• Interiér
• Okno
• Stěny
• Projekty
• Budovy

Komíny kaskádových kotlů. Kaskádové zapojení kotlů. Charakteristika spalin kotlů THERM

Kaskádové kotle jsou účinnou technikou pro zvýšení výkonu jednotky topné zařízení, který topenáři používají již řadu let. Koncepce techniky je jednoduchá: celkovou tepelnou zátěž rozdělíme mezi dva nebo více nezávisle řízených kotlů a do kaskády zařadíme pouze ty kotle, které uspokojí poptávku po daném zatížení v určitém čase. Každý kotel představuje svůj „stupeň“ topného výkonu v celkovém výkonu systému. Inteligentní regulátor (mikrokontrolér) neustále sleduje teplotu přívodu chladicí kapaliny a určuje, které stupně systému by měly být zapnuty, aby se udržela nastavená teplota.

Hlavní výhody kaskádový systém topení:

1. zvýšená spolehlivost (při poruše jednoho kotle mohou ostatní částečně nebo zcela pokrýt požadovanou tepelnou zátěž);
2. zvýšená účinnost (běžné kotle ztrácejí poměrně velkou účinnost při provozu na částečný výkon);
3. zjednodušení instalace (jednotlivé kaskádové prvky se mnohem snadněji dodávají na místo a instalují než jeden vysoce výkonný kotel).

Je zřejmé, že systém několika kotlů místo jednoho je schopen efektivněji zajistit podmínky projektovaného zatížení. Na základě toho lze předpokládat, že čím více stupňů v kaskádovém systému, tím lépe uspokojí zatížení topného systému. To je zvláště účinné, když jsou vyžadovány nízké úrovně výkonu.

S rostoucím počtem stupňů se však zvyšuje i teplosměnná plocha systému (ztráta tepla pláštěm kotle), kterou dochází ke ztrátám tepla. To v konečném důsledku může „negovat“ výhody zvýšené účinnosti takového systému. Proto není vždy vhodné používat více než čtyři stupně. Inherentní omezení „jednoduchého“ kaskádového systému (kotle s jednostupňovými nebo dvoustupňovými hořáky) - kroková kontrola topný výkon (výkon systému), spíše než trvalý řízený proces.

Přestože použití více než dvou stupňů výrazně snižuje topný výkon každého kotle, ideálním řešením by byl „modulovaný“ kaskádový systém (kotle s modulačními hořáky). Modulační hořáky umožňují plynule upravovat výkon v závislosti na potřebě tepla. Nejnovějším trendem v kaskádových řešeních je modulovaný kaskádový systém.

Na rozdíl od použití stupňovitých hořáků jsou kotle s modulačními hořáky schopny plynule měnit objem přiváděného paliva, a tím řídit úroveň topného výkonu v širokém rozsahu hodnot. V současné době na trhu topné zařízeníširoce zastoupena namontované kotle zvýšený výkon s modulačními hořáky, schopnými plynule měnit výkon kotle v rozsahu 30-100% jmenovitého tepelného výkonu.

Schopnost kotlů s modulačními hořáky snižovat spotřebu paliva se často nazývá koeficient řízení provozu hořáku (tj. poměr maximálního tepelného výkonu kotle k jeho minimu). Například koeficient provozní regulace hořáku kotle o maximálním tepelném výkonu 50 kW a minimální spotřeba 10 kW paliva se bude rovnat 50 kW / 10 kW, neboli 5:1.

Celkový koeficient provozní regulace kotlů instalovaných v kaskádovém systému výrazně převyšuje koeficient jednotlivého kotle. Pokud například kaskádový systém využívá tři kotle s maximálním tepelným výkonem 50 kW a minimálním 10 kW, bude celková regulace výkonu v rozsahu od 150 do 10 kW. V důsledku toho bude poměr provozní regulace takového systému 15:1.

Nezbytné podmínky pro "modulovanou" kaskádu

Tam jsou tři důležité podmínky, která by měla být provedena při návrhu „modulovaného“ kaskádového systému. Za prvé, přívodní potrubí a regulátory musí být realizovány tak, aby bylo možné nezávislé nastavení cirkulace průtoku každým kotlem. Voda by neměla cirkulovat nečinným kotlem, jinak by se teplo z chladicí kapaliny rozptýlilo přes výměník tepla nebo plášť kotle. To platí i pro jednoduchý kaskádový systém.

