Каскадное включение котлов отопления. Особенности каскадного подключения газовых котлов. Где и как поместить оборудование

Ни для кого не секрет, что централизованное обеспечение теплом уже существующих и вновь строящихся объектов с каждым годом становится все более проблематичным. В частности: отсутствие возможности объективного учета, большие потери тепла при транспортировке, субъективность при определении стоимости, монополистический характер деятельности поставщиков тепла, невозможность наращивания существующей мощности, а, следовательно, и запрет на подключение дополнительных потребителей – вот только некоторые проблемы, из-за которых взгляды специалистов обращаются в сторону автономного отопления и горячего водоснабжения.
В связи с этим, в последние годы в нашей стране все большей популярностью пользуются блочные котельные, модульные котельные или каскадные котельные.
Компания Термона-Бел продвигает на отечественном рынке отопительное оборудование Чешской фирмы Thermona (Термона), которая уже много лет работает в направлении совершенствования оборудования для автономного отопления. Одними из первых в мире, специалисты фирмы Thermona (Термона) 13 лет назад пришли к идее создания на основе настенных газовых котлов каскадных котельных мощностью от 8 до 1440 кВт.

Каскад на базе котлов THERM - это последовательное подключение нескольких котлов (до 16-ти единиц) в единую систему отопления с программным управлением. Особенность подсоединения и конструкции котлов Therm позволяет плавно регулировать суммарную мощность всех котлов в каскаде от минимальной мощности одного из котлов. Например, при установке каскада из 16-ти котлов THERM TRIO 90, суммарная мощность котельной составит 1440 кВт, а минимальная – 36 кВт, т.е. 2,5 % ее максимума. Для сравнения – современный котел мощностью 1500 кВт обеспечивает диапазон регулирования от 1050 кВт до 1500 кВт это от 70 до 100% мощности.
В технике отопительных систем каскадная котельная на базе котлов THERM является новаторским методом для оптимизации работы систем отопления с большой мощностью. Вполне очевидно, что теплопотери объекта, а соответственно и мощность котельной рассчитывается исходя из самых низких температур в данном регионе, а реальная нагрузка на котельную значительно ниже установленной.
Практикой подтверждено, что в отопительный сезон примерно 80% рабочего периода мощность котельной используется не более чем на 50%, а за сезон эксплуатации загрузка составляет, в среднем, 25-45%. Следовательно, при такой неравномерной и зачастую малой нагрузке один котел большой мощности (традиционная система) будет излишне расходовать энергоресурсы и неэффективно компенсировать тепловые затраты. В противоположность этому каскадная система плавно обеспечивает работу котельной на необходимой мощности (в широком диапазоне) независимо от времени года за счет последовательного подключения одного за другим нескольких малых котлов. При помощи каскадного регулирования с программным управлением решается проблема определения оптимального соотношения мощности котельной и системы отопления. Таким образом, в межсезонье и в условиях теплых зим каскадная котельная может длительно работать при низких температурах теплоносителя, что уменьшает расходы на теплоизлучение и периоды режимов ожидания системы. При этом улучшаются температурные условия объекта, то есть комфорт пользователя.
Применение котлов THERM DUO, TRIO и KD в каскаде позволяет достичь оптимального соотношения занятой площади к установленной мощности котельной с сохранением одного из основных преимуществ каскадного подключения - несравнимо широким диапазоном плавной модуляции мощности. В организации котельной применяются одноконтурные настенные котлы мощностью 20, 28, 45 и 90 кВт. Собирать в каскад можно от 2 до 16 агрега-тов, в зависимости от необходимой мощности. Все котлы – современные, технически совершенные газовые приборы, имеющие КПД до 94%, со сроком службы не менее 15-20 лет.
Существенным преимуществом каскадной котельной на базе котлов THERM перед традиционными котельными является ее высокая надежность и увеличенный срок эксплуатации. Высокая надежность котельной достигается за счет совместной работы нескольких котлов в одной системе, причем, выход из строя одного из котлов не останавливает работу системы отопления в целом. Программное обеспечение, положенное в основу работы каскадной котельной составлено таким образом, что ежедневно происходит смена последовательности запуска котлов. Следовательно, если сегодня котел запускается первым, то на следующий день он становится последним в очереди и его запуск произойдет только при условии необходимости работы котельной на полную