Плюси та мінуси каскадного та послідовного підключення котлів

Віталій Кондратенко 28 06 2015

0

Плюси та мінуси каскадного та послідовного підключення котлів

Каскадне з'єднання котлів – це одна з конфігурацій з'єднання теплогенеруючих пристроїв, що дозволяє збільшувати індивідуальну потужність кожного опалювального пристрою. Такий підхід до підключення виправданий і ефективний при значних теплових навантаженнях, а також у випадках, коли для зниження витрат на опалення використовуються котли, що працюють на різних видах палива. Суть цієї конфігурації полягає в тому, що загальне теплове навантаження розподіляється між декількома незалежно керованими теплогенераторами, після чого в каскад включаються тільки ті, які забезпечують потреби у виробництві тепла в даний момент часу. Каскадне або послідовне підключення котлів зазвичай поділяють на "сходи", де кожна з них є окремим нагрівачем, а всі ступені в сукупності формують загальну потужність системи теплопостачання.

Зазвичай для функціонування стандартних систем опалення та гарячого водопостачання використовується один котел, що вибирається з урахуванням максимально можливого навантаження на нього. Але практика показує, що реальна ситуація може серйозно відрізнятись від початкових розрахунків. У більшості випадків протягом опалювального сезону обладнання для нагрівання працює не більше ніж на 50% своєї потужності 80% часу. Якщо врахувати весь сезон експлуатації таких пристроїв, то середнє навантаження становить від 25 до 45%. Таким чином, один потужний теплогенератор зайве витрачати паливо і не зможе ефективно компенсувати теплові втрати. Це зумовлено зазначеними вище показниками нерівномірного та часто низького навантаження. Вирішенням цієї проблеми може стати каскадне підключення котлів.

Регуляція цього типу системи опалення здійснюється за допомогою спеціалізованого мікроконтролера або інтелектуального контролера. Він служить для моніторингу температури теплоносія та визначає кількість ступенів, які мають бути активовані, щоб підтримувати цю температуру на необхідному рівні. Завдяки такому управлінню каскад котлів забезпечує плавне функціонування всіх компонентів системи опалення на потрібній потужності (в її широкому діапазоні), незалежно від сезону року. Цей процес відбувається завдяки послідовному включенню кількох теплогенераторів – один за одним. Каскадне керування в комбінації з програмним керуванням дозволяє вирішити проблему визначення оптимального співвідношення потужності котельні та опалювальної системи. Цей принцип дозволяє економити енергетичні ресурси без зменшення комфортної температури в приміщеннях. Такий ефект досягається завдяки тому, що каскадна котельня може тривалий час працювати на низькій температурі теплоносія у періоди міжсезоння та під час теплих зимових місяців.

З викладеної інформації вище випливає, що паралельна схема підключення з безліччю опалювальних пристроїв замість одного може значно краще впоратися із розрахунковими навантаженнями теплопостачання. Це може призвести до припущення, що чим більше рівнів у цій схемі, тим ефективнішою вона стає. Однак, це не зовсім так. Разом із збільшенням числа таких теплових рівнів збільшуються і площі поверхонь, через які відбувається теплообмін. Інакше кажучи, теплові втрати через оболонки котлів збільшуватимуться. Це може нівелювати всі переваги підвищення ефективності системи паралельного підключення котлів. Тому вважається нераціональним використовувати більше чотирьох рівнів у цій схемі.

Переваги та недоліки послідовного підключення котлів

Каскадне або послідовне підключення котлів є безліч переваг, включаючи наступні:

• Поліпшення економічної ефективності системи опалення – за рахунок зменшення коефіцієнта корисної дії теплогенератора при роботі на частковій потужності;
• Посилення надійності мережі обігріву - у разі відмови або зупинки для технічного обслуговування одного з нагрівальних приладів інші пристрої зможуть частково або повністю забезпечити підігрів теплоносія до необхідної температури;
• Продовження терміну служби котлів - у міжсезоння та теплі періоди зимових місяців можливе використання лише частини пристроїв, відключення непотрібних апаратів може бути здійснено за допомогою автоматичних систем або вручну;
• Спрощення установки - компактні котли малої потужності, що застосовуються для каскадного підключення, набагато простіше та дешевше транспортувати та встановити у котельнях, ніж їхні аналоги більших розмірів. До того ж, незважаючи на збільшення числа генераторів тепла, при їх підключенні використовуються стандартні запчастини та елементи системи, такі як гідравлічні вузли та об'єднані димовідводи;
• Полегшення обслуговування котельні досягається завдяки невеликим розмірам котлів і тому, що кожен з них можна оглянути або відремонтувати, не зупиняючи всю систему теплопостачання. Важливим є й те, що заміна певних деталей на таких обігрівачах виконується простіше та дешевше, оскільки запасні частини для нагрівачів малої потужності доступніші.

Незважаючи на переваги каскадного підключення, є деякі недоліки. Насамперед, це збільшення вартості системи опалення через встановлення кількох котлів та додаткового обладнання для керування каскадною схемою. По-друге, кількість пристроїв вимагає великого простору в котельні, більше, ніж при встановленні одного великого та потужного нагрівача. І, нарешті, підключення каскаду котлів до димаря стає складнішим.

