в разі використання дахової котельні та розташування розподільних систем для контурів споживачів в підвалі, так як дозволяє заощадити простір, відмовившись від гідравлічної стрілки.

Але при цьому, проектування даного рішення вимагає звернути окрему увагу на підбір котлових насосів, так як вони повинні забезпечувати так само втрати напору на магістральному трубопроводі. З цієї ж причини така схема застосовується тільки з підлоговими конденсаційними котлами. В сучасних настінних котлах насос вбудований і діапазон його продуктивності точно підібраний для забезпечення ефективної роботи конкретно котла.

Автоматизація каскадних котелень

Роль засобів автоматизації неможливо переоцінити в питанні зручності організації каскадних котелень, їх надійності та ефективності.

Саме автоматика відповідає за те, щоб "вичавити" максимальну ефективність від котлів, що працюють в каскаді, забезпечивши при цьому чуйність теплогенераторів на сигнали від споживачів.

В сучасні конденсаційні котли промислових серій каскадний логіка включається в базову автоматику і оптимізується для конкретного обладнання.

Основні функції автоматики каскадної котельні:

Збір вимог від споживачів на вироблення тепла і визначення пріоритетів (ГВС, опалення, вентиляція і т.д.)

визначення оптимального режиму роботи кожного окремого котла для забезпечення необхідної потужності.

Забезпечення рівномірного вироблення ресурсу котлів (за рідкісним винятком, розглянутим вище).

Відстеження аварій на котлах і сигналізація про них.

Якщо говорити про особливості роботи автоматики саме з каскадом конденсаційних котлів, то вона полягає в стратегії включення і виведення котлів з поточної роботи. Принципово виділяють три таких стратегії:

Пізніше включити, раніше вимкнути.
У такому режимі роботи додаткові котли додаються в роботу якомога пізніше з ростом потреби в теплі, тобто вже включені котли працюють на максимальній потужності. При зниженні потреби в потужності котли виводяться з каскаду якомога раніше. Дана стратегія забезпечує найменшу кількість одночасно працюючих котлів, їх роботу на максимальній потужності і найменший час роботи додаткових котлів.

Стандарт для неконденсаційних котлів. Пов'язано це з тим, що для неконденсаційних котлів спостерігається деяке зниження ККД при роботі на зниженій модуляції.


Пізніше включити, пізніше вимкнути.
Включення додаткових котлів так само як можна пізніше, але і вимикання якомога пізніше. Застосовується в разі необхідності забезпечення мінімальної кількості операцій увімкнення пальників котлів.


Раніше включити, пізніше вимкнути.
Включення додаткових котлів якомога раніше з ростом потреби в теплі і вимикання якомога пізніше з її зниженням.

Саме така стратегія управління використовується з сучасними конденсаційними котлами. При цьому кожен окремих котел працює на мінімальній модуляції, що забезпечує потребу в теплі. Кількість працюючих котлів максимально. У підсумку ми отримуємо максимальний ККД каскадної установки при найбільш рівномірної вироблення ресурсу котлів.

Каскадування котлів - це ефективний технічний прийом для збільшення одиничної потужності опалювального апарату, який протягом багатьох років використовується фахівцями-теплотехніки. Концепція прийому проста: поділяємо сумарну теплове навантаження між двома або більше незалежно контрольованими котлами і включаємо в каскад тільки ті котли, які задовольняють потреби в даному навантаженні в певний час. Кожен котел являє свою «щабель» теплопродуктивності в загальній потужності системи. Інтелектуальний контролер (мікроконтролер) постійно відстежує температуру подачі теплоносія і визначає, які ступені системи слід включати для підтримки заданої температури.

Основні переваги каскадної системи опалення:

1. підвищення надійності (якщо виходить з ладу один котел, то інші можуть частково або повністю покрити необхідну теплове навантаження);
2. підвищення економічності (звичайні котли втрачають досить багато ефективності при роботі на частковій потужності);
3. спрощення монтажу ( окремі елементи каскаду набагато простіше доставити на місце і змонтувати, ніж один котел великої потужності).

Очевидно, що система з декількох котлів замість одного здатна ефективніше забезпечувати умови розрахункових навантажень. Виходячи з цього, можна припустити, що чим більше ступенів в каскадної системі, тим краще вона задовольнить навантаження опалювальної системи. Це особливо ефективно, коли необхідно забезпечити невисокі показники потужності.