Nezávislé regulace průtoku chladicí kapaliny je dosaženo vybavením každého kotle samostatným oběhovým čerpadlem. Při paralelní instalaci oběhových čerpadel by měly být za čerpadly instalovány zpětné ventily, aby se zabránilo zpětnému toku chladicí kapaliny přes kotle v nečinnosti. Přívod chladiva do každého kotle pomocí jednotlivých oběhových čerpadel umožňuje zvýšit tlak ve výměníku tepla v provozu kotle, aby nedocházelo ke kavitaci a výbušné tvorbě páry.

Za druhé, přívodní a zpětné potrubí pro každý kotel musí být zapojeno paralelně (zejména při použití kondenzačních kotlů). To umožňuje udržovat stejnou teplotu vody na vstupu do každého kotle a v případě potřeby eliminovat proudění chladicí kapaliny mezi okruhy. Nízká teplota chladicí kapaliny přiváděné do kotle podporuje kondenzaci vodní páry z produktů spalování a zvyšuje se Účinnost systému.

Některé kaskádové regulátory pro kotle s modulačními hořáky jsou vybaveny funkcí „časového zpoždění“, tzn. schopný zapnout oběhové čerpadlo určitého kotle krátce před zapnutím hořáku. Navíc dokážou nechat čerpadla v chodu ještě nějakou dobu po vypnutí hořáku. První zajišťuje ohřev kotlového výměníku teplým přiváděným chladivem systému, což zabraňuje tepelnému šoku v důsledku výrazného rozdílu teplot (a kondenzace spalin u klasických kotlů) při zapálení hořáku.

Druhým je využití zbytkového tepla výměníku tepla a jeho neodvádění ventilačním systémem po ukončení provozu kotle. A za třetí je velmi důležité, aby oběhová čerpadla zajistila dostatečný průtok chladicí kapaliny provozovanými kotli bez ohledu na průtok otopnou soustavou. Přirozeným řešením tohoto problému je použití hydraulického separátoru nízký tlak.

Fáze instalace systému

Připojení kaskádového systému se provádí ve třech fázích:

1. hydraulické spojování kotlů a systémů;
2. připojení k jedinému sběrači kouře;
3. nastavení kaskádové automatizace.

Díky modulární systém instalace, kterou lze přirovnat ke sbírce dětská stavebnice, je dosaženo vysoké rychlosti instalace a spolehlivosti systému. Hlavní fáze instalace kaskádového zařízení na výrobu tepla jsou znázorněny na obr. 2. Přirozeně hlavním způsobem koordinace několika jednotek na výrobu tepla a systému zásobování teplem je nízkotlaký hydraulický rozdělovač.

Metody výpočtu pro výběr a instalaci jsou dobře známé. Hydraulický systém přizpůsobení pro kotle se skládá z několika standardních kroků připojení: 1. dva kotle v kaskádě; 2. třetí kotel v kaskádě; 3. kaskádové bezpečnostní skupiny (obr. 3). Záleží na požadovaný výkon můžete sestavit kaskádu dvou nebo tří kotlů. Základním materiálem jsou silnostěnné poniklované trubky, které se spojují pomocí rychlospojky(takzvané „americké ženy“).

Vše je součástí balení potřebné prvky, začínající od uzavírací ventily a končící těsněním. Tato konfigurace umožňuje instalaci kaskády provést co nejrychleji a nejpřesněji.

Modulované ovládání

Vícestupňový regulátor pro jednoduchý kaskádový systém, využívající proporcionálně-integrálně-derivační (PID) řízení, neustále měří teplotu chladicí kapaliny dodávané do systému, porovnává ji s vypočítanou hodnotou a určuje, který hořák se má zapnout a který by měl být vypnutý. Pro řízení kaskády kotlů a dosažení ekonomické spotřeby paliva je nutné použít speciální automatizaci.

Jeden z kaskádových kotlů hraje roli „master“ a zapíná se jako první, ostatní „slave“ jsou připojeny podle potřeby. Automatické řízení vám umožňuje přenést roli „master“ z jednoho kotle na druhý, stejně jako provést sekvenci zapínání „slave“ kotlů a teplotní rozdíly pro zapnutí každého následujícího stupně.

Dojde-li k poruše vedoucího kotle, priorita se automaticky změní. Pokud z žádné ze zón nepřijde požadavek na teplo, regulátor vypne všechny kotle a při příchodu signálu požadavku je uvede do provozu. Po vypnutí posledního kotle se po určité době vypne oběhové čerpadlo.

