Каскадный способ подключения котлов. Каскадное подключение котлов Для чего нужна каскадная схема работы котла

Каскадные схемы котельных в том или ином виде существуют на протяжении фактически всей истории существования данной техники, в независимости от вида топлива и сферы применения. Обычно необходимость применения таких решений была связана с ограничением мощности отдельного котлового агрегата либо диапазона допустимых для него режимов работы. Однако с развитием технологий применяемых как в тепломеханической части конструкции котлов, так и в сфере автоматизации, использование каскадных решений все чаще становится не вынужденной мерой, а наиболее технически и экономически целесообразным выбором.

В данной статье мы рассмотрим основные преимущества применения, различные тепломеханические схемы и вопросы автоматизации таких котельных.

Мы не будем акцентировать внимания на преимуществах отдельного конденсационного котла перед неконденсационным (традиционным). Как то значительно больший КПД и отказоустойчивость. Однако отметим выгоды применения таких котлов именно в каскаде.

Основные преимущества применения каскадов котлов

Большая часть перечисляемых ниже преимуществ может быть отнесена не только к конденсационным котлам, но мы будем отдельно обращать внимание на то, чем конкретно выделяется данный вид техники в рамках соответствующей темы.

Увеличение общего диапазона модуляции мощности

Как было отмечено выше, главная причина для установки нескольких котлов в каскад - увеличение максимальной мощности котельной при ограничении на производительность отдельного агрегата. С данной точки зрения любые котлы находятся, можно сказать, в равном положении.

В тоже время не стоит забывать о том, что к современным системам теплоснабжения предъявляются повышенные требования с точки зрения энергоэффективности. И одним из основных принципов в обеспечении данного принципа является обеспечение текущей мощности генераторов тепла равной потребности системы, не большей и не меньшей. Соответственно, нижняя граница модуляции производительности котельной так же играет важную роль. Применение каскада помогает значительно уменьшить данную границу. Стоит так же помнить о том, что для средних широт большую часть года потребность в тепле составляет не более 30-40 % от максимальной.

При использовании в каскаде одинаковых теплогенераторов нижняя граница мощности определяется просто делением минимальной производительности отдельного котла на их количество. И здесь легко увидеть, в насколько выгодном свете выступают конденсационные котлы. Минимальная модуляция для наиболее современных котлов настенного исполнения составляет примерно 15 %. Соответственно, применяя, например, четыре таких котла мы получаем общий диапазон бесступенчатой модуляции 4-100 %. Причем, в отличие от традиционных котлов, КПД конденсационных только растет со снижением модуляции.

Обеспечение высокого уровня отказоустойчивости котельной

Достаточно очевидное преимущество. Чем большее количество котлов в каскаде используется, там меньше падение общей мощности при выходе из строя и обслуживании отдельного теплогенератора.

Удобство монтажа и обслуживания оборудования

В независимости от общей мощности котельной, часто мы сталкиваемся с ограничениями по доступному пространству как при проектировании, так и при монтаже.

Удобство для монтирующих и обслуживающих организаций заключается в легкости доставки отдельного котла к месту непосредственного монтажа на любом этапе. Особенно это актуально для крышных котельных, где в случае необходимости замены теплогенератора (хоть и крайне маловероятном), его легкость и компактность может сыграть критическую роль. В данном контексте так же не стоит забывать о предыдущем пункте данного раздела.

Возможность последовательного увеличения мощности котельной

Все чаще применяемая в последнее время возможность, позволяющая распределить инвестиции на различные этапы строительства.

Каскадные решения позволяют последовательно добавлять мощности в существующую систему. Естественно, что гидравлическая часть должна предусматривать возможность такого расширения.

Гидравлические схемы

Гидравлических схем по обвязке каскадных котельных существует огромное множество. Мы рассмотрим основные, которые применяются при работе с конденсационными котлами. Общим требованием к таким схемам является возможность независимой с точки зрения гидравлики работы отдельных теплогенераторов. Это требование в первую очередь означает обязательное наличие отдельного циркуляционного насоса для каждого котла. В наиболее современных настенных котлах промышленных серий данный насос является встроенным. Для того, чтобы величина циркуляции через отдельный котел не зависела как от других котлов, так и от работы систем потребителей, обычно применяются гидравлические разделители, которые известны так же под названием “гидравлические стрелки”. Однако возможны так же и другие способы решения данной задачи.

