Плюсы и минусы каскадного и последовательного подключения котлов

Віталій Кондратенко 28 06 2015

0

Плюсы и минусы каскадного и последовательного подключения котлов

Каскадное соединение котлов – это одна из конфигураций соединения теплогенерирующих устройств, которая позволяет увеличивать индивидуальную мощность каждого отопительного устройства. Такой подход к подключению оправдан и эффективен при значительной тепловой нагрузке, а также в случаях, когда для снижения затрат на отопление используются котлы, работающие на различных видах топлива. Суть этой конфигурации заключается в том, что общая тепловая нагрузка распределяется между несколькими независимо управляемыми теплогенераторами, после чего в каскад включаются только те из них, которые обеспечивают потребности в производстве тепла в данный момент времени. Каскадное или последовательное подключение котлов обычно разделяют на "ступени", где каждая из них представляет собой отдельный нагреватель, а все ступени в совокупности формируют общую мощность системы теплоснабжения.

Обычно для функционирования стандартных систем отопления и горячего водоснабжения используется один котел, выбираемый с учетом максимально возможной нагрузки на него. Но практика показывает, что реальная ситуация может серьезно отличаться от первоначальных расчетов. В большинстве случаев в течение отопительного сезона оборудование для нагрева работает не больше, чем на 50% своей мощности 80% времени. Если учесть весь сезон эксплуатации таких устройств, то средняя нагрузка на них составляет от 25 до 45%. Таким образом, один мощный теплогенератор будет излишне тратить топливо и не сможет эффективно компенсировать тепловые потери. Это обусловлено указанными выше показателями неравномерной и часто низкой нагрузки. Решением этой проблемы может стать каскадное подключение котлов.

Регуляция этого типа системы отопления осуществляется с помощью специализированного микроконтроллера или интеллектуального контролера. Он служит для мониторинга температуры теплоносителя и определяет количество ступеней, которые должны быть активированы, чтобы поддерживать эту температуру на необходимом уровне. Благодаря такому управлению, каскад котлов обеспечивает плавное функционирование всех компонентов системы отопления на требуемой мощности (в ее широком диапазоне), независимо от сезона года. Этот процесс происходит благодаря последовательному включению нескольких теплогенераторов - один за другим. Каскадное управление в комбинации с программным управлением позволяет решить проблему определения оптимального соотношения мощности котельной и отопительной системы. Этот принцип работы позволяет экономить энергетические ресурсы без уменьшения комфортной температуры в помещениях. Такой эффект достигается благодаря тому, что каскадная котельная может длительное время работать на низкой температуре теплоносителя в периоды межсезонья и во время теплых зимних месяцев.

Из изложенной информации выше следует, что параллельная схема подключения с множеством отопительных устройств вместо одного может значительно лучше справиться с расчетными нагрузками теплоснабжения. Это может привести к предположению, что чем больше уровней в данной схеме, тем более эффективной она становится. Однако это не совсем так. Вместе с увеличением числа таких тепловых уровней, увеличиваются и площади поверхностей, через которые происходит теплообмен. Другими словами, тепловые потери через оболочки котлов будут увеличиваться. В результате это может нивелировать все преимущества увеличения эффективности системы параллельного подключения котлов. Поэтому считается нерациональным использовать более четырех уровней в данной схеме.

Преимущества и недостатки последовательного подключения котлов

Каскадное или последовательное подключение котлов представляет собой множество преимуществ, включая следующие:

• Улучшение экономической эффективности системы отопления - за счет уменьшения коэффициента полезного действия теплогенератора при работе на частичной мощности;
• Усиление надежности сети обогрева - в случае отказа или остановки для технического обслуживания одного из нагревательных приборов, другие устройства смогут частично или полностью обеспечить подогрев теплоносителя до требуемой температуры;
• Продление срока службы котлов - в межсезонье и теплые периоды зимних месяцев возможно использование только части устройств, отключение ненужных аппаратов может быть осуществлено с помощью автоматических систем или вручную;
• Упрощение установки - компактные котлы малой мощности, применяемые для каскадного подключения, намного проще и дешевле транспортировать и установить в котельных, чем их аналоги больших размеров. К тому же, несмотря на увеличение числа генераторов тепла, при их подключении используются стандартные запчасти и элементы системы, такие как гидравлические узлы и объединенные дымоотводы;
• Облегчение обслуживания котельной - достигается благодаря небольшим размерам котлов и тому, что каждый из них можно осмотреть или отремонтировать, не останавливая всю систему теплоснабжения. Важным является и то, что замена определенных деталей на таких обогревателях выполняется проще и дешевле, так как запасные части для нагревателей малой мощности более доступны.

Несмотря на преимущества каскадного подключения, есть и некоторые недостатки. В первую очередь, это увеличение стоимости системы отопления из-за установки нескольких котлов и дополнительного оборудования для управления каскадной схемой. Во-вторых, количество устройств требует большого пространства в котельной, больше, чем при установке одного большого и мощного нагревателя. И, наконец, подключение каскада котлов к дымоходу становится сложнее.