Ve většině „modulovaných“ kaskádových systémů je způsob ovládání odlišný. Cílem je zpravidla prodloužit dobu provozu kotlů v oblasti nízkých teplot a při částečném výkonu. Společnost Immergas doporučuje pro své kotle Victrix 50 používat regulátory řady Honeywell Smile SDC 12-31 (obr. 4). Ačkoli různých výrobců nabídka různé systémy ovládání, obecně přijímaný přístup je tento: zapnout kotel a následně upravit jeho provoz na úroveň topného výkonu, která uspokojí požadované zatížení.

Pokud je potřeba doplňkové krmivo tepla se výrazně sníží topný výkon prvního kotle, zapne se druhý kotel a následně se příslušně moduluje topný výkon obou kotlů tak, aby vyhovoval požadovanému zatížení. Toto schéma zajišťuje provoz obou kotlů na nižší tepelné výkony, a tedy v šetrnějším režimu na rozdíl od provozu jednoho kotle na plný výkon.

Tím se zvětšuje teplosměnná plocha povrchu, čímž se zvyšuje pravděpodobnost kondenzace vodní páry ze spalin a také účinnost systému. Předpokládejme, že zatížení stále roste a dva kotle pracující na relativně vysoký topný výkon nemohou podmínky zatížení splnit.

Poté druhý kotel sníží spotřebu paliva, zapne se třetí a dojde k paralelní modulaci topného výkonu druhého a třetího stupně. V některých systémech je první kotel také schopen snížit spotřebu paliva při aktivaci zbývajících stupňů, proto lze všechny tři výkonové stupně řídit paralelně.

Provozní režimy regulátorů

Většina kaskádových regulátorů je schopna alespoň dvou provozních režimů. V režimu vytápění je realizován princip řízení závislý na počasí, tzn. nastavená hodnota teploty chladicí kapaliny dodávané do systému závisí na vnější teplotě. Čím nižší je venkovní teplota, tím vyšší je nastavená hodnota výstupní teploty.

Tento systém eliminuje potřebu použití směšovače mezi kotlem a spotřebiči vytápění. V režimu TUV se softwarové řízení systému provádí, když nastavená hodnota teploty přiváděného chladiva nezávisí na vnějších teplotách. Jinými slovy je nastavena určitá, dostatečně vysoká hodnota teploty, která zajišťuje vysoká úroveň přenos tepla přes sekundární výměník tepla.

Tento režim se obvykle používá k poskytování více vysoká teplota chladivo dodávané přes výměník tepla spotřebitelům TUV a systémům proti námraze. Modulace výkonu kotle vede k výraznému snížení rozdílu mezi požadovanou a skutečnou teplotou chladicí kapaliny, což zabraňuje častému „taktování“ (zapínání/vypínání) kotle.

Některé ovladače jsou také zodpovědné za provoz hlavní oběhové čerpadlo a jsou napojeny na expediční systém strojírenská zařízení budova. Moderní generace nízkopříkonových kotlů s modulačními hořáky poskytuje úsporu místa, vysoká účinnost, tichý chod a spolehlivost. Tento dokonalé řešení PROTI nízkoteplotní systémy; Tyto kotle jsou ideální pro podlahové vytápění, protinámrazové systémy, ohřev bazénů, teplovodní systémy, ale i systémy tepelných čerpadel vč. geotermální.

Své postavení si již vydobyly v oblasti vytápění soukromých domů. V rámci kaskádového systému představují kotle s modulačními hořáky novou alternativu k průmyslovým topným systémům.

Kaskádový způsob připojení kotlů se používá již řadu let. Koncept je jednoduchý: rozdělit celkovou topnou zátěž mezi dva nebo více nezávisle řízených kotlů a zapnout pouze ty kotle, které uspokojí poptávku po daném zatížení v daný čas. Každý kotel představuje svůj „stupeň“ topného výkonu v celkovém výkonu systému. Inteligentní regulátor (mikrokontrolér) neustále sleduje teplotu přívodu chladicí kapaliny a určuje, které stupně systému by měly být zapnuty, aby se udržela nastavená teplota.

