Котлы в каскаде разной мощности. Каскадная котельная - преимущество без недостатков

Ни для кого не секрет, что централизованное обеспечение теплом уже существующих и вновь строящихся объектов с каждым годом становится все более проблематичным. Отсутствие возможности объективного учета, большие потери тепла при транспортировке, субъективность при определении стоимости, монополистический характер деятельности поставщиков тепла, невозможность наращивания существующей мощности, а следовательно и запрет на подключение дополнительных потребителей - вот только некоторые проблемы, из-за которых взгляды специалистов обращаются в сторону автономного отопления и горячего водоснабжения. В связи с этим, в последние годы в нашей стране все большей популярностью пользуются блочные, модульные или каскадные котельные, а так же развивается поквартирное отопление.

Рассмотрим оба варианта

Поквартирное отопление

С другой стороны, у нас в городе развивается поквартирное автономное отопление. За годы эксплуатации накоплен достаточный опыт проектирования, монтажа и обслуживания термоблоков, установленных в квартире. Десятки тысяч термоблоков марки THERM (Чехия) работают в квартирах и коттеджах Московской, Ленинградской, Курской, Тюменской, Свердловской областях, Башкирии и многих других регионах России. 19 лет применения настенных газовых котлов марки THERM 20, 28 ТСХ, 23, 28, 32 ТСL в качестве источника тепла и ГВС в строящихся многоквартирных домах и коттеджах по России, показали основные положительные моменты: Обычно в каждом вновь строящемся доме есть помещение председателя ТСЖ или другого должностного лица.

В случае установки в этом помещении термоблока большой мощности (например, THERM DUO 50 FT - 45 кВт) решится вопрос отопления лестниц, подвалов и других помещений общественного назначения. Таким образом, большинство проблем автономного поквартирного отопления решается. Главное помнить о человеке, который будет жить в этой квартире и эксплуатировать термоблок. Ведь это будет, скорее всего, неподготовленный в техническом отношении пользователь, который приходит в ужас в случае, если котел отключился в зимнее время года. Поэтому предпочтение необходимо отдавать оборудованию со всеми степенями защиты человека и в то же время максимально простым в эксплуатации. Наличие самодиагностики котла - обязательно. Обязательно наличие высококвалифицированной сервисной организации со складом запасных частей и разрешением на работу с данным оборудованием от завода изготовителя. Конечно, в данной ситуации речь идет о вновь строящемся жилье.

Что же делать, как оптимизировать расходы конечного потребителя (жильцов) в домах, давно подключенных к центральным сетям отопления и ГВС?! Все мы знаем, что после установки счетчиков ГВС и холодного водоснабжения (ХВС) наши расходы заметно снижаются, т.к. оплачивать начинаем реально израсходованную воду, а не средние (?!) кубические метры с человека. Точно так происходит после установки индивидуальных узлов учета тепла.

Максимальной экономии можно достичь только при установке узлов учета на трубопроводах ввода в квартиру. И даже в этом случае Вам никогда не скажут из какого расчета складывается стоимость оплаты 1-го м2 за отопление. При этом рост платежа за единицу потребления будет неминуемо расти с каждым годом, т.к. ремонт транспортных сетей (теплотрасс) из-за их износа становится все вероятнее и дороже. На сегодняшний день в Свердловской области созданы прецеденты по отказу жильцов многоквартирных домов (ТСЖ) от пользования центральным отоплением, ГВС и переходе на индивидуальную систему.

В этом случае существует два варианта:

• Первый - установка автономной котельной с использованием существующих систем отопления и ГВС дома.
• Второй - установка котлов в каждой квартире.

Нет сомнений, что второй вариант самый комфортный и экономичный (в процессе эксплуатации) для конечного потребителя. При выборе котла необходимо обращать внимание на наличие надежной сервисной поддержки и оптимизировать расходы на покупку с качеством оборудования. Чтобы не быть голословным, приведу некоторые цифры из доклада главы администрации г. Кушва НИКИТИНОЙ Галины Дмитриевны, на заседании круглого стола ЖКХ г. Екатеринбурга и Свердловской области, которое состоялось 4-го июня сего года. В г. Кушва после установки индивидуальных котлов в многоквартирных домах расходы на отопление и ГВС сократились, в среднем, для семей из 2-3 человек (1-2 комн.кв.) - на 1 800 рублей в месяц, а для семей из 4-5 человек (3-4 комн.кв) - на 2 600 рублей в месяц.

Даже исходя из этих цифр, полная окупаемость затрат на переход к индивидуальной системе отопления и ГВС составит от 2-х до 3-х лет.