мощность. За счет этого увеличивается эксплуатационный ресурс каждого котла, что и приводит к увеличению срока службы котельной в целом. Несомненным плюсом в каскадной котельной является возможность подключения бойлера косвенного нагрева к каждому котлу (за исключением управляющего). Таким образом, в котельной из 16 котлов можно подключить 15 бойлеров от 200 до 1000 литров каждый и тем самым удовлетворить любые потребности в горячем водоснабжении. Автоматика котла отдает предпочтение подготовке ГВС, а при отсутствии необходимости ее подготовки - котел переходит к работе в систему отопления совместно с другими котлами. При переходе работы каскадной котельной из зимнего – в летний режим эксплуатации остается режим подготовки ГВС, насосы системы отопления один раз в сутки в автоматическом режиме запускаются, прогоняя теплоноситель по системе, а также активной остается функция антизамерзания. К преимуществам каскадного подключения котлов, бесспорно, относится возможность выбора множества вариантов котельной: расположение и размещение. Осуществить монтаж котельной можно практически где угодно: в подвальном или чердачном помещениях, в специально сделанной пристройке.
В случае организации котельной на крыше – огромным преимуществом каскада из настенных котлов перед стационарными напольными является небольшой вес и легкость их доставки к месту установки. Нет необходимости в применении специальных кранов для подъема оборудования при установке или демонтаже. Не нужно разбирать крышу в случае замены котла. Неисправные комплектующие котла заменяются на месте. Малый вес оборудования и размещение его на стене – позволяют избежать нежелательных нагрузок на перекрытия здания. Отвод дымовых газов при применении котлов в варианте «турбо» возможен непосредственно через стену, на которой крепится котел. Это позволяет экономить на строительстве дорогостоящего дымохода из нержавеющей стали. Неоспоримым достоинством является автоматическая регуляция работы котельной. Программатор обеспечивает управление в соответствии с заданной на данный промежуток времени температурой в помещении. Он привлекает к работе необходимое количество котлов из каскада и на такую мощность, которая действительно необходима. Отсутствие «человеческого фактора» исключает ошибки в управлении. В целом, создается универсальная система климат-контроля здания. При возрастании в помещении температуры свыше заданной, программатор отключает работу котельной, а при необходимости термостат системы кондиционирования включает в работу систему кондиционирования. В случае снижения температуры – все происходит в обратной последовательности. Приборы контроля котельной позволяют диспетчеру сервисной организации со своего компьютера через модем видеть текущее состояние всего оборудования.
Компания Термона-Бел является официальным дилером чешской фирмы Термона на территории РБ. Основными направлениями деятельности компании Термона-Бел являются оптово-розничная торговля котельными, обучение заинтересованных специалистов, монтаж и пуско-наладочные работы котлов, гарантийное и сервисное обслуживание котельных, поставка запасных частей для котлов и другие мероприятия, направленные на продвижение оборудования на территории РБ.
Вкратце сформулировать основные преимущества каскадных котельных на базе котлов THERM можно следующим образом:
выгодное капиталовложение;
экономичность эксплуатации за счет широкого диапазона плавной модуляции мощности (минимальный порог от 20% при установке 2-х котлов и от 3% при 16 котлах);
полная автоматизация управления;
погодозависимое регулирование;
дистанционный контроль и управление работой котельной через программатор или ПК;
отсутствие необходимости содержать штатных работников в котельной;
высокая эксплуатационная надежность за счет работы нескольких котлов в одной системе;
увеличенный срок эксплуатации котельного оборудования;
простота и наглядность технического решения;
простота монтажа и пуска в эксплуатацию;
простое и понятное управление;
небольшая площадь занимаемого помещения;
использование пола для других компонентов котельной;
удобное присоединение внешних резервуаров для подготовки ГВС;
возможность монтажа котельной большой мощности без устройства дорогостоящего дымохода;
бережное отношение к окружающей среде.
Правильный выбор источника тепла поможет сэкономить очень много средств при сохранении требуемого комфорта. При сравнении экономических показателей эксплуатируемых жилых домов и других объектов перед установкой каскадных систем Therm и после их установки пользователи часто достигают невероятной экономии энергии до 40% в год, поэтому окупаемость инвестиций происходит очень быстро и очевидно!

