Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Каскад котлов (спарка) - схема организации котельной, которая в соответствии с новыми тенденциями рынка отопления стремительно набирает популярность в нашей стране. Данная схема может быть эффективна при применении разнообразного отопительного оборудования - газового, твердотопливного, жидкотопливного и других видов.

С использованием схемы каскадного подключения котельного оборудования может быть успешно реализована, как , так и осуществлен практически любых других Объектов недвижимости.

Принцип работы каскада котлов

Схема подключения котлов каскадом легко реализуема. При ней несколько единиц оборудоания соединяются между собой в единую синхронно работающую цепочку при помощи автоматизированной системы управления. Обычно спарка состоит не более чем из 5 элементов, но возможны и исключения.

Управление каскадом отопительных котлов, исходя из текущего рабочего режима, осуществляет автоматика. Она запускает те или иные единицы оборудования и определяет, на какие из них должна приходиться максимальная нагрузка.

Эта технология стала решением актуального вопроса, связанного с повышением эффективности использования отопительного оборудования высокой мощности и напольного варианта исполнения. Большую часть времени такое оборудование используется максимум на 50%. При каскадной схеме один мощный отопительный котел заменяется на несколько менее мощных соответствующей мощности, что позволяет существенно экономить.

Каскад газовых котлов Будерус

Для решения задачи каскадирования оптимально подходят отопительные котлы Buderus (Будерус) модельного ряда Logamax U 072. В настоящее время выпускается спектр этого оборудования мощностью от 12 до 35 кВт, что обеспечивает возможность их применения в помещениях практически любой площади. При этом мощность всего каскада котлов Будерус данной серии может достигать 175 кВ.

Данное оборудование изготовлено на новом заводе корпорации Bosch в Энгельсе (Саратовская область) и полностью адаптировано к российским условиям. При этом качество Logamax U 072 находиться на традиционно высоком для продукции немецких предприятий уровне. Изделие оснащено элементами системы управления, предназначенных для построения из данных котлов каскада. Комплектацией учтена автоматическая система Smile Honewell, отлично зарекомендовавшая себя на многих других линейка Будерус.

Кроме того, среди предложений производителя имеется оборудование, предназначенное для работы в спарке, мощностью до 1,6 МВт на базе конденсационного настенного котельного оборудоания Logamax + GB 172i и GB 162, оснащенных автоматической системой Logamatic МС400. Стоимость котельной спарки на базе данного оборудования относительно высока, но эффективность внедрения данного решения - очевидна.

Преимущества использования каскадов

• Экономичность (несколько небольших котлов в каскаде дешевле в эксплуатации, чем один мощный)

• Равномерное распределение нагрузки

• Увеличение надежности системы (при выходе из строя единицы оборудования остальные участники спарки оборудования продолжают работать, только с большей нагрузкой)

• Увеличение ресурса оборудования за счет снижения текущей нагрузки каждый котел в спарке. А также из-за отсутствия «тактования» - регулярного подключения и выключения при небольшой нагрузке

• Простота и удобство перевозки, монтажа, эксплуатации и технического обслуживания

Если на Вашем Объекте необходимо к организации котельная достаточно высокой мощности, то рекомендуем Вам рассмотреть возможность установки котлов каскадом, как один из возможных к применению вариантов.

Сегодня проблема отопления стоит очень остро и ее часто рассматривают, уделяя ей большое внимание. В процесс вовлечены как профессионалы так и рядовые потербители. В этом материале Вам предлагается рассмотреть решение производства тепла в новом ракурсе. Будут рассмотрены варианты и подбор котлов с учётом возможностей, которые может предоставить современная техника, внедренная в системы каскадов котлов Therm. Оптимальный выбор теплогенерирующего оборудования поможет существенно снизить расходы, не экономя на требованиях к комфорту.

Если сравнить суммы расходов на эксплуатацию жилых домов или иных объектов до установки каскадных котельных Thermona и после, то экономия средств может достигать невероятной величины - до 40% в год. Окупаемость инвестиций наступает очень быстро. Кроме высокой эффективности и плавной модуляции мощности в очень широком диапазоне, каскадная котельная может быть размещена непосредственно в отапливаемом объекте. Cистема каскада котлов реагирует точно и быстро на изменяющиеся требования к отоплению объекта и не имеет инерционныx потерь, характерных для неповоротливых центральных систем отопления, как и для котельных с одним массивным и громоздким котлом.