VÝHODY
pomocí kaskádového systému:

Zvýšená sezónní účinnost systému ve srovnání s použitím jednoho výkonného kotle;
-částečné krytí zátěže, i když je jeden z kotlů vypnutý, např. z důvodu údržby. To je zvláště důležité v drsných podmínkách klimatické podmínky kdy v důsledku nízkých teplot může nečinný systém velmi rychle zamrznout;
- kaskádový systém se instaluje mnohem snadněji než jeden velký kotel, zejména při modernizaci systému. Náhradní díly pro méně výkonné kotle jsou navíc levnější;
- schopnost poskytovat obojí současně vysoké zátěže pro dodávku teplé vody nebo ochranu proti námraze a mnohem méně pro vytápění.

Uvádíme výkonnostní charakteristiky dvou různých kaskádových systémů ve vztahu k hypotetickému diagramu zatížení. První systém využívá dva kotle s jednostupňovými hořáky, z nichž každý je schopen dodávat 50 % projektované zátěže. Druhý systém využívá čtyři kotle s jednostupňovými hořáky, z nichž každý může dodávat 25 % projektovaného zatížení. Je zřejmé, že systém čtyř kotlů namísto dvou je schopen efektivněji zajistit podmínky projektovaného zatížení. Na základě toho lze předpokládat, že čím více stupňů v kaskádovém systému, tím lépe uspokojuje zatížení. To je zvláště účinné, když je požadovaný výkon nízký. S rostoucím počtem stupňů se však zvětšuje teplosměnná plocha systému (plášť kotle), kterou dochází ke ztrátám tepla, což v konečném důsledku může negovat výhody zvýšené účinnosti takového systému. Proto není vždy vhodné používat více než čtyři stupně. Neodmyslitelným omezením „jednoduchého“ kaskádového systému (kotlů s jednostupňovými nebo dvoustupňovými hořáky) je spíše postupné řízení topného výkonu (výkon systému), než kontinuální řízený proces. Přestože použití více než dvou stupňů výrazně snižuje topný výkon každého kotle, ideálním řešením by byl „modulovaný“ kaskádový systém (kotle s modulačními hořáky). Modulační hořáky umožňují plynule upravovat výkon v závislosti na potřebě tepla, aniž by se měnil kvantitativní poměr palivo/vzduch, tzn. kdy se v závislosti na objemu přiváděného vzduchu a aerodynamickém odporu mění množství paliva přiváděného do spalovacího prostoru. Tím je zajištěna stabilní účinnost kotle a minimální koncentrace škodlivin ve spalinách při proměnném tepelném zatížení. Další krok. Nejnovějším trendem v řešení kaskádových systémů je modulovaný kaskádový systém. Na rozdíl od použití stupňovitých hořáků jsou kotle s modulačními hořáky schopny plynule měnit objem přiváděného paliva, a tím řídit úroveň topného výkonu v širokém rozsahu hodnot. Trh topných zařízení je dnes široce zastoupen nízkovýkonovými kotli s modulačními hořáky, schopnými plynule měnit výkon kotle v rozsahu 30–100 % jmenovitého tepelného výkonu. Schopnost kotlů s modulačními hořáky snižovat spotřebu paliva se často nazývá regulační faktor hořáku (tj. poměr maximálního tepelného výkonu kotle k minimu). Například provozní regulační poměr hořáku kotle s maximálním tepelným výkonem 50 kW a minimální spotřebou paliva 10 kW bude roven 50 kW/10 kW nebo 5:1. Celkový koeficient provozní regulace kotlů instalovaných v kaskádovém systému výrazně převyšuje koeficient jednotlivého kotle. Pokud například kaskádový systém využívá čtyři kotle s maximálním topným výkonem 50 kW a minimálním 10 kW, bude celková regulace výkonu v rozsahu od 200 kW do 10 kW. V důsledku toho bude poměr provozní regulace takového systému 20:1. V podmínkách nízkého tepelného výkonu pracuje výměník kotle s modulačním hořákem při relativně nízké teplotě teplosměnných ploch kotle na straně spalování. Při použití takového kotle pro uspokojení nízké zátěže, jako je podlahové vytápění, je jeho provoz obvykle doprovázen nepřetržitou kondenzací spalin. Aby nedošlo k poškození výměníku tepla kondenzací v moderní kotle s modulačními hořáky používají tepelné výměníky vyrobené z z nerezové oceli nebo hliník. Při provozu při nízkých teplotách může účinnost takových kotlů přesáhnout 95 %. Nízkopříkonové kotle s modulačními hořáky jsou obvykle konstruovány s uzavřená kamera spalování, které rozšiřuje sestavu konstrukční řešení pro systémy přívodu vzduchu a odvodu spalin, protože komíny takových kotlů nemusí být nutně rovné. Obvykle jsou komíny vyrobeny z pozinkovaného plechu nebo nerezové oceli nebo hliníku. Ale pro některé modely kotlů, například pro Vaillant VU 505, se úspěšně používá systém flexibilních polypropylenových komínů (lze je instalovat do starých, nepřímých nebo nevhodných pro běžný provoz kouřové kanály).