Однак зі збільшенням кількості ступенів збільшується і площа поверхні тепловіддачі системи (тепловтрати через обшивки котлів), через яку відбувається втрата тепла. Це, в кінцевому рахунку, може «звести нанівець» переваги підвищеного ККД такої системи. Тому використання більше чотирьох ступенів не завжди доцільно. Невід'ємне обмеження системи «простого» каскаду (котли з одноступінчастими або двоступінчастими пальниками) - покрокове регулювання теплопродуктивності (потужності системи), а не безперервний регульований процес.

Незважаючи на те, що використання більше двох ступенів значно знижує теплопродуктивність кожного котла, ідеальним рішенням буде система «модулируемого» каскаду (котли з модульований пальниками). Модульовані пальника дозволяють безступінчатий регулювати потужність в залежності від потреби в теплоті. Остання тенденція в рішенні каскадних систем - система модулируемого каскаду.

На відміну від використання східчастих пальників, котли з модульований пальниками здатні плавно змінювати обсяг подачі палива, а отже, і контролювати рівень теплопроизводительности в широкому діапазоні значень. На сьогоднішній день на ринку опалювального обладнання широко представлені навісні котли підвищеної мощностіс модульований пальниками, здатні плавно змінювати продуктивність котла в діапазоні 30-100% від номінальної теплової потужності.

Здатність котлів з модульований пальниками знижувати витрата палива часто називають коефіцієнтом робочого регулювання пальника (тобто відношення максимальної теплової потужності котла до мінімальної). Наприклад, коефіцієнт робочого регулювання пальника котла з максимальною тепловою потужністю 50 кВт і мінімальною витратою палива 10 кВт буде дорівнює 50 кВт / 10 кВт, або 5: 1.

Сумарний коефіцієнт робочого регулювання встановлених в каскадну систему котлів значно перевищує коефіцієнт окремого котла. Наприклад, якщо в каскадної системі використовуються три котла з максимальною тепловою потужністю 50 кВт і мінімальної 10 кВт, сумарна регулювання продуктивності буде здійснюватися в діапазоні від 150 до 10 кВт. Отже, коефіцієнт робочого регулювання такої системи складе 15: 1.

Необхідні умови для «модулируемого» каскаду

Існують три важливих умови, які слід виконати при проектуванні системи «модулируемого» каскаду. По-перше, підводки магістралей і контролерів повинні бути реалізовані так, щоб була можлива незалежне регулювання циркуляції потоку через кожен котел. Вода не повинна циркулювати через непрацюючий котел, інакше тепло теплоносія буде розсіюватися через теплообмінник або кожух котла. Це також стосується і системи простого каскаду.

Незалежне регулювання потоку теплоносія досягається завдяки оснащенню кожного котла індивідуальним циркуляційним насосом. При паралельній установці циркуляційних насосів для запобігання зворотного потоку теплоносія через непрацюючі котли вниз по потоку насосів слід встановити лічильники води. Подача теплоносія в кожен котел за допомогою індивідуальних циркуляційних насосів дозволяє підвищувати тиск в теплообміннику працюючого котла з метою запобігання кавітації і вибухового пароутворення.

По-друге, підключення прямого та зворотного магістралей для кожного котла має бути виконано паралельно (особливо при використанні конденсаційних котлів). Це дозволяє підтримувати однакову температуру води на вході в кожен котел і при необхідності виключати перетікання теплоносія між контурами. Низька температура подається в котел теплоносія сприяє конденсації водяної пари з продуктів згорання і підвищенню ККД системи.

Деякі каскадні контролери для котлів з модульований пальниками оснащені функцією «витримки часу», тобто здатні включати циркуляційний насос певного котла незадовго до включення пальника. Крім того, вони можуть підтримувати роботу насосів деякий час після виключення пальника. Перше забезпечує нагрів теплообмінника котла теплим що подається теплоносієм системи, що запобігає тепловий удар внаслідок значного перепаду температур (і конденсацію топкових газів для звичайних котлів) при запалюванні пальника.

Друге - утилізувати залишкове тепло теплообмінника, а не відводити його через систему вентиляції після закінчення роботи котла. І, по-третє, дуже важливо, щоб циркуляційні насоси забезпечували адекватний потік теплоносія через працюючі котли, незалежно від показника витрати системи опалення. природним рішенням даного питання є застосування гідравлічної низького тиску.