Каскадные котельные

Одними из первых в мире, специалисты чешской фирмы «Thermona» 13 лет назад пришли к идее создания на основе настенных газовых котлов каскадных котельных мощностью от 8 до 1440 кВт. Каскад на базе котлов THERM- это последовательное подключение нескольких котлов (до 16-ти единиц) в единую систему отопления с программным управлением. В организации котельной применяются одноконтурные настенные котлы мощностью 20, 28, 45 и 90 кВт. Собирать в каскад можно от 2 до 16 агрегатов, в зависимости от необходимой мощности.

Все котлы - современные, технически совершенные газовые приборы, имеющие КПД до 94%, со сроком службы не менее 15-20 лет. Практикой подтверждено, что в отопительный сезон примерно 80% рабочего периода мощность котельной используется не более чем на 50%. Каскадная система плавно обеспечивает работу котельной на необходимой мощности (в широком диапазоне) независимо от времени года за счет последовательного подключения одного за другим нескольких "малых" котлов.

Таким образом, в межсезонье и в условиях теплых зим каскадная котельная может длительно работать при низких температурах теплоносителя, что уменьшает расходы на теплоизлучение и периоды режимов ожидания системы. При этом улучшаются температурные условия объекта, т.е. комфорт пользователя. В котельной из 16 котлов можно подключить 15 бойлеров от 200 до 1000 литров каждый и тем самым удовлетворить любые потребности в горячем водоснабжении. Автоматика котла отдает предпочтение подготовке ГВС, а при отсутствии необходимости ее подготовки - котел переходит к работе в систему отопления совместно с другими котлами. К преимуществам каскадного подключения котлов, бесспорно, относится возможность выбора множества вариантов котельной: расположение и размещение.

Осуществить монтаж котельной можно практически где угодно: в подвальном или чердачном помещениях, в специально сделанной пристройке без установки единого дымохода. Правильный выбор источника тепла поможет сэкономить очень много средств при сохранении требуемого комфорта. При сравнении экономических показателей эксплуатируемых жилых домов и других объектов перед установкой каскадных систем Therm и после их установки пользователи часто достигают невероятной экономии энергии до 40% в год, поэтому окупаемость инвестиций происходит очень быстро и очевидно!

Основными преимуществами каскадных котельных на базе котлов THERM являются:

1. выгодное капиталовложение;
2. экономичность эксплуатации за счет широкого диапазона плавной модуляции мощности (минимальный порог от 20% при установке 2-х котлов и от 3% при 16 котлах);
3. полная автоматизация управления;
4. погодозависимое регулирование;
5. дистанционный контроль и управление работой котельной через программатор или ПК;
6. отсутствие необходимости содержать штатных работников в котельной;
7. высокая эксплуатационная надежность за счет работы нескольких котлов в одной системе;
8. увеличенный срок эксплуатации котельного оборудования;
9. простота и наглядность технического решения;
10. простота монтажа и пуска в эксплуатацию;
11. простое и понятное управление;
12. небольшая площадь занимаемого помещения;
13. использование пола для других компонентов котельной;
14. удобное присоединение внешних резервуаров для подготовки ГВС;
15. возможность монтажа котельной большой мощности без устройства дорогостоящего дымохода;
16. бережное отношение к окружающей среде.

Несомненно, что возможность и стоимость перехода на поквартирное отопление должны быть оценены соответствующими специалистами, но согласитесь - игра стоит свеч! При технической невозможности этого варианта, всегда остается первый - установка автономной котельной на дом. И в этом случае жильцы не будут переплачивать за потерю тепла при его транспортировке, а расчет стоимости за единицу потребляемого тепла (по расходу газа, холодной воды для ГВС и электроэнергии котельным оборудованием) станет прозрачным и понятным. Ни для кого не секрет, что котельная в межсезонье загружена на 10 - 20% установленной мощности и, следовательно, устанавливаемое оборудование должно отвечать этим требованиям.

В противном случае мы столкнемся с необоснованным перерасходом энергоносителя (газа), львиная доля которого будет расходоваться не на минимальные запросы конечного потребителя, а на излишний нагрев теплоносителя в «теле» котла и стояках системы отопления. Все-таки большим преимуществом каскадных котельных перед поквартирным отоплением является наличие дублирующих систем теплоснабжения и сосредоточение сложного газового оборудования, требующего обслуживания квалифицированными специалистами, в одном месте.

