Схемы каскадного подключения отопительных газовых котлов

Один в доме не воин

Чаще всего несколько котлов работают совместно на одну систему отопления через гидравлический разделитель («стрелку»). Это обеспечивает гидравлический, а следовательно, и температурный баланс первичного (котлы) и вторичного (нагрузка) контуров системы.

Каскад котлов в системе отопления дома

Таким образом, циркуляция теплоносителя в обоих контурах будет полностью зависеть только от производительности соответствующих насосов. Что позволяет оперативно реагировать на потребности в тепле в конкретный момент времени.

Становится возможным поддерживать постоянный расход теплоносителя в первичном контуре, при этом регулируя подачу тепла во вторичном. То есть снижать количество циклов отключений/включений котла. Когда насос вторичного контура отключен, вся вода, циркулирующая под воздействием насоса первичного контура, перепускается через разделитель.

В современных системах отопления готовый гидравлический разделитель выбирается исходя из требуемой мощности котла и максимального протока теплоносителя в системе.

Варианты каскадного подключения котлов

Схема с гидравлической стрелкой является типовой и позволяет присоединять любое необходимое количество котлов и зон отопления или тепловой нагрузки. То есть к ней без особых сложностей могут быть подключены и высокотемпературная зона отопления (радиаторы), и низкотемпературная (тёплые полы), и бойлер для горячей воды.

Такая схема позволяет обойтись без использования дополнительных сложных блоков каскадного регулирования и не понижать температуру теплоносителя в системе отопления при пиковой (по запросу бойлера) потребности в горячей воде.

Некоторые производители предусмотрительно позволяют подключить два отопительных котла котла по упрощённой схеме, без использования дополнительных устройств и блоков. Применяя при этом встроенную погодозависимую автоматику котлов и автоматику приоритета ГВС одного из котлов.

При организации котельной по такой схеме следует обратить внимание на то, что каждый котёл по отдельности должен самостоятельно обеспечить необходимый расход теплоносителя во всей системе отопления силами встроенного циркуляционного насоса. Если это не представляется возможным, рекомендуется установить гидравлический разделитель и отдельный насос во вторичном контуре системы отопления.

Соединение котлов в каскад при помощи электронного блока каскадного управления является комплексным решением и имеет большую эффективность. Блок каскадного управления оптимизирует работу системы и обеспечивает включение в зависимости от требуемой мощности только необходимого количества котлов.

При работе с модулируемыми горелками блок каскадного управления стремится обеспечить работу котлов в оптимальном режиме пониженной мощности.

Если возможностей уже работающих котлов недостаточно, подключается следующий, при этом мощность каждого котла снижается. Это обеспечивает их работу в более щадящем режиме. Данный блок обеспечивает попеременную работу всех котлов и гарантирует, что каждый котёл проработает одинаковое количество часов.

Для сравнительно небольшого и хорошо утеплённого дома комфорт и экономия, достигнутые включением в систему блока каскадного регулирования, скорее всего, весьма относительны. Но когда потребности в тепле велики, эффект можно ощутить в полной мере.

Как правило, блоки каскадного управления используются вместе с датчиками температуры. Часто идут споры насчет того, какой из них лучше использовать: уличный или внутренний. Лучше иметь оба, ведь предназначены они для разных целей, хотя уличный и главный. Внешний датчик, согласно заложенной в контроллере кривой нагрева, задаёт основной закон регулирования. И предусмотрительно усиливает или снижает нагрев исходя из изменений наружной температуры.

Комнатный предназначен для учёта таких дополнительных факторов, как инерция водяного тёплого пола, инсоляция (влияние солнечного света на южной стороне), тепловыделение (кухонная плита, включенная аппаратура, камин). Без него вполне можно обойтись. Помимо этого электронный контроллер блока имеет множество вспомогательных способностей. Умеет плавно разогревать систему, имеет временные режимы (день / ночь, эконом), режим периодического пуска насоса (чтобы не закисал в межсезонье) и другие функции.

Конденсация в каскаде

Применение блока каскадного управления наиболее эффективно совместно именно с конденсационными котлами. В этом случае выделяемая котлами мощность всегда идеально соответствует потребляемой.

Такая система является идеальным решением для тепло- и горячего водоснабжения не только частного, но даже многоквартирного дома и целого производственного или офисного здания. Как часть каскадной системы конденсационные котлы могут представлять собой определённую альтернативу промышленным котельным.

Нагрузка на систему отопления динамично изменяется, поэтому котёл (если умеет это делать) вынужден модулировать мощность, подстраиваясь под изменения нагрузки. И конденсационный делает это лучше всех.

В конденсационных котлах используются наддувные горелки для предварительного смешения газа с воздухом. Автоматика управляет как газовым клапаном, так и скоростью подающего воздух вентилятора, обеспечивая максимально выгодную пропорцию газовоздушной смеси.