Funkce systému
Tam jsou tři důležité vlastnosti, což je třeba vzít v úvahu při návrhu „modulovaného“ kaskádového systému. První. Vlastnosti přívodních potrubí a regulátorů by měly umožňovat nezávislé nastavení cirkulace průtoku každým kotlem. Voda by neměla cirkulovat nečinným kotlem, jinak by se teplo z chladicí kapaliny rozptýlilo přes výměník tepla nebo plášť kotle. To platí i pro jednoduchý kaskádový systém. Nezávislé regulace průtoku chladicí kapaliny je dosaženo vybavením každého kotle samostatným oběhovým čerpadlem. Při paralelní instalaci oběhových čerpadel by měly být za čerpadly instalovány zpětné ventily. Optimální řešení Touto situací je instalace bezucpávkového oběhového čerpadla rotoru s vestavěnými uzavíracími ventily. Přívod chladiva do každého kotle pomocí jednotlivých oběhových čerpadel umožňuje zvýšit tlak ve výměníku tepla v provozu kotle, aby nedocházelo ke kavitaci a výbušné tvorbě páry.

Druhý důležitý bod- paralelní připojení přívodního a vratného potrubí pro každý kotel (zejména při použití kondenzačních kotlů). To umožňuje udržovat stejnou teplotu vody na vstupu do každého kotle a v případě potřeby eliminovat proudění chladicí kapaliny mezi okruhy. Nízká teplota chladicí kapaliny přiváděné do kotle podporuje kondenzaci vodní páry z produktů spalování a zvyšuje účinnost systému. Některé kaskádové regulátory pro kotle s modulačními hořáky jsou vybaveny funkcí „časového zpoždění“, to znamená, že jsou schopny zapnout oběhové čerpadlo konkrétního kotle krátce před zapnutím hořáku. Mohou také nechat čerpadla v chodu ještě nějakou dobu po vypnutí hořáku. První zajišťuje ohřev kotlového výměníku teplým přiváděným chladivem systému, což zabraňuje tepelnému šoku v důsledku výrazného rozdílu teplot (a kondenzace spalin u klasických kotlů) při zapálení hořáku. Druhým je využití zbytkového tepla výměníku tepla a jeho neodvádění ventilačním systémem po ukončení provozu kotle. A za třetí je velmi důležité, aby oběhová čerpadla zajistila dostatečný průtok chladicí kapaliny provozními kotli bez ohledu na průtok systémem. Těsně rozmístěné T-spojky (obrázek 2) nebo rozdělovače s nízkou tlakovou ztrátou (obrázek 3) zajišťují odklon toku od toku systému, aby byl zajištěn adekvátní průtok kotlem bez ohledu na změny toku v distribučním systému. Těsně rozmístěné T-trubkové spoje na primárním/sekundárním okruhu se používají k „oholení“ tlakového rozdílu okruhů.

