Каскадные котлы и саморегулирующая система отопительного процесса. Каскадное подключение нескольких котлов Каскадная схема включения котлов отопления

Как правило, котлы газовые в частных домах подключаются к одному контуру. Но, у этого способа подключения есть свои недостатки. Куда эффективнее, когда система представляет собой использование нескольких устройств. Сама же схема обвязки котлов в этом случае может быть каскадной.

Особенности каскадного подключения

Когда котлы газовые подключаются к отопительному контуру последовательно и формируют ступень за ступенью – это очень удобно. При этом, управление каскадным циклом общее, и владелец может самостоятельно проводить настройку параметров системы, исходя из условий. Тогда как остальные параметры регулируются автоматически. Специалисты называют этот способ настройки гибким.

Котлы газовые подключенные по каскадному принципу могут использоваться для решения вопросов отопления жилых сооружений, общей площадью не больше 500 квадратных метров. И хотя данные цифры не являются обязательными к применению, владелец самостоятельно решает целесообразность установки дополнительного котла в случае, если площадь, подлежащая отоплению, больше.

В любом случае, котлы газовые, подключенные по каскадному принципу, очень эффективны в использовании. Установившие их смогут ощутить это в самом скором времени.

Что необходимо для каскадного подключения

Если вы планируете котлы газовые подключать каскадным типом, вам необходимо будет самостоятельно определиться с оптимальной схемой и рассчитать её параметры, учитывая все профессиональные оценки важных факторов. К примеру, включение котлов может быть возможно последовательным путем, без дополнительного оборудования только в том случае, если насос каждого газового котла сможет прокачивать теплоноситель по отопительному контуру. Для жилого дома небольшой площади этого вполне достаточно.

Но, если котлы газовые используются для большого здания, состоящего из нескольких этажей, то обязательно использовать специальный гидравлический разделитель. Это позволит оптимизировать финансовые расходы, гарантирует более высокий комфорт и рациональный расход синего топлива.

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.

Рис. 1

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.

Рис. 2

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.

Рис. 3

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.

Рис. 4

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.

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:

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

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!

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.