Етапи монтажу системи

Підключення системи каскаду виконується в три етапи:

1. гідравлічної ув'язки котлів і системи;
2. підключення в єдиний колектор диму;
3. настройки автоматики каскаду.

Завдяки модульній системі монтажу, яку можна порівняти зі збором дитячого конструктора, Досягається висока швидкість інсталяції і надійність роботи системи. Основні етапи монтажу каскадних теплогенеруючої установки показані на рис. 2. Природно, що основним способом узгодження декількох теплогенеруючих одиниць і системи теплопостачання є гідравлічний колектор низького тиску.

Методи розрахунку підбору і монтажу загальновідомі. Cистема гідравлічного узгодження котлів складається з декількох стандартних кроків підключень: 1. двох котлів в каскад; 2. третього котла в каскад; 3. групи безпеки каскаду (рис. 3). Залежно від необхідної потужності можна збирати каскад з двох або трьох котлів. Матеріалом основи служать товстостінні нікельовані труби, які з'єднуються за допомогою швидко-з'єднань (так званих «американок»).

У комплект поставки входять всі необхідні елементи, починаючи від запірних кранів і закінчуючи прокладками. Така комплектація дозволяє максимально оперативно і акуратно здійснити монтаж каскаду.

Модульована управління

Багатоступінчастий контролер для системи простого каскаду за допомогою пропорційно-інтегрально-диференціального регулювання (ПІД) постійно вимірює температуру подається в систему теплоносія, порівнює її з розрахунковим значенням і визначає, який пальник слід включити, а яку вимкнути. Для управління каскадом котлів і досягнення економічної витрати палива необхідно використовувати спеціальну автоматику.

Один з котлів каскаду виконує роль «ведучого» і включається в першу чергу, інші, «ведені», підключаються по мірі необхідності. Автоматика управління дозволяє передавати роль «ведучого» від одного котла до іншого, а також здійснювати черговість включення «відомих» котлів і температурні диференціали включення кожному наступному рівні.

При виникненні несправності ведучого котла здійснюється автоматична зміна пріоритету. Якщо запит на тепло не приходить ні від однієї з зон, регулятор вимкне всі котли, а при надходженні сигналу вимоги запустить їх в експлуатацію. Після відключення останнього котла циркуляційний насос вимикається через певний проміжок часу.

У більшості систем «модулируемого» каскаду спосіб контролю інший. Як правило, мета - збільшення часу роботи котлів в низькотемпературному діапазоні і при неповній потужності. Компанія Immergas рекомендує використовувати для своїх котлів Victrix 50 контролери Honeywell серії Smile SDC 12-31 (рис. 4). Хоча різні виробники пропонують різні системи управління, загальноприйнятий підхід такий: включення котла, далі модулювання його роботи до рівня теплопроизводительности, яка задовольняє необхідне навантаження.

Якщо знадобиться додаткова подача тепла, теплопродуктивність першого котла значно знижується, включається другий котел, і далі відбувається відповідне модулювання теплопроизводительности обох котлів для задоволення необхідного навантаження. Така схема забезпечує роботу обох котлів при більш низьких показниках теплопроизводительности, а значить, в більш щадному режимі, на відміну від роботи одного котла на повній потужності.

Це підвищує площу поверхні теплообміну, отже, підвищується ймовірність конденсації водяної пари з продуктів згорання, а також ККД системи. Припустимо, що навантаження продовжує зростати, і два котла, що працюють при порівняно високому рівні теплопроизводительности, не можуть задовольнити її умови.

Тоді другий котел знижує витрату палива, включається третій, і відбувається паралельне модулювання теплопроизводительности другої і третьої ступенів. У деяких системах перший котел здатний також знижувати витрата палива при активованих інших щаблях, отже, все три ступені потужності можуть регулюватися паралельно.

Робочі режими контролерів

Більшість каскадних контролерів здатні працювати принаймні в двох робочих режимах. У режимі опалення здійснюється погодозалежний принцип регулювання, тобто задане значення температури подається в систему теплоносія залежить від зовнішньої температури. Чим нижче зовнішня температура, тим вище задане значення температури подається теплоносія.