Modulované ovládání
Vícestupňový regulátor pro jednoduchý kaskádový systém využívající PID (proporcionálně-integrálně-derivační řízení) neustále měří teplotu chladicí kapaliny přiváděné do systému, porovnává ji s vypočítanou hodnotou a určuje, který hořák se má zapnout a který vypnutý. Pro řízení kaskády kotlů a dosažení ekonomické spotřeby paliva je nutné použít speciální automatiku. Jeden z kaskádových kotlů funguje jako „master“ a zapíná se jako první, ostatní – „slave“ – jsou připojeny podle potřeby. Automatické řízení vám umožňuje přenést roli „master“ z jednoho kotle na druhý, stejně jako provést sekvenci zapínání „slave“ kotlů a teplotní rozdíly pro zapnutí každého následujícího stupně. Dojde-li k poruše vedoucího kotle, priorita se automaticky změní. Pokud z žádné ze zón nepřijde požadavek na teplo, regulátor vypne všechny kotle a při příchodu signálu požadavku je uvede do provozu. Po vypnutí posledního kotle se oběhové čerpadlo vypne s časovým zpožděním. Ve většině „modulovaných“ kaskádových systémů je způsob ovládání odlišný. Regulace je zpravidla zaměřena na maximalizaci doby provozu kotlů v oblasti nízkých teplot a na dílčí výkon. Přestože různí výrobci nabízejí různé řídicí systémy, obecně přijímaný přístup je následující: zapnout kotel a poté upravit jeho provoz na úroveň topného výkonu, která uspokojí požadované zatížení. V případě potřeby dodatečného přívodu tepla se výrazně sníží topný výkon prvního kotle, zapne se druhý kotel a následně se příslušně moduluje topný výkon obou kotlů tak, aby vyhovoval požadovanému zatížení. Toto schéma zajišťuje provoz obou kotlů na nižší tepelné výkony, a tedy v šetrnějším režimu na rozdíl od provozu jednoho kotle na plný výkon. Tím se zvětšuje teplosměnná plocha, a proto se zvyšuje pravděpodobnost kondenzace vodní páry ze spalovacích produktů a také účinnost systému. Předpokládejme, že zatížení stále roste a dva kotle pracující na relativně vysoký topný výkon nemohou splnit jeho podmínky, pak druhý kotel sníží spotřebu paliva, zapne se třetí a paralelní modulace topného výkonu druhého a třetího stupně dochází. V některých systémech je první kotel také schopen snížit spotřebu paliva při aktivaci zbývajících stupňů, proto lze všechny tři výkonové stupně řídit paralelně.

Provozní režimy
Většina kaskádových regulátorů je schopna alespoň dvou provozních režimů. V režimu vytápění je implementován princip řízení závislý na počasí, to znamená, že nastavená hodnota teploty chladicí kapaliny dodávané do systému závisí na vnější teplotě. Čím nižší je venkovní teplota, tím vyšší je nastavená hodnota výstupní teploty. Tento systém eliminuje potřebu použití směšovače mezi kotlem a spotřebiči vytápění. V režimu TUV se softwarové řízení systému provádí, když nastavená hodnota teploty přiváděného chladiva nezávisí na vnějších teplotách. Jinými slovy, je nastavena určitá, dostatečně vysoká hodnota teploty, která zajišťuje vysokou úroveň přenosu tepla přes sekundární výměník tepla. Tento režim se obvykle používá k zajištění vyšší teploty chladicí kapaliny přiváděné přes výměník tepla ke spotřebičům TUV a systémům proti námraze. Modulace výkonu kotle vede k výraznému snížení rozdílu mezi požadovanou a skutečnou teplotou chladicí kapaliny, což zabraňuje častému „taktování“ (zapínání/vypínání) kotle. Některé ovladače jsou také zodpovědné za provoz hlavního oběhového čerpadla a jsou připojeny k řídicímu systému inženýrských sítí budovy.

Malý, tichý a výkonný
Poměr fyzické velikosti k topnému výkonu některých kotlů s modulačním hořákem je skutečně působivý. Někteří výrobci například poskytují osmistupňové „modulované“ kaskádové systémy s rozsahem topného výkonu 30–960 kW. Proto bude poměr provozní regulace takového systému 32:1. Takový systém může být umístěn na malé ploše. Další výhoda- nízkohlučný systém. Moderní generace nízkopříkonových kotlů s modulačními hořáky poskytuje úsporu místa, vysokou účinnost, tichý chod a spolehlivost. Toto je ideální řešení v nízkoteplotních systémech, takové kotle jsou ideální pro podlahové vytápění, systémy proti námraze, vytápění bazénů, Systémy TUV, stejně jako systémy tepelných čerpadel vč. geotermální. Své postavení si již vydobyly v oblasti vytápění soukromých domů. V rámci kaskádového systému představují kotle s modulačními hořáky novou alternativu k průmyslovým topným systémům.

Nejúčinnější topný systém je takový, ve kterém se chladicí kapalina zahřeje v důsledku provozu dvou nebo tří kotlů. Výkonem a typem však mohou být stejné. Tato racionalita se vysvětluje skutečností, že jeden generátor tepla pracuje na plná síla jen pár týdnů v roce. Jindy je potřeba snížit jeho produktivitu. A to vede k poklesu jeho účinnosti a zvýšení nákladů na vytápění.

Několik kombinovaných umožňuje pružněji ovládat provoz potrubí bez ztráty účinnosti, protože stačí vypnout jedno nebo dvě zařízení. Pokud se navíc některý z nich porouchá, systém dále zvyšuje teplotu v domě.