Что такое каскад котлов

Каскад котлов - это специальная система соединения нескольких котлов, позволяющая им работать как единому целому. Особенность конструкции котлов Тherm и их автоматики позволяет плавно увеличивать вырабатываемую мощность от 24% номинальной мощности одного используемого котла. При необходимости в увеличенной мощности (до 1440 кВт), каскадное включение котлов обеспечит большие преимущества. Прежде всего, установка котлов Therm DUO 50T, DUO 50FT, DUO 50, TRIO 90T, TRIO 90 и 45KD эффективно использует занимаемую площадь. У котельной самый высокий коэффициент занимаемой площади к установленной мощности, при этом сохраняются все преимущества каскадного подключения и бесступенчатая модуляция мощности.

В каскад можно включать не обязательно котлы одного типа KD, DUO или TRIO. Котлы можно комбинировать разной мощности, что позволяет достичь адаптации системы к реальным теплопотерям объекта и к необходимой производительности горячего водоснабжения. В отрасли отопления каскад стал новаторским способом оптимизации теплогенерирующих объектов большой мощности. Один котел большой мощности работал бы и при невысокой потребности в тепле, перегревая систему, используя каскадное включение можно включить именно то количество котлов, которое необходимо в данный момент, что регулируется электронной микропроцессорной автоматикой.

Подтверждено на практике, что в отопительный период в 80% времени мощность котла востребована только на 50%. То есть, за сезон в целом, котел используется только на 30% от максимальной мощности. Это означает, что основное время он работает на минимальной мощности с низким КПД. Тогда как каскадная схема обеспечивает необходимую мощность в данный момент времени, подключая один за другим нужное количество котлов и выводя их в оптимальный, экономичный режим. Каскадное регулирование, управляемое программно, убирает воздействие фактора разбалансировки мощности теплогенерации и необходимости в тепле потребителей. Диапазон изменения мощности каскадом позволяет постоянно работать с низкой температурой отопительной воды, что снижает потери на излучение и в период простоя системы. Увеличивается готовность и оптимизируются температурные условия отопления для повышения комфортности использования.

До недавнего времени функционирование каскадной котельной могло поддерживать только дорогостоящее оборудование, с полностью измененной автоматикой ведущего котла. Прорывом была разработанные для котлов интерфейсы коммуникации, подключаемые к стандартным платам и дающие возможность передавать информацию между котлами и плавно изменять мощность всех котлов, подключенных в каскад. Это позволило устанавливать оптимальные параметры мощности в любой момент работы и получать доступ к информации о производимых каждым котлом действиях, например, при диагностике неисправностей или при пуско-наладке каскадной котельной. Каскадная котельная - это "интеллектуальная система" с полностью автоматизированным режимом работы без присутствия "человеческого фактора".

Сегодня техническое решение с применением стандартизированного аппаратного и программного обеспечения доступно и для очень экономных хозяев.

Почему каскад

Присутствующие в настоящее время на рынке котлы могут быть в различном исполнении - котлы с одной постоянной мощностью, котлы с двумя постоянными мощностями и котлы с плавным регулированием мощности (приблизитeльно от 40% до 100% мощности). Обычно предлагаются блоки управления последовательным включением котлов ("каскадныe переключатели"), которые поочередно могут включать и выключать котлы. Стандартная схема включения - до 4 котлов в каскаде. На практике этому соответствует шаг вводимой мощности в 100 кВт, при общей максимальной 400 кВт, т.е. скачек в 25%. В противоположность этому каскад котлов THERM работает от минимальной мощности, напр. 13 кВт (45 KD) плавно до макс. мощности 400 кВт. Естественно, в этом случае расход газа будет значительно меньше. К преимуществам каскадного включения котлов, относится и большое количество вариантов возможных котельных. Можно менять как расположение котлов, так и компоновку самой котельной. Котельную можно разместить практически везде - в подвале, отдельной пристройке или на чердаке. Отдельные котлы и оборудование каскадной котельной можно устанавливать произвольно так, что котельная, как детский конструктор, точно встанет в отведенное пространство.