Ця система усуває необхідність використання змішувача між котлом і споживачами опалення. У режимі ГВП здійснюється програмне регулювання системи, коли задане значення температури подається теплоносія не залежить від зовнішніх температур. Іншими словами, задається певний, досить високе значення температури, що забезпечує високий рівень теплопередачі через вторинний теплообмінник.

Такий режим зазвичай використовують для забезпечення більш високої температури теплоносія, що подається через теплообмінник до споживачів ГВС і системам антіоледененія. Модулювання потужності котла призводить до суттєвого зменшення диференціала між необхідної і реальної температурами теплоносія, що запобігає часте «тактирование» (включення / вимикання) котла.

Деякі контролери також відповідають за роботу головного циркуляційного насоса і пов'язані з системою диспетчеризації інженерного обладнання будівлі. сучасне покоління малопотужних котлів з модульований пальниками забезпечує економію площі приміщення, високий ККД, тиху роботу і надійність. це ідеальне рішення в низькотемпературних системах; такі котли ідеально підходять для підлогового опалення, Систем антіоледененія, обігріву басейну, систем ГВП, а також систем теплових насосів, в т.ч. геотермальних.

Вони вже завоювали позицію в області опалення приватних будинків. Як частина каскадної системи котли з модульований пальниками являють собою нову альтернативу системам промислового опалення.

А. Бойко

Використання декількох газових котлів для однієї системи опалення є досить популярним рішенням серед монтажних і проектувальних організацій. Розглянемо практичні питання щодо встановлення і використання таких каскадних установок

Рішення про використання кількох газових (два і більше) котлів на одну систему опалення виправдано при тепловому навантаженні від 40 кВт. Це може бути як велика опалювальна площа, так і наявність теплових навантажень у вигляді басейнів, гаражів, бань, теплиць і т. П.

Використання декількох котлів на одну систему опалення має ряд переваг в порівнянні з одним котлом, який має таку ж сумарну потужність. По-перше, кілька невеликих котлів менших розмірів і ваги набагато легше і дешевше доставити в котельню, і встановити там замість одного великого і важкого котла. Особливо актуальним стає даний момент при монтажі дахових або напівпідвальних каскадних котелень.

Крім того, значно підвищується надійність системи. Під час вимушеної зупинки одного з котлів система продовжить роботу, забезпечуючи, по крайней мере, 50% потужності (при установці двох котлів).

Серед інших чинників на користь каскадної установки - полегшення обслуговування завдяки меншому розміру кожного котла (обслуговування кожного котла можна здійснювати без зупинки всієї системи); збільшення загального ресурсу котлів (в осінній та весняний час можна експлуатувати тільки частина котлів, вимкнувши іншу частину вручну або використовуючи каскадну автоматику).

Крім того, якщо в майбутньому буде необхідно замінити якусь деталь, то загальновідомо, що деталі для котлів меншої потужності доступніше і дешевше за рахунок більшої серійності виробництва.

Управління роботою котлів в каскаді

Найчастіше для спрощення схем при спільному використанні котлів не передбачено ніякої каскадної автоматики, а на кожному котлі встановлюється необхідна температура на виході. Але, при бажанні, можна застосовувати блоки каскадного регулювання, які підключаються на контакти, призначені для приєднання індивідуальних кімнатних термостатів.

З'єднання котлів в каскад за допомогою блоку каскадного управління є комплексним рішенням і має більш високу ефективність. Даний блок забезпечує поперемінно роботу всіх котлів і гарантує для кожного теплогенератора однакову кількість годин роботи. Блок оптимізує функціонування системи і забезпечує включення тільки необхідної кількості теплогенераторів, в залежності від потрібної потужності.

При роботі з модульованим пальниками блок каскадного управління, на додаток до вищеописаного принципу, прагне забезпечити роботу котлів в режимі часткової потужності (в режимі модуляції). Найбільш ефективним є застосування блоку каскадного управління разом з конденсаційними котлами. У цьому випадку потужність, що видається котлами, найбільш відповідає споживаної потужності. Наприклад, при спільному використанні трьох настінних котлів серії LUNA Duo-tec MP потужністю 100 кВт (компанії BAXI (Італія)), потужність, яка виділяється, плавно змінюється від 30 до 300 кВт в залежності від потреб системи. Це означає, що коефіцієнт робочого регулювання такої системи складе 1:10. Принципова схема такої системи показана на рис.