Typy připojení dvou nebo více kotlů

Používání více identické kotle vyžadují speciální schéma zapojení. Můžete je spojit do jednoho systému:

1. Paralelní.
2. Kaskádově nebo postupně.
3. Podle schématu primárních-sekundárních kroužků.

Vlastnosti paralelního připojení

Existují následující funkce:

1. Okruhy přívodu horkého chladiva obou kotlů jsou napojeny na stejné vedení. Tyto obvody musí mít bezpečnostní skupiny a ventily. Nejnovější lze zavřít ručně nebo automaticky. Druhý případ je možný pouze při použití automatizace a serv.
2. připojit se k další lince. Tyto okruhy mají také ventily, které lze ovládat výše zmíněnou automatikou.
3. Oběhové čerpadlo je umístěno na vratném potrubí před spojkou vratných potrubí obou kotlů.
4. Oba vedení jsou vždy napojena na hydraulické kolektory. Na jednom z kolektorů je expanzní nádoba. V tomto případě je na konec potrubí, ke kterému je připojena nádrž, připojeno doplňovací potrubí. Samozřejmě, že na křižovatce jsou zpětný ventil a uzavíracím ventilem. První nedovolí, aby horké chladivo proniklo do doplňovacího potrubí.
5. Větve sahají od kolektorů k radiátorům, vyhřívané podlahy, . Každý z nich je vybaven vlastním oběhovým čerpadlem a vypouštěcím ventilem chladicí kapaliny.

Použití takového uspořádání potrubí bez automatizace je velmi problematické, protože je nutné ručně uzavřít ventily umístěné na přívodním a zpětném potrubí jednoho kotle. Pokud se tak nestane, chladicí kapalina se bude pohybovat přes výměník tepla vypnutého kotle. A toto se ukazuje:

1. přídavný hydraulický odpor v okruhu ohřevu vody zařízení;
2. zvýšení „chuti“ oběhových čerpadel (musí překonat tento odpor). V souladu s tím rostou náklady na energii;
3. tepelné ztráty pro ohřev tepelného výměníku vypnutého kotle.

Přečtěte si také: Vytápění domu vzduchotopným kotlem

Proto je nutné správně nainstalovat automatiku, která odpojí vypnuté zařízení od topného systému.

Kaskádové zapojení kotlů

Kaskádový koncept kotle zajišťuje rozložení tepelné zátěže mezi několik jednotek, který může pracovat samostatně a ohřívat chladicí kapalinu tak, jak to situace vyžaduje.

Mohou být kaskádové jako kotle se stupňovitými plynové hořáky a s modulovanými. Ty druhé, na rozdíl od prvního, umožňují plynule měnit topný výkon. Je vhodné dodat, že pokud mají kotle více než dva stupně regulace dodávky plynu, pak třetí a zbývající stupně snižují jejich produktivitu. Proto je lepší používat jednotky s modulačním hořákem.

Při kaskádovém zapojení připadá hlavní zatížení na jeden ze dvou nebo tří kotlů. Další dvě nebo tři zařízení se zapnou pouze v případě potřeby.

Vlastnosti tohoto připojení jsou následující:

1. Elektroinstalace a ovladače jsou navrženy tak v každé jednotce je možné řídit cirkulaci chladicí kapaliny. To vám umožní zastavit průtok vody v odpojených kotlích a zabránit tepelným ztrátám přes jejich výměníky tepla nebo pláště.
2. Připojení vodovodního potrubí všech kotlů k jednomu potrubí a zpětného potrubí chladicí kapaliny k druhému. Ve skutečnosti k připojení kotlů k síti dochází paralelně. Díky tomuto přístupu má chladicí kapalina na vstupu každé jednotky stejnou teplotu. Tím se také zabrání pohybu ohřáté kapaliny mezi odpojenými okruhy.

Výhodou paralelního zapojení je předehřátí tepelného výměníku před zapnutím hořáku. Je pravda, že tato výhoda nastává, když se používají hořáky, které zapalují plyn se zpožděním po zapnutí čerpadla. Takový ohřev minimalizuje teplotní rozdíl v kotli a zamezuje tvorbě kondenzátu na stěnách výměníku tepla. To platí pro situaci, kdy jeden nebo dva kotle byly delší dobu vypnuté a měly čas vychladnout. Pokud se nedávno vypnuly, pak pohyb chladicí kapaliny před zapnutím hořáku umožňuje absorbovat zbytkové teplo, které je zachováno v topeništi.