Виды систем каскадного подключения котлов

Каскадное соединение теплопроизводящих устройств классифицируется по трем основным категориям, которые определяются по типу работы горелок. Существуют следующие варианты систем последовательного подключения котлов:

• Простой каскад – включает в себя теплогенераторы, оборудованные одно- или двухступенчатыми горелками. Данный вариант позволяет увеличивать мощность каждого отдельного нагревательного устройства;
• Смешанный каскад – данный тип подключения объединяет разнообразные теплогенераторы, одно из которых оснащено модулируемой горелкой. Именно на такое нагревательное устройство устанавливается система регулировки температуры котельной воды;
• Модулирующий каскад – состоит исключительно из теплогенераторов с модулируемыми горелками. Данный тип соединения выделяется тем, что он позволяет регулировать подачу топлива бесступенчато и предоставляет возможность модифицировать производство тепла в широких пределах.

Главное отличие трех вариантов каскадного подключения котлов сводится к типу горелочных устройств, которыми они оснащены. Роль горелок в функционировании системы отопления сложно переоценить. Схема простого каскада предполагает регулирование производства тепла исключительно ступенчатым образом. В то время как наиболее предпочтительным вариантом последовательного соединения котлов считается модулируемый каскад. Это верно даже с учетом того, что использование более двух ступеней снижает производительность каждого нагревательного устройства отдельно. Дело в том, что установки с модулируемыми горелками дают возможность бесступенчато изменять мощность системы в зависимости от потребностей в тепловой энергии. Такой принцип работы позволяет уменьшать расход топлива, а следовательно, экономить на отоплении.

Критерии создания модулируемого каскада

На основании вышеуказанной информации, можно сделать вывод, что модулируемый каскад является наиболее действенным из всех трех видов таких соединений. Однако его воплощение в жизнь зависит от трех условий, учесть которые необходимо на этапе проектирования.

• Реализация подводки магистралей и контроллеров должна быть осуществлена с учетом необходимости в автономной регулировке циркуляции потока через каждый из генераторов тепла. В случае, когда вода будет протекать через выключенный обогреватель, ее тепловая энергия начнет рассеиваться через теплообменник или корпус устройства. Автономность такой регулировки достигается за счет оснащения всех обогревателей отдельными циркуляционными насосами.
• Входные и выходные линии для каждого теплогенератора должны быть соединены параллельно. Это критически важно для конденсационных котлов. Такая схема обеспечивает одинаковую температуру воды на входе каждого нагревателя и предотвращает перетекание теплоносителя между контурами, улучшая при этом КПД всей системы;
• Циркуляционные насосы должны обеспечивать адекватный поток теплоносителя через работающие котлы, независимо от показателей расхода системы отопления. Для этого применяется гидравлический разделитель низкого давления.

Гидравлический разделитель с пониженным давлением или гидравлическая "стрелка" – это совершенный и ключевой элемент в каскадной схеме подключения. Его задача – разделение первичного и вторичного контуров (то есть контуров обогревателей и потребителей), при этом создается зона с уменьшенным гидравлическим сопротивлением. Благодаря этому, поток теплоносителя в этих двух контурах будет определяться только производительностью циркуляционных насосов, которые не будут взаимно влиять друг на друга. Такой разделитель обеспечивает гидравлический и температурный баланс контуров. Гидравлическая "стрелка" позволяет осуществлять постоянный поток теплоносителя в первичном контуре, а во вторичном – эффективно регулировать его в соответствии с тепловой нагрузкой. Такая функциональность стала нормой для современных систем отопления. Выбор гидравлического разделителя или "стрелки" осуществляется по каталогу, исходя из необходимой мощности теплогенератора и максимального возможного протока теплоносителя в системе.

Процесс установки каскадной системы подключения котлов

Установка каскадной системы нагревателей происходит в несколько ключевых этапов, включающих следующие действия:

• Подготовка помещения для котлов, установка крепежных элементов и самих нагревательных устройств;

• Установка газовой магистрали, системы дренажа, а также гидравлических коллекторов;

• Установка гидравлической "стрелки" и группы обеспечения безопасности;

• Подключение коллектора дымоудаления;

• Пусконаладочные работы, проверка работоспособности всех систем, а также настройка систем автоматики.

Исполнение каскадного подключения котлов – это процесс, требующий обдуманного подхода и учета множества деталей. Следовательно, создание системы отопления такого типа рекомендуется поручать исключительно квалифицированным специалистам, обладающим необходимыми навыками и знаниями для выполнения работы высокого качества. Разработку и установку каскадного подключения котлов должны осуществлять компетентные компании и профессионалы, осведомленные о спецификах подобных систем, и имеющие соответствующие лицензии и разрешения. Тщательное внимание к каждой детали и ответственный подход к реализации последовательного подсоединения теплогенераторов способствуют созданию надежной, эффективной и безопасной отопительной системы, которая одновременно является экономически выгодной.