Почему каскад из котлов THERM

Настенные котлы THERM, при одиночном использовании, плавно регулируют собственную мощность от прибл. 23% до 100% (в зависимости от типа используемых котлов) номинальной мощности. Каскад котлов THERM уникальным, но вместе с тем простым способом, дает возможность увеличить диапазон плавного изменения производительности котeльной от минимальной мощности, которую производит один котел, до максимальной мощности всех 16 котлов, подключенных каскадно. Это расширяет диапазон управления от 1,8% до 100% мощности для 16 котлов, включенных в каскад. Реализация очень проста - в каждый подключаемый котёл устанавливается коммутирующая плата интерфейса, подключаемая с помощью двух проводов к другим котлам и полноценный каскад готов. Без применения дорогостоящего каскадного переключателя. Так же просто управление каскадом в целом. Надо включить все котлы, а затем на первом установить температуру отопления. Все остальное котлы сделают "сами". Отпадает необходимость в трудоемкой и сложной настройке каждого котла, настройке управления ведущего котла и т.д. При необходимости увеличить количество котлов, надо подключить к отопительной системе еще один котел, установить в нем интерфейс, подключить два провода и запустить каскад.

Все очень просто. Достаточно на всех интерфейсах установить переключатели, в соoтветствии порядковым номером котла в каскаде, установить переключатель, находящийся в главном котле, по общему количеству котлов и каскад начнет работать. Эту первичную настройку, во избежание осложненний, должен произвести сервисный техник. В дальнейшем подобные настройки больше не производятся. В случае управления нагревом отопительной воды по наружной температуре (эквитермное регулирование), достаточно установить допольнительно только один датчик и каскадная котельная будет работать в зависимости от погодных условий. Эквитермное регулирование настоятельно рекомендуется использовать в котельных, отапливающих производственные или офисные здания, для полного исключения ошибок, связанных с действиями неподготовленного персонала.

Еще одно преимущество котлов THERM проявляется в решении вопроса горячего водоснабжения (ГВС). Один или несколько бойлеров гидравлически подключается через трёхходовой кран к котлу в каскаде, а термостат резервуара двумя проводами соответствующему котлу в каскаде и вопрос ГВС решен. Любой котел THERM, подключенный в каскад THERM, кроме управляющего котла, может греть воду для горячего водоснабжения. Тем самым максимальное количество котлов, подключенный к каскаду, которые могут нагревать воду для ГВС, составляет до 15 единиц.

Кратко основные преимущества котлов THERM:
1. исключительная эффективность инвестиций;
2. экономичное и высокоэффективное решение коммуникации в каскаде;
3. большая экономия расходов по сравнению с иными источниками тепла;
4. полностью автоматизированная работа;
5. отличная экономика эксплуатации;
6. широкая модуляция мощности котельной в целом (напр. от 13 до 720 кВт);
7. высокая надёжность в работе;
8. простой монтаж и ввод в эксплуатацию;
9. простое и наглядное техническое решение;
10. простое и наглядное управление;
11. оптимальная адаптация для подключения бойлера ГВС;
12. малая занимаемая площадь;
13. удаленные диагностика и мониторинг котельных;
14. бережное отношение к окружающей среде.

Котлы, используемые в каскадных котельных

Чаще всего для включения в каскад используются котлы Therm DUO 50, DUO 50 T, DUO 50 FT, TRIO 90, TRIO 90 T или котлы Therm 45 KD. Можно включить в каскад и котлы мощностью 28, 20, 17 или 14 кВт. Техническое решение системы каскада котлов позволяет включить в каскад все котлы THERM с автоматикой управления DIMS, а это котлы с цифровым дисплеем, за исключением котлов с проточным нагревом контура ГВС. Для больших каскадных котельных, прежде всего, можно использовать котлы TRIO 90 или версию с принудительным отводом продуктов горения - TRIO 90T (преимущества DUO 50 FT). Отдельная тема - это каскадные котельные из конденсационных котлов Therm 45 KD.

Комбинация интеллектуального управления котлов Thermona и конденсационного принципа котлов приводит к резкому уменьшению расходов на отопление и нагрев контура ГВС при сохранении очень низких параметров выбросов в результате процесса сгорания газа. Первым толчком для разработки конденсационного котла THERM 45 KD было преимущественно применение его в каскадных котельных. При разработке системы каскадной котельной из конденсационных котлов специалисты компании Thermona использовали собственный опыт, полученный при проектировании систем каскадных котельных из традиционных котлов. Система каскадной котельной в целом спроектирована так, что обеспечивает конечному пользователю комплексное, продуманное решение отопления и контура ГВС. Поэтому каскад из котлов Therm 45 KD выполнит все требования, предъявляемые к источнику тепла, и не только это. Одновременно каскадная котельная позволяет и использовать полностью совместимое эквитермное управлениe без необходимости установки дополнительных систем управления или регуляторов. Сегодня не все производители могут предложить подобное решение.