Самой рациональной системой отопления является та, в которой теплоноситель становится горячим благодаря работе двух или трех котлов. При этом они могут быть одинаковыми по мощности и типу. Такая рациональность объясняется тем, что один теплогенератор работает на полную мощность лишь несколько недель в году. В другое время нужно уменьшать его производительность. А это приводит к падению его КПД и увеличению расходов на отопление.

Несколько объединенных в позволяют более гибко управлять работой обвязки без потери КПД, так как достаточно отключить одно или два устройства. Кроме этого, в случае поломки одного из них, система продолжает поднимать температуру в доме.

Виды подключения двух и более котлов

Использование большего количества одинаковых котлов требует особой схемы их подключения. Объединить их в одну систему можно:

1. Параллельно .
2. Каскадно или последовательно .
3. По схеме первично-вторичных колец .

Особенности параллельного подключения

Существуют следующие особенности:

1. Контуры подачи горячего теплоносителя обоих котлов присоединяются к одной линии. На этих контурах обязательно стоят группы безопасности и вентили. Последние могут перекрываться вручную или автоматически . Второй случай возможен только тогда, когда используются автоматика и сервоприводы.
2. присоединяются к другой линии. На этих контурах также имеются вентили, которыми может управлять вышеупомянутая автоматика.
3. Циркуляционный насос расположен на обратной линии перед местом объединения труб обратки двух котлов.
4. Обе магистрали всегда присоединяются к гидроколлекторам . На одном из коллекторов находится расширительный бачок. При этом к концу трубы, к которой подключен бачок, присоединена труба подпитки. Конечно, на месте соединения стоят обратный клапан и запорный вентиль. Первый не позволяет горячему теплоносителю попадать в трубу подпитки.
5. От коллекторов отходят ветви к радиаторам, теплым полам, . Каждая из них оснащена своим циркуляционным насосом и клапаном слива теплоносителя.

Использование такой схемы организации обвязки без автоматики является весьма проблематичным, поскольку надо вручную перекрывать вентили, размещенные на трубах подачи, и обратки одного котла. Если этого не делать, то теплоноситель будет двигаться через теплообменник выключенного котла. А это оборачивается:

1. дополнительным гидравлическим сопротивлением в водогрейном контуре аппарата;
2. увеличением «аппетита» циркуляционных насосов (они же должны преодолеть это сопротивление). Соответственно, растут расходы на электроэнергию;
3. потерями тепла на нагрев теплообменника выключенного котла.

Читайте также: Отопление дома воздухогрейным котлом

Поэтому необходимо правильно устанавливать автоматику, которая будет отсекать выключенный аппарат от системы отопления.

Каскадное подсоединение котлов

Концепция каскадирования котлов предусматривает распределение тепловой нагрузки между несколькими агрегатами , которые могут работать независимо и нагревать теплоноситель настолько, насколько этого требует ситуация.

Каскадировать можно как котлы со ступенчатыми газовыми горелками, так и с модулируемыми. Последние, в отличие от первых, позволяют плавно менять мощность нагрева. Стоит добавить, что если котлы имеют более двух ступеней регулировки подачи газа, то третья и остальные ступени делают их производительность меньше. Поэтому лучше пользоваться агрегатами с модулируемой горелкой.

При каскадном подключении основная нагрузка ложится на один из двух или трех котлов. Дополнительные два или три устройства включаются только тогда, когда нужно.