Равнозначные котлы с гидравлическим разделителем

Наиболее распространенный вариант. Котлы гидравлически равнозначны, независимость обеспечена за счет применения гидравлической стрелки.

Количество котлов, естественно, может быть любым экономически целесообразным. Правильная автоматизация позволяет обеспечить равномерную выработку ресурса котлов на протяжении всего срока службы.

Существует, однако, ситуация, когда такая схема не является оптимальной при использовании конденсационных котлов. А именно в случае, если потребность системы в мощности на приготовление ГВС может быть обеспечена небольшой частью котлов из всего каскада: одним или двумя. Для наиболее эффективной работы конденсационных котлов желателен низкотемпературный график работы системы потребителей (с температурой обратной воды ниже точки росы), в то же время для быстрого нагрева питьевой воды до требуемых значений требуется высокая температура котловой воды. Для того чтобы не выводить весь каскад из конденсационного режима на время приготовления ГВС, можно использовать следующую схему.

Схема с гидравлическим разделителем и отдельным котлом на нужды ГВС

В данном случае реализована возможность вывода отдельного котла из каскада для разогрева его до высокой температуры и приготовления горячей питьевой воды. Общее КПД установки в таком случае повышается. Среднегодовой рост эффективности выше для систем с низкотемпературными потребителями.

Недостатком такой схемы, в то же время, является большая выработка ресурса котлом или котлами, выделенными на цели обеспечения ГВС.

Схема с магистральным коллектором для обеспечения гидравлической независимости

Для иллюстрации того, что гидравлический разделитель не является обязательным компонентом схемы приведем вариант схемы выше.

В данном случае для обеспечения независимости котлов применяется замыкающий участок на распределительном коллекторе, обеспечивающий постоянную циркуляцию теплоносителя через любой теплогенератор. Такая схема может быть удобна в случае использования крышной котельной и расположения распределительных систем для контуров потребителей в подвале, так как позволяет сэкономить пространство, отказавшись от гидравлической стрелки.

Но при этом, проектирование данного решения требует обратить отдельное внимание на подбор котловых насосов, так как они должны обеспечивать так же потери напора на магистральном трубопроводе. По этой же причине такая схема применяется только с напольными конденсационными котлами. В современных настенных котлах насос встроен и диапазон его производительности точно подобран для обеспечения эффективной работы конкретно котла.

Автоматизация каскадных котельных

Роль средств автоматизации невозможно переоценить в вопросе удобства организации каскадных котельных, их надежности и эффективности.

Именно автоматика отвечает за то, чтобы “выжать” максимальную эффективность от котлов, работающих в каскаде, обеспечив при этом отзывчивость теплогенераторов на сигналы от потребителей.

В современные конденсационные котлы промышленных серий каскадная логика включается в базовую автоматику и оптимизируется для конкретного оборудования.

Основные функции автоматики каскадной котельной:

Сбор требований от потребителей на выработку тепла и определение приоритетов (ГВС, отопление, вентиляция и т.д.)

Определение оптимального режима работы каждого отдельного котла для обеспечения требуемой мощности.

Обеспечение равномерной выработки ресурса котлов (за редким исключением, рассмотренным выше).

Отслеживание аварий на котлах и сигнализация о них.

Если говорить об особенности работы автоматики именно с каскадом конденсационных котлов, то она заключается в стратегии включения и вывода котлов из текущей работы. Принципиально выделяют три таких стратегии:

Позже включить, раньше выключить. В таком режиме работы дополнительные котлы добавляются в работу как можно позже с ростом потребности в тепле, то есть уже включенные котлы работают на максимальной мощности. При снижении потребности в мощности котлы выводятся из каскада как можно раньше. Данная стратегия обеспечивает наименьшее количество одновременно работающих котлов, их работу на максимальной мощности и наименьшее время работы дополнительных котлов.