Такой же каскад как из газовых котлов THERM, можно собрать используя электрокотлы Therm. Все электрокотлы THERM могут быть соединены вместе. Интеллектуальное управление каскада электрокотлов позволяет использовать в качестве источника тепла каскад с плавным регулированием мощности. Каскад из электрокотлов THERM позволяет нагревать воду для хоз. нужд в бойлере. Только системы управления каскадами газовых и электрических котлов не могут быть соединены между собой.

Характеристики котлов

Возможность подключения котлов THERM в каскад

Характеристики котлов THERM DUO 50, DUO 50T

Характеристики котлов THERM DUO 50FT

Характеристики котлов THERM TRIO 90, TRIO 90T

Характеристики котлов THERM 28

Характеристики продуктов горения котлов THERM

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.

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.

Одной из первых организацию работы котлов по каскадной схеме разработала и воплотила в жизнь фирма Thermona из Чехии. Затем, видя неоспоримую экономическую выгоду от применения каскадов, данный принцип совместного использования нескольких настенных газовых котлов (преимущественно конденсационных) применили такие компании, как Viessmann, Baxi и др.

Так что же такое «каскад котлов»

Необходимо понимать разницу между каскадом котлов и параллельным их подключением, где каждый из котлов работает отдельно, но в одну систему отопления (вентиляции и др.). Это совершенно разные схемы. Каскад — это совместное гидравлическое и электрическое подключение нескольких котлов, объединенных единой системой управления, и работающих для обеспечения нагрева теплоносителя для одного и того же объекта.

Есть каскадные подключения, где управление происходит посредством плавной модуляции мощности — от минимальной одного из котлов до максимальной мощности всей котельной (как, например, у той же Thermona). Существует и другой подход — управление работой котлов посредством каскадного выключателя, который в процессе работы отключает несколько котлов или их включает, не используя возможности их индивидуальной модуляции.

Но, в любом случае, это система под единым управлением, получающая данные о необходимых температурах — «подачи» отопления и комнатной, а также имеющая возможность работать, используя данные датчика наружной температуры, то есть гораздо более гибкая и экономичная, чем один котел или параллельное включение группы котлов. В технике отопления схема «каскад» является поистине новаторским методом оптимизации систем большой мощности.

Вместо одного мощного котла, который вынужден работать и при незначительных теплопотерях объекта, в каскадном решении в разный момент времени работает столько котлов, сколько необходимо для компенсации моментальных теплопотерь объекта. Необходимое количество включенных котлов регулируется электроникой. Такая работа котельной как раз и обеспечивает оптимальный энергосберегающий режим.

Практика подтвердила, что в отопительный сезон отдельный котел используется в среднем на 30 %. Это малая нагрузка и, значит, неэффективная работа. В противоположность этому каскадная система обеспечивает необходимую мощность постепенно, подключая один за другим несколько «малых» котлов вместо одного большого. С помощью каскадного регулирования с программным управлением устраняются неприятные проблемы с определением оптимального соотношения мощности котельной к уровню потребления тепла.

Широкий диапазон управления мощностью каскада позволяет системе работать длительное время при низких температурах отопительной воды, что уменьшает расходы на тепловое излучение. Повышается тепловой комфорт пользователя. Неоспоримым шагом вперед является выделение из состава каскадной котельной одного или нескольких котлов для подготовки горячей воды. Эти котлы работают в летнем режиме, без использования основной массы оборудования, предназначенного только для отопления.

В то же время, котлы с возможностью работы по выдаче горячей воды, при отсутствии необходимости в ней, обслуживают и систему отопления. Данная особенность позволяет по-новому взглянуть на определение суммарной необходимой мощности котельной при условии возможной аккумуляции горячей воды в бойлерах косвенного нагрева.

Технические особенности «каскадной котельной»

Значительным шагом вперед в истории развития каскадных котельных стала система коммуникации между котлами посредством не каскадного переключателя, а устройствами коммуникации (интерфейсами), позволяющими обмениваться информацией между котлами и одновременно плавно регулировать мощность всех котлов в каскаде.

Это позволяет не только достигать оптимальных параметров мощности в каждый момент работы, но и получать моментальный доступ к информации о состоянии всей котельной и параметрах ее работы, а также диагностировать неисправности котлов и другого оборудования. Современная каскадная котельная — это действительно «интеллектуальная система» с полностью автономным режимом работы без обслуживающего персонала.