Может ли замерзнуть вода в скважине?Нет, вода не замерзнет, т.к. и в песчаной, и в артезианской скважине вода находится ниже точки промерзания грунта. Можно ли в песчаную скважину системы водоснабжения установить трубу диаметром больше 133 мм (у меня насос под большую трубу)?Не имеет смысла при обустройстве песчаной скважины устанавливать трубу большего диаметра, т.к. производительность песчаной скважины небольшая. Для таких скважин специально предназначен насос «Малыш». Может ли проржаветь стальная труба в скважине водоснабжения?Достаточно медленно. Так как при обустройстве скважины загородного водоснабжения производится её гермитизация, в скважину нет доступа кислорода и процесс окисления идет очень медленно. Какие бывают диаметры труб для индивидуальной скважины? Какова производительность скважины при различных диаметрах труб?Диаметры труб для обустройства скважины на воду:114 - 133 (мм) - производительность скважины 1 - 3 куб.м./час;127 - 159 (мм) - производительность скважины 1 - 5 куб.м./час;168 (мм) - производительность скважины 3 - 10 куб.м./час;ПОМНИТЕ! Необходимо, что бы н...

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.

А. Бойко

Использование нескольких газовых котлов для одной системы отопления является довольно популярным решением среди монтажных и проектировочных организаций. Рассмотрим практические вопросы относительно установки и использования таких каскадных установок

Решение об использовании нескольких газовых (два и более) котлов на одну систему отопления оправдано при тепловой нагрузке от 40 кВт. Это может быть как большая отапливаемая площадь, так и наличие тепловых нагрузок в виде бассейнов, гаражей, бань, теплиц и т. п.

Использование нескольких котлов на одну систему отопления имеет ряд преимуществ по сравнению с одним котлом, который имеет такую же суммарную мощность. Во-первых, несколько небольших котлов меньших размеров и веса намного легче и дешевле доставить в котельную, и установить там вместо одного большого и тяжелого котла. Особенно актуальным становится данный момент при монтаже крышных или полуподвальных каскадных котелен.

Кроме того, значительно повышается надежность системы. При вынужденной остановке одного из котлов система продолжит работу, обеспечивая, по крайней мере, 50% мощности (при установке двух котлов).

Среди других факторов в пользу каскадной установки - облегчение обслуживания благодаря меньшему размеру каждого котла (обслуживание каждого котла можно осуществлять без остановки всей системы); увеличение общего ресурса котлов (в осеннее и весеннее время можно эксплуатировать только часть котлов, выключив другую часть вручную или используя каскадную автоматику).

Кроме того, если в будущем будет необходимо заменить какую-то деталь, то общеизвестно, что детали для котлов меньшей мощности доступнее и дешевле за счет большей серийности производства.

Управление работой котлов в каскаде

Чаще всего для упрощения схем при совместном использовании котлов не предусмотрено никакой каскадной автоматики, а на каждом котле устанавливается требуемая температура на выходе. Но, при желании, можно применять блоки каскадного регулирования, которые подключаются на контакты, предназначенные для присоединения индивидуальных комнатных термостатов.

Соединение котлов в каскад при помощи блока каскадного управления является комплексным решением и имеет более высокую эффективность. Данный блок обеспечивает попеременную работу всех котлов и гарантирует для каждого теплогенератора одинаковое количество часов работы. Блок оптимизирует функционирование системы и обеспечивает включение только необходимого количества теплогенераторов, в зависимости от нужной мощности.

При работе с модулированными горелками блок каскадного управления, в дополнение к вышеописанному принципу, стремится обеспечить работу котлов в режиме частичной мощности (в режиме модуляции). Наиболее эффективным является применение блока каскадного управления вместе с конденсационными котлами. В этом случае мощность, выдаваемая котлами, наиболее соответствует потребляемой мощности. Например, при совместном использовании трех настенных котлов серии LUNA Duo-tec MP мощностью 100 кВт (компании BAXI (Италия)), мощность, которая выделяется, плавно меняется от 30 до 300 кВт в зависимости от потребностей системы. Это означает, что коэффициент рабочего регулирования такой системы составит 1:10. Принципиальная схема такой системы показана на рис.

Рис. Схема системы отопления с каскадом котлов Luna Duo-Tec MP, одним высокотемпературным контуром, двумя низкотемпературными контурами и бойлером ГВС:
QAC 34 - датчик уличной температуры; AVS 75 - внешний программируемый модуль расширения; AGU 2.550 - внутренний модуль расширения; OCI 345 - интерфейсная плата для подключения других регуляторов по LPB-шине; QAD 36 - накладной датчик температуры; QAZ 36 - датчик температуры воды в бойлере ГВС; QAA 55 - датчик комнатной температуры; QAA 75 - климатический регулятор дистанционного управления; MV - смесительный клапан; RT - комнатный механический термостат

Конденсация

Конденсационные котлы благодаря низкому потреблению топлива в настоящее время являются наиболее экономичными установками, которые потребляют газ. Как часть каскадной системы они представляют собой новую альтернативу системам промышленного отопления.