Обычный же котёл при модуляции меняет только расход газа (давление в форсунках), а подача воздуха при этом остаётся неизменной, настроенной под один заданный режим (обычно максимальной мощности). При уменьшении мощности котла (процесс модуляции) подача газа снижается, а количество воздуха остаётся стабильным, то есть увеличивается коэффициент избытка воздуха и теряется КПД котла.

Преимущество конденсационника в модуляция на всех режимах работы, что в простых газовых котлах недостижимо. Ведь при сгорании газа помимо CO₂, азота и других летучих соединений образуется ещё и вода, которая изначально присутствует в виде пара.

Развитые поверхности теплообменника снижают температуру продуктов сгорания до величины, при которой происходит конденсация водяного пара. А при конденсации, как известно из школьного курса физики, выделяется потраченная на испарение воды теплота (фазовый переход). Следовательно, в конденсационном котле это тепло не улетучивается в трубу, а используется с пользой для дела.

Использование конденсационных котлов в каскадной отопительной системе по сравнению с традиционными котлами позволяет уменьшить потребление газа на 30-35% за отопительный сезон и, соответственно, снизить на ту же величину затраты на топливо.

Схема каскадного подключения котлов

Каскадное подключение котлов — это один из вариантов подключения газовых котлоагрегатов, с целью увеличения единичной мощности и ступенчатой регулировки системы теплоснабжения.

Данный способ подсоединения считается оправданным и результативным при значительной отопительной нагрузке.

Плюсы каскадной схемы котлов

Смысл этого метода состоит в том, что суммарная тепловая мощность распределяется между различными независимо функционирующими котлоагрегатами, в результате этого в работу подключаются те, которые способны обеспечить тепловую нагрузку в данный период функционирования теплосетей.

Каскад котлов разделяют на «ступени», которые совместно вырабатывают общую тепловую мощность сети.

Каскадная либо последовательная схема включения газовых котлов обладает значительными преимуществами:

1. Большой резерв по мощности.
2. Высокая экономичность системы, работая с постоянной номинальной нагрузкой агрегат обеспечивает предельный КПД, в отличие от вариантов недогруженной мощности.
3. Высокая эксплуатационная готовность сети, при выходе из строя одного агрегата, его успешно можно заменить другим.
4. Повышение ресурса эксплуатации агрегатов — в переходные периоды осенне-зимнего периода, применяют только часть котлов, переведя остальные в холодный резерв.
5. Простой монтаж, из-за меньшего веса и габаритов единичных каскадных котлов.
6. Возможность применения универсальных комплектующих, например, таких, как гидравлические распределители и дымоходы;
7. Упрощение технического обслуживания и ремонта, которые возможно выполнять, никак не останавливая систему отопления.

Тем не менее, как и все системы теплоснабжения, схема обвязки каскада котлов имеет свои недостатки:

1. Рост стоимости системы теплоснабжения, вызванных установкой нескольких агрегатов и дополнительного оборудования.
2. Необходимо большая площадь для установки.
3. Сложная схема подсоединение каскада агрегатов к дымоходу.

Возможность повышение мощности

Основная причина для размещения нескольких котлоагрегатов в каскад — повышение предельной мощности котельной при рабочей нагрузке одиночного котла, например, Вайлант.

К современным теплоснабжающим системам предъявлены высокие требования по вопросам энергоэффективности. Котел считается таковым если работает на номинальных нагрузках.

Котел выбирается по максимальной тепловой нагрузке для расчетных отопительных минусовых температур наружного воздуха, которые случаются не чаще 15-20% на протяжении отопительного сезона.

Таким образом, при традиционной схеме обогрева котел в среднем работает незагруженным на 30-40 % и предельно низким КПД. Напротив, в каскадной схеме расположения источников, каждый агрегат работает на полную мощность.

Общая теплопроизводительность регулируется за счет введение в работу нового агрегата.

При установке в каскаде равных по мощности котлоагрегатов, нижняя граница теплопроизводительности устанавливается делением суммарной на их число.

В наиболее выгодном варианте будут находиться котлы с широким диапазоном модуляции, поскольку в этом случае суммарная производительность будет устанавливаться по нижней границе мощности.

Так, например, при каскаде из 4-х котлов 25 кВт котлов с модуляцией 30-100%, нижняя граница мощности составит:

что составляет 10 % общей модуляции системы теплоснабжения и является энергоэффективным результатом, который не может обеспечить ни один газовый котел в традиционной схеме обвязки.

Удобство монтажа и эксплуатации

Несмотря на то, что в целом обвязка каскадом считается очень сложным процессом, который можно поручить только специализированным организациям, имеющим соответствующие разрешительные документы, сам процесс по обвязке каскадной схемы считается простым, поскольку легче укомплектовать в одну схему малогабаритное однотипное оборудование.

Применение типового оборудования упрощаем не только монтажные работы, но и эксплуатацию каскадной схемы. Установка каскада происходит в несколько стадий:

1. Предмонтажные работы в котельном помещении, установка креплений и вспомогательного котельного оборудования.
2. Устройство газовой разводки, дренажных трубопроводов и подпитки котла.
3. Установка гидромеханической стрелки и группы безопасности.
4. Подсоединение дымоотводной системы.
5. Пусконаладка и опрессовка теплоснабжающих систем.