Особенности этого подключения следующие:

1. Подводка и контроллеры выполнены так, что в каждом агрегате можно управлять циркуляцией теплоносителя . Это позволяет прекратить поток воды в отключенных котлах и избежать потерь тепла через их теплообменники или кожухи.
2. Присоединение линий подачи воды всех котлов к одной трубе, а линий возврата теплоносителя – ко второй. По сути, присоединение котлов к магистралям происходит параллельно. Благодаря такому подходу теплоноситель на входе каждого агрегата имеет одинаковую температуру. Также это позволяет избежать движения нагретой жидкости между отключенными контурами.

Плюсом параллельного подключения является предварительный нагрев теплообменника перед включением горелки . Правда, такое преимущество имеет место тогда, когда используются горелки, которые зажигают газ с задержкой после включения насоса. Такой нагрев минимизирует перепад температуры в котле и позволяет избежать образования конденсата на стенках теплообменника . Это касается ситуации, когда один или два котла были выключены в течение длительного времени и успели остыть. Если же они недавно выключились, то движение теплоносителя перед включением горелки позволяет впитать остаточное тепло, которое сохранилось в топке.

Читайте также: Твердотопливный чугунный котел

Обвязка котлов при каскадном подключении

Ее схема такова:

1. 2–3 пары труб, отходящих от 2–3 котлов.
2. Циркуляционные насосы, обратные и запорные клапаны. Они находятся на тех трубках, которые предназначены для возвращения теплоносителя в котел . Насосы могут не использоваться, если конструкция агрегата включает их.
3. Запорные краны на трубках подачи горячей воды.
4. 2 толстые трубы. Одна предназначена для подачи теплоносителя в сеть, другая – для возврата . К ним присоединены соответственные трубки, отходящие от котельных устройств.
5. Группа безопасности на магистрали подачи теплоносителя. Она состоит из термометра, гильзы поверочного термометра, термостата с ручной разблокировкой, манометра, прессостата с ручной разблокировкой, резервной заглушки .
6. Гидравлический разделитель низкого давления . Благодаря ему насосы могут создавать надлежащую циркуляцию теплоносителя через теплообменники их котлов независимо от того, каков расход отопительной системы.
7. Контуры отопительной сети с запорной арматурой и насосом на каждом из них.
8. Многоступенчатый каскадный контроллер. Его задача заключается в измерении показателей теплоносителя на выходе каскада (часто термодатчики стоят в зоне группы безопасности). На основе полученной информации контроллер определяет, нужно ли включать/отключать и как должны работать котлы, объединенные в одну каскадную схему.

Без подключения такого контроллера к обвязке работа котлов в каскаде невозможна, потому что они должны работать как единое целое.

Особенности схемы первично-вторичных колец

Такая схема предусматривает организацию первичного кольца , по которому должен постоянно циркулировать теплоноситель. К этому кольцу подключаются котлы отопления и отопительные контуры. Каждый контур и каждый котел является вторичным кольцом.

Еще одной особенностью этой схемы является наличие циркуляционного насоса в каждом кольце. Работа отдельного насоса создает определенное давление в том кольце, в котором он установлен. Также узел оказывает определенное влияние на давление в первичном кольце. Так, когда он включается, вода выходит из трубы подачи воды, попадая в первичный круг и меняя гидросопротивление в нем. В итоге появляется своеобразный барьер на пути движения теплоносителя.

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.

Перечислим 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 мощности с 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», то есть 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 (рис. 1 ):

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 его уже неоднократно описывались в специализированной литературе, поэтому в рамках этой статьи не стоит вновь возвращаться к этому вопросу.

Cистема гидравлического согласования котлов состоит из нескольких стандартных шагов подключений:

❏ двух котлов в каскад;

❏ третьего котла в каскад;

❏ 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, то есть 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 антиобледенения. 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, системы антиобледенения, обогрева бассейна, системы ГВС, а также системы тепловых насосов, в том числе 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,

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.