Использование в каскадах конденсационных котлов мощностью от 45 до 150 кВт дает возможность: обеспечить большую мощность в условиях ограниченного пространства; облегчить монтаж крышных котельных благодаря малому удельному весу оборудования (на единицу мощности). Кроме того, конденсационная техника обеспечивает меньшую вибрацию и уровень шума в сравнении с традиционными котлами с наддувными горелками, а наличие встроенного вентилятора позволяет применять дымоходы малого диаметра (можно обойтись без больших дорогостоящих дымоходов).

Экологичность конденсационных котлов , а именно очень низкое содержание CO и NO x в сравнении с другими котлами на традиционных видах топлива позволяет использовать такие системы в крупных городах и природоохранных зонах. Среди недостатков конденсационной техники - высокая стоимость (которая, впрочем, компенсируется коротким сроком окупаемости по причине повышения тарифов на газ), необходимость организовывать отвод и нейтрализацию конденсата.

С учетом ошибок , которые часто встречаются при установке и обслуживании котлов, можно определить основные рекомендации относительно этого.

В частности, надо отметить, что при совместной работе нескольких котлов на одну систему отопления с переменным расходом воды (несколько отдельно регулируемых зон отопления) рекомендуется применять гидравлический разделитель («гидравлическую стрелку»).

Кроме того, при использовании котла для отопления небольшой площади (меньше 100 м 2) настоятельно рекомендуется использовать вместе с котлом комнатный термостат (для уменьшения количества включений/выключений котла). Также рекомендуется провести отдельную настройку мощности контура отопления.

В остальном рекомендации при установке каскадных котлов не отличаются от рекомендаций по монтажу других котлов. Так, перед подключением теплогенератора к системе отопления необходимо тщательно промыть все трубы котла и системы отопления для удаления возможных посторонних частиц. Настоятельно рекомендуется устанавливать фильтр на трубе возврата системы отопления и запорные краны на трубах подачи и возврата системы отопления.

Подавляющее большинство котельных не используют свою тепловую энергию на 100%. Так, в отопительный сезон мощность расходуется всего на 50%, а в межотопительный - ориентировочно на 25%, которые приходятся на обеспечение объектов горячей водой. Сократить расходы позволяет увеличение регулируемости котельных, однако не всегда это является выгодным с точки зрения владельца.

Практика показывает, что каскадные котельные позволяют решить эту проблему . Их суть - это включение всех котлов в единую отопительную систему, которая управляется программно и даёт возможность регулировать мощность установок плавно, бесступенчато. Иными словами, «лишние» котлы в каскаде можно с лёгкостью отключать и включать при возникновении потребности в более интенсивном отоплении.

Износ установок в каскадной котельной осуществляется равномерно, поскольку тот котёл, который сегодня запускался первым, завтра становится последним в очереди или же активируется только при необходимости. Таким образом, каждая система работает приблизительно одинаковое количество времени, обеспечивая равномерное распределение нагрузки. В случае возникновения аварийной ситуации и выхода одного устройства из строя, каскадная котельная продолжает свою работу в штатном режиме.

Преимущества установки каскадной котельной

Рассмотрим, какие преимущества есть у «каскада» котлов по сравнению с единственным котлом большой мощности при условии, что в конечном результате мощность у каскада и у единственного котла будет одинаковой:

1. Каскадные котлы значительно легче по весу, располагают меньшими габаритами и дешевле, чем единственный большой котёл огромной мощности. Это делает возможным установку каскада на крыше многоэтажного жилого дома или на цокольном этаже.
2. Если выйдет из строя единственный общий котёл, придётся подключать к работе аварийную котельную . Если сломается один из каскадных котлов, система продолжит работу, обеспечивая не менее 50% от обычной мощности, что крайне актуально в регионах с суровой зимой.
3. Осенью или весной часть котлов можно отключать вручную или автоматически, настроив соответствующую программу. Таким образом, расход топлива будет экономичнее, меньше будет изнашиваться оборудование, а проживающие или работающие на отапливаемом объекте люди получат комфортные условия.
4. Чем меньше мощность котла, тем дешевле и доступнее к нему запчасти. За счёт малой мощности каждой отдельной котельной установки в каскадной системе ремонт выходит значительно ниже по стоимости.