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.

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.

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.

Практика показывает, что в течение значительной части отопительного сезона мощность ряда отопительных котельных используется не более чем на 50%, а в межото- пительный период - не более чем на 20-25% (нагрузка ГВС). Неравномерная и зачастую малая нагрузка котельной обуславливает необходимость в широком диапазоне регулировки тепловой мощности как отдельных котлов, так и котельной в целом, что не всегда представляется возможным без снижения эффективности работы котельных установок, т.е. уменьшения КПД и соответственно увеличения удельного расхода топлива.

Одним из вариантов, предназначенных для решения данной проблемы, является система каскадного подключения малых отопительных котлов (фото 1). Котлы подключаются по теплоносителю в единую систему отопления с программным управлением. В результате становится возможным плавная, почти бесступенчатая регулировка мощности котельной. Например, при установке каскада из 12-ти газовых котлов единичной тепловой мощностью по 90 кВт, суммарная мощность котельной составит 1080 кВт, а минимальная - 36 кВт, т.е. 3,3% ее максимума (с учетом регулирования мощности каждого котла от 40 до 100%). Данная система позволяет обеспечить эффективную работу котельной с необходимой мощностью за счет последовательного подключения/отключения котлов и с учетом загрузки каждого котла при оптимальном значении КПД. Также возможна установка нескольких каскадов в одной котельной.

Программное обеспечение системы автоматического управления составляется таким образом, что ежедневно происходит смена последовательности запуска котлов. Следовательно, если сегодня котел запускается первым, то на следующий день он становится последним в очереди, и его запуск произойдет только при условии необходимости работы котельной на полную мощность. За счет этого достигается более равномерный износ основного оборудования котельной. Выход из строя одного из котлов почти не сказывается на обеспечении требуемой нагрузки (за исключением пиковой), что повышает надежность теплоснабжения. Из этого следует возможность снижения капитальных затрат при сооружении каскадной котельной за счет минимального резервирования тепловой мощности (благодаря применению котлов малой производительности). То есть, применительно к рассмотренному выше варианту каскадной котельной, состоящей из 12-ти котлов по 90 кВт, установка дополнительного котла может не потребоваться или же понадобится только один котел мощностью 90 кВт.

Небольшой вес, легкость доставки котлов к месту установки и простота компоновки обуславливают их применение при сооружении крышных котельных. Не вызывает также особых проблем увеличение установленной мощности котельной уже после начала ее эксплуатации благодаря используемому интерфейсу: технически максимально упрощено подключение системы управления нового котла в общую сеть, не требуется его дополнительная настройка, т.к. все данные уже находятся в памяти одного из котлов, выбранного в качестве управляющего.

Примером реализованного проекта на основе каскадной системы является котельная, построенная на крыше торгового центра в г. Магнитогорске Челябинской области (фото 1-3). В котельной эксплуатируются четыре каскада, в каждом из которых установлено по 12 котлов единичной мощностью 90 кВт. В результате суммарная тепловая мощность котельной составила 4,32 МВт. Диапазон автоматического регулирования мощности - от 36 кВт до 4,32 МВт. Каждый котел оборудован индивидуальной системой дымоудаления.

Проект был осуществлен в 2008 г. и по настоящее время, по отзывам обслуживающей организации, каких-либо проблем в процессе эксплуатации не возникало. Себестоимость производства тепловой энергии за это время менялась от 290 до 580 руб./Гкал в соответствии с повышением стоимости природного газа. На сооружение котельной было затрачено около 5 млн руб., а срок окупаемости составил около двух лет.

Еще одним интересным проектом, реализующим принцип когенерации, в котором использовалась каскадная система, стала мини-ТЭЦ на предприятии по производству металлической мебели в г. Перми. В качестве основного оборудования были применены две микротурбинные установки с утилизаторами тепла суммарной электрической мощностью 130 кВт и тепловой - 240 кВт. С учетом необходимости обеспечения дополнительной отопительной нагрузки в зимнее время на мини-ТЭЦ был установлен каскад из 8-ми газовых котлов единичной тепловой мощностью 45 кВт. Система автоматического управления каскадной котельной позволяет мгновенно реагировать на изменения объемов тепла, утилизируемого после микротурбин. Энергоносителем для мини-ТЭЦ на первом этапе реализации проекта является сжиженный газ. В данный момент идут изыскания по организации газоснабжения сетевым природным газом, который станет основным топливом, а сжиженный газ займет место резервного топлива.

Данная конфигурация мини-ТЭЦ с пиковыми котлами покрывает 50% потребностей предприятия в электроэнергии и 100% потребностей в тепле. При использовании в качестве топлива природного газа стоимость электрической энергии составит 1,3-1,78 руб./кВт.ч, а тепловой 350-495 руб./Гкал (по данным на апрель 2011 г.).

Подготовлено редакцией журнала НТ по материалам Internet

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.