Види систем каскадного підключення котлів

Каскадне з'єднання тепловиробних пристроїв класифікується за трьома основними категоріями, які визначаються за типом роботи пальників. Існують такі варіанти систем послідовного підключення котлів:

• Простий каскад – включає теплогенератори, обладнані одно- або двоступінчастими пальниками. Даний варіант дозволяє збільшувати потужність кожного окремого нагрівального пристрою;
• Змішаний каскад – даний тип підключення поєднує різноманітні теплогенератори, одне з яких оснащене пальником, що модулюється. Саме такий нагрівальний пристрій встановлюється система регулювання температури котельної води;
• Модулюючий каскад - складається виключно з теплогенераторів з пальниками, що модулюються. Даний тип з'єднання виділяється тим, що він дозволяє регулювати подачу палива безступінчасто та надає можливість модифікувати виробництво тепла в широких межах.

Головна відмінність трьох варіантів каскадного підключення котлів зводиться до типу пальників, якими вони оснащені. Роль пальників у функціонуванні системи опалення важко переоцінити. Схема простого каскаду передбачає регулювання виробництва тепла виключно ступінчастим чином. У той час як найкращим варіантом послідовного з'єднання котлів вважається каскад, що модульується. Це вірно навіть з урахуванням того, що використання більш ніж двох ступенів знижує продуктивність кожного нагрівального пристрою окремо. Справа в тому, що установки з пальниками, що модулюються, дають можливість безступінчасто змінювати потужність системи в залежності від потреб в тепловій енергії. Такий принцип роботи дозволяє зменшувати витрату палива, а отже економити на опаленні.

Критерії створення каскаду, що модульується.

На підставі вищевказаної інформації, можна зробити висновок, що каскад, що модульується, є найбільш дієвим з усіх трьох видів таких сполук. Однак його здійснення залежить від трьох умов, врахувати які необхідно на етапі проектування.

• Реалізація підведення магістралей та контролерів повинна бути здійснена з урахуванням необхідності в автономному регулюванні циркуляції потоку через кожен із генераторів тепла. У випадку, коли вода протікатиме через вимкнений обігрівач, її теплова енергія почне розсіюватись через теплообмінник або корпус пристрою. Автономність такого регулювання досягається завдяки оснащенню всіх обігрівачів окремими циркуляційними насосами.
• Вхідні та вихідні лінії для кожного теплогенератора повинні бути з'єднані паралельно. Це важливо для конденсаційних котлів. Така схема забезпечує однакову температуру води на вході кожного нагрівача та запобігає перетіканню теплоносія між контурами, покращуючи при цьому ККД усієї системи;
• Циркуляційні насоси повинні забезпечувати адекватний потік теплоносія через котли, що працюють, незалежно від показників витрати системи опалення. Для цього застосовується гідравлічний роздільник низького тиску.

Гідравлічний роздільник зі зниженим тиском або гідравлічна "стрілка" – це досконалий та ключовий елемент у каскадній схемі підключення. Його завдання – поділ первинного та вторинного контурів (тобто контурів обігрівачів та споживачів), при цьому створюється зона із зменшеним гідравлічним опором. Завдяки цьому потік теплоносія в цих двох контурах визначатиметься тільки продуктивністю циркуляційних насосів, які не взаємно впливатимуть один на одного. Такий роздільник забезпечує гідравлічний та температурний баланс контурів. Гідравлічна "стрілка" дозволяє здійснювати постійний потік теплоносія у первинному контурі, а у вторинному – ефективно регулювати його відповідно до теплового навантаження. Така функціональність стала нормою для сучасних систем опалення. Вибір гідравлічного роздільника або "стрілки" здійснюється за каталогом, виходячи з необхідної потужності теплогенератора і максимально можливої протоки теплоносія в системі.

Процес встановлення каскадної системи підключення котлів

Встановлення каскадної системи нагрівачів відбувається у кілька ключових етапів, що включають такі дії:

• Підготовка приміщення для котлів, встановлення кріпильних елементів та самих нагрівальних пристроїв;

• встановлення газової магістралі, системи дренажу, а також гідравлічних колекторів;

• Встановлення гідравлічної "стрілки" та групи забезпечення безпеки;

• Підключення колектора димовидалення;

• Пусконалагоджувальні роботи, перевірка працездатності всіх систем, а також налаштування систем автоматики.

Виконання каскадного підключення котлів – це процес, що вимагає обдуманого підходу та обліку безлічі деталей. Отже, створення системи опалення такого типу рекомендується доручати виключно кваліфікованим фахівцям, які мають необхідні навички та знання для виконання роботи високої якості. Розробку та встановлення каскадного підключення котлів повинні здійснювати компетентні компанії та професіонали, обізнані про специфіки подібних систем, які мають відповідні ліцензії та дозволи. Ретельна увага до кожної деталі та відповідальний підхід до реалізації послідовного приєднання теплогенераторів сприяють створенню надійної, ефективної та безпечної опалювальної системи, яка одночасно є економічно вигідною.