Стандарт для неконденсационных котлов. Связано это с тем, что для неконденсационных котлов наблюдается некоторое снижение КПД при работе на сниженной модуляции.

Позже включить, позже выключить. Включение дополнительных котлов так же как можно позже, но и выключение как можно позже. Применяется в случае необходимости обеспечения минимального количества операций включения горелок котлов.

Раньше включить, позже выключить. Включение дополнительных котлов как можно раньше с ростом потребности в тепле и выключение как можно позже с ее снижением.

Именно такая стратегия управления используется с современными конденсационными котлами. При этом каждый отдельных котел работает на минимальной модуляции, обеспечивающей потребность в тепле. Количество работающих котлов максимально. В итоге мы получаем максимальный КПД каскадной установки при наиболее равномерной выработке ресурса котлов.

Подключение контура лишь к одному отопительному прибору (наиболее реализуемый способ обогрева частных домов) имеет свои недостатки. Если в системе смонтировано несколько агрегатов (причем не обязательно основных; речь может идти и о резервировании двумя и более установками на разных видах топлива), то это дает массу преимуществ. Существуют различные схемы обвязки котлов (в том числе, и газовых), одна их которых называется каскадной.

В чем особенность данного инженерного решения? Все теплогенераторы включаются в контур отопления последовательно, то есть каждый из них представляет одну его ступень. Но управление каскадом – общее, и пользователь может сам настраивать все параметры системы, в зависимости от местных условий, а остальное сделает автоматика. Такой способ регулирования называется «гибким».

В каких случаях стоит делать последовательное подключение котлов? Считается, что применительно к жилым строениям, в которых общая отапливаемая площадь не менее 500 м 2. Но это не аксиома, и собственник вправе сам определить целесообразность монтажа двух (или более) агрегатов с их каскадным присоединением к системе.

Такая схема является наиболее эффективной (при соблюдении определенных условий) и простой в исполнении. Иногда гораздо выгоднее приобрести и смонтировать именно 2 (или 3) настенные газовые модели средней (а то и малой) мощности, чем искать отдельное помещение, обустраивать фундамент под один габаритный напольный котел. Например, если контур обогрева обеспечивает теплом не только дом, но и надворные постройки – сарай, гараж, оранжерею и так далее. Вариантов, когда возможности одной установки не позволяют обеспечить качественное отопление жилища, более чем достаточно – специфика климата, неблагоприятное расположение дома на местности, неграмотная теплоизоляция стен, изношенность здания и так далее.

Есть ли какие-то особенности каскадного подключения? Самостоятельно выбрать оптимальную схему, тем более рассчитать все ее параметры, сложно. Здесь требуется профессиональная оценка всех факторов. Газовые котлы могут включаться последовательно без дополнительных устройств лишь в том случае, если насос каждого агрегата способен «прокачивать» теплоноситель по всему контуру. Как правило, для небольшого частного жилого дома этого вполне достаточно.

Но если система смонтирована по сложной схеме, здание габаритное, в несколько этажей, без гидравлического разделителя (его чаще именуют «стрелкой») не обойтись. В этом случае во вторичном контуре (нагрузке) устанавливается еще один насос, с большей производительностью.

Чтобы каскад работал максимально эффективно, в системе желательно задействовать два температурных датчика (внутренний и наружный) и электронный контроллер. Дополнительные затраты окупятся довольно быстро, причем не только в плане комфортности, но и за счет более.

Все ли модели котлов можно объединить в каскад? Нет, и в этом одна из трудностей. Такая возможность в первую очередь зависит от особенностей автоматики газовых агрегатов. Если проанализировать отзывы на тематических форумах, то для последовательного включения собственники частных строений в основном ориентируются на немецкие настенные котлы марки «Viessmann». С ними, по мнению пользователей, несколько проще.

С модельным рядом отопительных приборов «Виссманн», которые целесообразно использовать для каскадов, и ценами на них можно ознакомиться. Но это не единственные котлы, которые можно включать последовательно. Неплохо себя зарекомендовали в таких схемах «Baxi», «Protherm», «Vaillant», «Buderus».