Мал. Схема системи опалення з каскадом котлів Luna Duo-Tec MP, одним високотемпературним контуром, двома низькотемпературними контурами і бойлером ГВП:
QAC 34 - датчик вуличної температури; AVS 75 - зовнішній програмований модуль розширення; AGU 2.550 - внутрішній модуль розширення; OCI 345 - інтерфейсна плата для підключення інших регуляторів по LPB-шині; QAD 36 - накладної датчик температури; QAZ 36 - датчик температури води в бойлері ГВП; QAA 55 - датчик кімнатної температури; QAA 75 - кліматичний регулятор дистанційного керування; MV - змішувальний клапан; RT - кімнатний механічний термостат

конденсація

Конденсаційні котли завдяки низькому споживанню палива в даний час є найбільш економічними установками, які споживають газ. Як частина каскадної системи вони являють собою нову альтернативу системам промислового опалення.

Використання в каскадах конденсаційних котлів потужністю від 45 до 150 кВт дає можливість: забезпечити більшу потужність в умовах обмеженого простору; полегшити монтаж дахових котелень завдяки малому питомій вазі обладнання (на одиницю потужності). Крім того, конденсаційна техніка забезпечує меншу вібрацію і рівень шуму в порівнянні з традиційними котлами з наддувним пальниками, а наявність вбудованого вентилятора дозволяє застосовувати димоходи малого діаметра (можна обійтися без великих дорогих димоходів).

Екологічність конденсаційних котлів, а саме дуже низький вміст CO і NO x в порівнянні з іншими котлами на традиційних видах палива дозволяє використовувати такі системи в великих містах і природоохоронних зонах. Серед недоліків конденсаційної техніки - висока вартість (яка, втім, компенсується коротким терміном окупності через підвищення тарифів на газ), необхідність організовувати відведення і нейтралізацію конденсату.

З урахуванням помилок, які часто зустрічаються при установці і обслуговуванні котлів, можна визначити основні рекомендації щодо цього.

Зокрема, треба відзначити, що при спільній роботі декількох котлів на одну систему опалення з змінною витратою води (кілька окремо регульованих зон опалення) рекомендується застосовувати гідравлічний роздільник ( «гідравлічну стрілку»).

Крім того, при використанні котла для опалення невеликої площі (менше 100 м 2) настійно рекомендується використовувати разом з котлом кімнатний термостат (для зменшення кількості включень / виключень котла). Також рекомендується провести окрему настройку потужності контуру опалення.

В іншому рекомендації при установці каскадних котлів не відрізняються від рекомендацій по монтажу інших котлів. Так, перед підключенням теплогенератора до системи опалення необхідно ретельно промити всі труби котла і системи опалення для видалення можливих сторонніх часток. Настійно рекомендується встановлювати фільтр на трубі повернення системи опалення та запірні крани на трубах подачі і повернення системи опалення.

Каскадне підключення опалювальних котлів - ефективне технічне рішення, що підвищує якість управління системою і дозволяє знизити споживання палива. Підключення котлів каскадом дає ряд вагомих переваг в роботі середніх і великих систем опалення та ГВП. Матеріал статті розглядає принципи роботи і побудови каскаду, описує особливості даного теплотехнічного рішення.

Аналіз роботи котельного устаткування показує, що в 80% часу теплогенератори працюють на потужності, що не перевищує номінальної продуктивності в 50%. Тобто теплова потужність відбирається протягом опалювального сезону приблизно на 30 - 35%. Це обумовлено зміною температури довкілля, Зміною режиму гарячого водоспоживання і так далі.

Потужність котлів розраховується завжди по максимуму - це робиться для покриття сумарних теплових потреб. Кожен котел має мінімальне значення теплової потужності в своїй роботі, вона становить величину від 25 до 40% номінальної продуктивності.

При зниженні споживання тепла котлоагрегат буде виробляти кількість тепла, яке перебуває в цьому діапазоні. Ця кількість не завжди потрібно - надлишок палива буде спалюватися просто так.

Рішенням цієї проблеми стало каскадирование котлів. В каскад встановлюється кілька теплогенераторів - це дозволяє якісно змінити управління потужністю, зробити його ступінчастим або плавним. Плавність регулювання дає можливість виробництва саме необхідної кількості теплоти.

Це властивість каскаду підвищує гнучкість системи. У разі встановлення одного потужного теплогенератора досягти подібної гнучкості неможливо.