Схемы каскадного подключения

Наиболее часто применяются три типа каскадного включения агрегатов, в зависимости от вида монтажа и числа контуров нагрева.

Типы каскадного включения агрегатов:

1. Отопительные котлоагрегаты с гидроразделителем.
2. Двухконтурная схема теплоснабжения для ГВС и гидравлической стрелкой.
3. Каскадная обвязка с магистральным коллектором.

Гидравлическая стрелка — это популярный инновационный узловой элемент каскадного включения. Он разделяет контуры котлоагрегата и системы отопления, создавая зоны низкого гидросопротивления.

Расход греющей среды в этих 2-х контурах обуславливается мощностью индивидуальных электронасосов. Подобный разделитель формирует гидравлический и тепловой баланс и удерживает постоянный объем греющей воды в основном контуре.

А во второстепенном выполняет его эффективное регулирование по тепловой мощности.

Отопительные котлы с гидравлическим разделителем

Схема с гидравлической стрелкой считается типовой и даёт возможность добавлять произвольное число источников тепла и зон нагрева.

К ней без осложнений могут быть подсоединены и высокотемпературное отопление с типовыми батареями, и низкотемпературное по системе «тёплый полы».

Такой вариант включения дает возможность работать без применения сложно управляемых блоков каскадного регулирования и не снижать температуру греющей среды в отопительной системе при максимальной нагрузке.

Допускается подключить несколько котлоагрегатов по упрощенному варианту, без применения специального оборудования и блоков, используя интегрированную погодозависимую автоматику включения котлов.

Организовывая котельную по данной схеме необходимо уделить пристальное внимание на то обстоятельство, что всякий агрегат в отдельности обязан гарантировать нужный объем теплоносителя в системе отопления за счет встроенного насоса циркуляции. Если характеристики котла это условия обеспечить не могут, устанавливают гидроразделитель и самостоятельный насос во вторичном отопительном контуре.

Схема с котлоагрегатов для ГВС и гидравлической стрелкой

Бывают ситуации, когда выше обозначенная схема способна быть оптимальной, например, при необходимости подогрева горячей воды для бытовых нужд. В этом случае применяют схему с котлоагрегатом для ГВС и гидрострелкой.

Она хорошо работает в случае, если потребность в ГВС обеспечивают небольшим числом агрегатов из всего каскада: одним либо двумя. Особенно, когда в системе теплоснабжения применяется низкотемпературный режим отопления, например, в системе «теплый пол».

Тем временем для скорого нагрева горячей воды до температуры 65 С требуется более высокая мощность котлоагрегата. Чтобы не выключать весь каскад из низкотемпературного режима на период нагрева ГВС применяют схему с отдельным котлоагрегатом на нужды ГВС.

В таком случае реализуется работа одного котлоагрегата из каскада для нагрева более высокой температуры ГВС. Общее КПД системы в таком варианте повышается.

Схема обвязки с магистральным коллектором

Такой вариант собирается в отсутствии гидравлической стрелки. В подобном варианте для предоставления автономии котлам используется замыкающий участок на распредколлекторе, гарантирующего регулярную циркуляцию через любой котлоагрегат.

Подобная конфигурация удобна при обустройстве котельной крышного типа и размещении распредсистем для контуров потребления в подвальных помещениях и позволяет сохранить свободное пространство, без использования гидравлической стрелки.

Проектирование такого решения потребует уделить особое внимание на выбор котловых электронасосов, поскольку они обязаны гарантировать компенсацию потерь напора на магистральном трубопроводе.

В связи, с чем данная схема используется исключительно с напольными вариантами котлоагрегатов. В настенных газовых агрегатах насос встроен в его конструкцию, и его характеристики обеспечивают только работу котла для отопления.

Автоматизация каскадных котельных

Роль автоматики в таких котельных огромна, чтобы обеспечить их надежное и эффективное функционирование. Именно она несёт ответственность за то, чтобы получить наибольшую эффективность от агрегатов, функционирующих в каскаде, гарантируя при этом чувствительность котлов на потребительские запросы.

В этих системах каскадная логика интегрируется в базовую автоматическую схему и настраивается для определенного парка котельного оборудования. Базовые функции автоматизации каскадных схем теплоснабжения:

1. Сбор пользовательских данных на выработку тепловой энергии и нахождение приоритета между видами нагрузки.
2. Расчет рационального режима деятельности каждого единичного агрегата для гарантии запрашиваемой мощности.
3. Гарантия равномерного распределения теплового режима котлов.
4. Контроль работоспособности оборудования, диагностика аварийных ситуаций и сигнализация о них.

Подобная политика регулирования применяется в современной каскадной котельной. В этом случае каждый единичный аппарат должен функционировать на минимальной модуляции, гарантирующей тепловую нагрузку.

Только в таких условиях можно получить высокий КПД каскадной установки при равномерном использовании ресурса работы котлоагрегатов.