В чем преимущество каскадного подключения котлов? Один из главных вопросов, которыми задается большинство покупателей. Ведь традиционная схема с одним агрегатом, радиаторами и трубами – своеобразный стереотип, и человеку, не имеющему специальной подготовки, трудно понять все плюсы каскадного подключения. Тем более что это дополнительные расходы, и стоит ли все так усложнять, неизвестно.

• Интенсивность обогрева жилища зависит во многом от погоды на улице. Каскадная схема позволяет оперативно управлять всеми процессами, причем без вмешательства пользователя, в автоматическом режиме. Именно этим и определяется экономия газа и комфортный микроклимат.
• Любое техническое устройство имеет свой ресурс и характеризуется наработкой «на отказ».

Именно поэтому рачительные хозяева всегда решают проблему резервирования по отоплению. При каскадном подключении она нивелируется, так как при необходимости любой из котлов можно временно исключить из схемы (для проведения ТО или ремонта) без ущерба качеству обогрева дома.

• «Гибкое» управление каскадом дает возможность продлить эксплуатационный срок любого из котлов за счет уменьшения количества их включений/выключений. Автоматика позволяет использовать газовые приборы с одинаковой интенсивностью, задействуя в качестве основного поставщика тепла то один, то другой.
• При последовательном присоединении обогревательных агрегатов появляется возможность создания нескольких зон отопления. То есть без дополнительных изменений в схеме можно подключить к каскаду разнотемпературные контура (радиаторы, накопительный бойлер, теплый пол). При больших потребностях в горячей воде каскад «отдает» ей приоритет лишь в одном котле, что, по сути, полностью «развязывает» контура ХВС и ГВС.
• За счет гибкого регулирования, использования в работе лишь требуемого количества котлов (одного или двух-трех) достигается экономия эл/энергии. Если за день она и незначительная, то в пересчете на отопительный сезон весьма ощутима.

Если вы живете в Подмосковье и пришли к выводу, что каскадное подключение газовых котлов – лучшее решение для вашего дома, позвоните по номеру 8 495 3084648. Специалисты компании «АЛЬФАТЭП» дадут профессиональный ответ на любой непонятный вопрос. При желании клиента составят проект системы, подберут необходимое оборудование, сами его смонтируют, опробуют в работе и сдадут заказчику «под ключ». Параллельно и обучат, как грамотно настраивать каскад и управлять им.

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.

Практика показывает, что 80% времени отопительного сезона производительность котла используется лишь на 50%. Это значит, что в течение всего года в среднем расходуется лишь 30% мощности котла. Такая слабая нагрузка на часто ведет к низкой эффективности его использования. Поэтому для рационального использования энергии зачастую требуется комплексный подход. Отличным решением может стать каскадная система котлов. Она обеспечивает потребителя таким количеством тепла, которое требуется в данный момент, постепенно подключая одним за другим несколько малых котлов.

В чем же преимущества такой системы?

• Во-первых, высокая надежность. Если один из котлов вышел из строя, это не означает, что остановилась вся система – остальные котлы восполнят необходимую нагрузку.
• Во-вторых, повышение общего ресурса котлов. В теплое время года можно задействовать лишь часть котлов, отключив остальные вручную или с помощью встроенной автоматики.
• В-третьих, экономный расход энергии за счет меньшей потери эффективности при работе на неполной мощности.
• В-четвертых, простота монтажа. Несколько котлов небольшой мощности проще транспортировать и установить, чем один мощный крупногабаритный котел.
• В-пятых, доступный ремонт и техобслуживание. Детали к котлам большой мощности достать намного проблематичнее за счет меньших объемов производства.