У каскади найчастіше об'єднують газові і. Причому для інтегрування автоматики котли повинні бути однієї марки (виробника). з'єднання котлів різних виробників можливо, але це вимагає застосування додаткових вузлів, схем управління і автоматики.

Схема каскаду котлів

Схема підключення каскадом є класичним зразком застосування гідравлічної. Котли в первинному контурі приєднуються паралельно до прямого і зворотного колектору. Колектори, в свою чергу, підключаються до гідравлічної стрілкою.

На кожен котел на подачу встановлюється (якщо немає вбудованого) і зворотній клапан. Клапан перешкоджає протоку теплоносія через непрацюючий котел і втрат тепла на його теплообміннику.

На зворотному трубопроводі котла встановлюється сітчатий фільтр, Що захищає котел від забруднення. Кожен котел відсікається запірною арматурою з розбірним з'єднанням. Це дозволяє знімати котел для ремонту і профілактики без зупинки системи.

Колекторна група котлів оснащується групою безпеки - запобіжним скидним, автоматичним відводом повітря і термоманометром. Установка групи проводиться в обов'язковому порядку, навіть при наявності вбудованих груп безпеки котлів.

Обов'язковий елемент системи - (Експанзомати). Приєднання його може бути вироблено як в контур котлів, так і в контур споживачів. Розрахунок його виробляється на загальний обсяг теплоносія в системі.

Вибір колекторів котлів проводиться з розрахунку того, що їх прохідний перетин повинно бути не менше сумарного перетину підвідних трубопроводів котлів в каскаді. Гідравлічна стрілка також повинна мати діаметр патрубків підключення меншим за діаметр колекторів.

Управління каскадом котлів

Управління роботою первинного контуру проводиться наступними способами:

1. Ручне управління роботою кожного окремого котла;
2. Ступеневу управління за допомогою каскадних перемикачів;
3. Плавне регулювання блоком каскадного управління (БКУ).

Ручне управління проводиться завданням параметрів роботи кожного котла, перш за все температури. Цей варіант регулювання вимагає постійної присутності людини.

Ступеневу управління проводиться за допомогою каскадних перемикачів. Вони керують системою як набором ступенів потужності, при зміні навантаження включають (вимикають) окремі котли каскаду.

Найбільш ефективним є плавне регулювання за допомогою БКУ. У цьому випадку досягається мінімальний крок зміни потужності. Котли при цьому повинні бути обладнані модульований пальниками. Блоки каскадного управління можуть інтегруватися з датчиками температури в приміщеннях і системами погодозалежної автоматики.

Димовидалення каскаду котлів

Димовидалення системи залежить від типу газових котлів і реалізується наступними методами:

1. Окремі коаксіальні димоходи;
2. Роздільні димоходи турбированних котлів;
3. Групове димовидалення із зворотними димовими клапанами;
4. Природне димовидалення - групове або індивідуальне.

При груповому димовидаленні до загального димоходу підключають не більше 4 котлів. При коаксіальному колективному димовидаленні кожен котел обладнується зворотним димовим клапаном. Він перешкоджає проникненню диму в приміщення при просте теплогенератора.

Димарі споруджуються з ухилом від 5 до 10% в сторону котлів. При спорудженні димової системи для котлів із закритою камерою згоряння необхідно провести аеродинамічний розрахунок загального димоходу для забезпечення необхідної тяги.

Переваги та недоліки каскаду

Головними перевагами каскадного підключення котлів є:

1. Надійність системи - постійна наявність резерву;
2. Гнучкість регулювання - економія палива;
3. Збільшення тривалості служби котлів - реалізація «щадного» режиму роботи;
4. Можливість оперативного ремонту і профілактики кожного окремого котлоагрегату;
5. Полегшені умови монтажу - при спорудженні дахових котелень полегшується їх доставка на місце.

Також каскад володіє і такими недоліками:

1. Загальне подорожчання обладнання;
2. Для розміщення каскаду потрібно більш просторе приміщення.

Подорожчання системи через економію палива окупає себе. Каскадне підключення котлів є вигідним як з технічної, так і з економічної точки зору. самостійне спорудження каскаду навряд чи можливо - існує потреба в залученні фахівців для монтажу і налагодження автоматики, проведення розрахунків димових трактів і так далі.