Техническое решение каскадной котельной имеет оптимальную цену, продуманное программное обеспечение и широкие возможности применения. В связи с тем, что в разные моменты времени может работать любое количество котлов из входящих в систему каскадной котельной, и существует необходимость установки основного насоса отопления, производительность которого превышает возможности котлового насоса, между контуром каскада и насосом отопления требуется установка гидравлического разделителя.

Заводы изготовители котельных предлагают свои размеры и конфигурации гидравлических разделителей и при монтаже котельных к требованиям производителей обязательно надо прислушиваться. В противном случае неправильно подобранный гидравлический разделитель (или неправильно установленный) может нарушить всю работу котельной. Необходимыми элементами в работе каскадной котельной являются температурные зонды, измеряющие температуру на «подаче», датчики и регуляторы.

Система продумана так, что температура на выходе из котельной может поддерживаться с точностью до 1 °C, что немаловажно для таких систем, как приточная вентиляция. Каскадная котельная настолько экономична, что в некоторых случаях окупает вложения уже через один-три месяца. Принцип погодозависимого регулирования температуры теплоносителя в каскадной котельной дает возможность экономить до 30 % газа или электричества.

Для этого необходимо встроить в систему управления датчик наружной температуры. Современные устройства GSM-дозвона, светозвуковой сигнализации, а также интернет-коммуникации позволяют легко отслеживать состояние котельной. Самый простой способ организации каскада — это применение в комплектации только интерфейсов коммуникации, без использования интерфейса управления, программатора и датчика наружной температуры.

Такая схема может быть востребована, когда каскад подает теплоноситель одной и той же заданной температуры (например, 75-80 °C). Такая комплектация системы приемлема при подготовке теплоносителя для теплообменника бассейна. В случае более сложной организации теплоснабжения применяются программаторы, которые дают возможность поддерживать заданную температуру в помещении, отображать состояние котельной, оповещать об аварийных остановках котлов.

На сегодняшний день разработаны щиты управления каскадами, которые сочетают в себе все необходимые функции контроля за состоянием оборудования котельной, регулировки температур в различных контурах отопления и передачи данных в интернет. Такие системы управления являются передовыми разработками в области современной диспетчеризации котельных. В каскадной котельной различные производители объединяют разное количество котлов.

Поэтому максимальные мощности котельных необходимо уточнять у представителей завода-изготовителя. Но в отдельных случаях в одном помещении котельной может находиться два и более каскадов.

Условия размещения

Достоинство каскада из настенных котлов в том, что он может размещаться в любом разрешенном месте (пристроенная, встроенная, отдельно стоящая, крышная котельная и др.). Очень удобно ставить каскад в крышной котельной. Незначительная масса основного оборудования, малое количество теплоносителя, возможность принудительного отвода дыма от каждого котла дешевой дымовой трубой заводского изготовления — вот те преимущества каскада из настенных котлов по отношению к одному-двум стационарным котлам, установленным на крыше.

Были случаи, когда приходилось добавлять каскад из настенных котлов к котельной из двух стационарных по причине превышения предельной массы и необходимости обеспечения заданной тепловой нагрузки. Немаловажен и вопрос ремонта и замены оборудования в процессе эксплуатации. Безусловно, заменить стационарный многотонный котел, установленный на крыше многоэтажного дома, гораздо сложнее, чем отремонтировать или заменить настенный котел, максимальная масса которого не более 90-100 кг.

Котлы в котельной могут устанавливаться «в линию» или «спина к спине». Второй способ уменьшает линейные размеры котельной в случае, если устанавливается большое количество котлов.

Потенциальные заказчики каскадных котельных

Котельные такого типа применимы во всех областях народного хозяйства. Но максимальное применение они находят в системах автономного теплоснабжения одного или группы объектов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга. Задача — не строить теплотрассу, которая, безусловно, имеет теплопотери и нуждается в периодическом обслуживании и замене линейных элементов.

Неоспоримо выгодны каскадные котельные для гостиниц, ресторанов, частных домов, автоцентров, больших и малых зданий магазинов. Одним словом — это котельные для тех, кто умеет считать деньги и для кого лозунги об энергосбережении и энергоэффективности не являются пустым звуком. Окупаемость такой системы составляет в среднем два-три года, а срок службы — 15-20 лет.