Принцип каскадного подключения котлов

Принцип каскадного подключения заключается в объединении нескольких котлов с целью увеличения мощности каждой единицы оборудования. Для осуществления приема каскада нужно разделить суммарную тепловую нагрузку между несколькими котлами и включить в каскад лишь те, мощность которых соответствует необходимой нагрузке в определенный период. При этом один из котлов выступает в роли «ведущего» и начинает работу в первую очередь, а остальные котлы включаются по мере необходимости. Весь процесс контролируется автоматикой управления, которая может передавать роль основного котла, а так же регулировать порядок и необходимость подключения второстепенных котлов для поддержания заданного режима. В системе каскадов каждый котел представляет собой определенную «ступень» производительности тепла. Система управления поддерживает необходимый уровень температуры, подключая или отключая отдельные ступени. В случае неисправности одного котла, автоматика распределяет нагрузку на остальную систему. Если же в тепле нет необходимости, автоматика выключает все котлы, восстанавливая работу по требованию. Ступенчатая система каскадного подключения позволяет с большой эффективностью восполнять нагрузки отопительной системы. Однако нельзя рассчитывать, что чем больше котлов в системе, тем эффективнее их работа. Пропорционально увеличению количества единиц увеличиваются потери тепла через поверхности неработающих котлов, поэтому специалисты советуют остановиться на каскаде максимум из четырех котлов. Для бесперебойной работы системы необходима установка гидравлического разделителя между отопительным и котловым контурами. Он обеспечит снижение гидравлического сопротивления и гидравлический баланс котлового и отопительного контуров.

Какие бывают каскады котлов?

Типы каскадов принято различать по типу использования в них горелочных устройств:

• «Простой» каскад включает в себя котлы с одноступенчатыми или двухступенчатыми горелками. Такая система увеличивает ступени мощности котла – к примеру, объединение двух котлов с одноступенчатой горелкой образует более экономную двухступенчатую систему.
• Каскад«смешанного» типа объединяет котлы, один из которых оснащен модулируемой горелкой. Именно на этот котел устанавливается система управления, которая регулирует температуру котловой воды.
• В состав«модулирующего» каскада входят котлы с модулируемыми горелками. В отличае от «простого» и «смешанного» каскадов, данная система способна изменять объем подачи топлива в плавном режиме и регулировать теплопроизводительность в широком диапазоне.

Расчет проекта каскадной котельной базируется на определении номинальной тепловой мощности источника тепла. Эта величина представляет собой тепловую мощность, необходимую для восполнения тепла, расходованного объектом и мощность потребления тепла другими объектами системы. Производительность котельной определяется не суммой всех потребляемых мощностей, а рассчитывается для каждой системы индивидуально. Норма ЧСН 06 0310 определяет расчеты для следующих объектов:

• Отопление с прерываемым нагревом воды и вентиляцией:

Qобщ=0,7хQOтоп+0,7QВент+QГВС(Вт, кВт.)

• Отопление с непрерывным технологическим нагреванием и постоянной вентиляцией:

Qобщ=QOтоп+QТехн(Вт, кВт.)

• Отопление и нагрев воды проточным способом с преимуществом контура ГВС:

Qобщ=максимальное значение расхода тепла на отопление или нагрев ГВС

Qобщ –общая мощность котлов

Qотоп – теплопотеря объекта при наружной расчетной температуре

Qвент – потребность тепла вентиляционной техники

QГВС – потребность тепла для нагрева контура ГВС

Qтехн – потребность тепла для вентиляции или технологического нагрева

Расчет котельной требует серьезного и профессионального подхода, иначе погрешности в расчетах могут привести к неэффективной и неэкономичной эксплуатации системы.

Сборка и монтаж системы

Система каскадной котельной состоит из следующих основных частей:

• Гидравлический отсекатель;
• Гидравлическое присоединение котлов;
• Группа безопасности;
• Нагрев контура ГВС;
• Дополнительные компоненты.

Подключение системы каскада выполняется в несколько этапов:

• Установка креплений и котлов;
• Монтаж гидравлических коллекторов, газовой магистрали и дренажной линии;
• Подключение группы безопасности и гидравлического разделителя;
• Подключение коллектора дыма

Сперва производится соединение в каскад двух котлов, затем присоединяются остальные. После объединения котлов подключается группа безопасности и производится настройка автоматики.