Přečtěte si také: Litinový kotel na tuhá paliva

Potrubní kotle s kaskádovým připojením

Jeho schéma je následující:

1. 2–3 páry trubek od 2–3 kotlů.
2. Oběhová čerpadla, zpětné ventily a uzavírací ventily. Oni jsou na těch trubkách, které jsou určeny k návratu chladicí kapaliny do kotle. Čerpadla se nesmí používat, pokud je konstrukce jednotky obsahuje.
3. Uzavírací ventily na přívodním potrubí teplé vody.
4. 2 tlusté trubky. Jedna je určena pro přívod chladiva do sítě, druhý pro vracení. K nim jsou připojeny příslušné trubky vycházející z kotlových zařízení.
5. Bezpečnostní skupina na přívodním potrubí chladicí kapaliny. Skládá se z teploměru, objímky kalibračního teploměru, termostatu s ručním uvolněním, manometru, tlakového spínače s ručním uvolněním a rezervní zátky.
6. Hydraulické nízkotlaký separátor. Díky tomu mohou čerpadla vytvořit správnou cirkulaci chladiva přes výměníky tepla svých kotlů bez ohledu na průtok topného systému.
7. Okruhy topné sítě s uzavírací ventily a čerpadlo na každém z nich.
8. Vícestupňový kaskádový regulátor. Jeho úkolem je měření chladicí kapaliny na výstupu z kaskády (často jsou teplotní čidla umístěna v prostoru bezpečnostní skupiny). Na základě obdržených informací regulátor určí, zda se má zapnout/vypnout a jak mají fungovat kotle spojené do jednoho kaskádového okruhu.

Bez připojení takového regulátoru k potrubí je provoz kotlů v kaskádě nemožný, protože musí pracovat jako jeden celek.

Vlastnosti schématu primárně-sekundárních kroužků

Toto schéma poskytuje organizace primárního kroužku, kterým musí chladicí kapalina neustále cirkulovat. Na tento prstenec jsou napojeny topné kotle a topné okruhy. Každý okruh a každý kotel je sekundární kruh.

Dalším rysem tohoto schématu je přítomnost oběhového čerpadla v každém kroužku. Provoz samostatného čerpadla vytváří určitý tlak v prstenci, ve kterém je instalováno. Sestava má také určitý vliv na tlak v primárním kroužku. Když se tedy zapne, voda vytéká z vodovodního potrubí, vstupuje do primárního okruhu a mění v něm hydraulický odpor. V důsledku toho se na dráze pohybu chladicí kapaliny objeví jakási bariéra.

Kaskádové kotle- toto je jedno ze schémat připojení generátoru tepla, díky kterému se zvyšuje jednotkový výkon každého topného zařízení. Tento způsob připojení je opodstatněný a účinný při velkém tepelném zatížení, stejně jako v případě, že za účelem snížení nákladů na vytápění jsou kotle provozované na odlišné typy palivo. Podstata tohoto schématu je následující - celková tepelná zátěž je rozdělena mezi několik nezávisle řízených zdrojů tepla, načež jsou do kaskády zařazeny pouze ty, které splňují potřeby výroby tepla v daném časovém období. Sériové nebo kaskádové zapojení kotlů se obvykle dělí na „stupně“, z nichž každý má samostatný ohřívač a všechny stupně dohromady tvoří celkový výkon topné sítě.

Fungování standardních systémů vytápění a zásobování teplou vodou je ve většině případů zajištěno jedním kotlem, jehož výběr se provádí na základě požadavků na maximální možné zatížení pro něj. Skutečná situace se však může velmi lišit předběžné výpočty. Jak ukazuje praxe, ve většině případů během topné sezóny nepracuje topná zařízení po 80 % času na více než 50 % svého výkonu. Navíc, pokud vezmeme v úvahu celou sezónu provozu takových zařízení, pak se průměrné zatížení na nich pohybuje od 25 do 45%. Jeden vysoce výkonný tepelný generátor tedy spotřebuje přebytečné palivo a nebude schopen efektivně kompenzovat náklady na teplo. To je způsobeno výše uvedenými indikátory nerovnoměrného a často nízkého zatížení. Odpovědí na tento problém může být kaskádové zapojení kotlů.

Nastavení takového systému zásobování teplem se provádí pomocí speciálního mikrokontroléru nebo inteligentního regulátoru. Jeho úkolem je sledovat teplotu chladicí kapaliny a určit, kolik stupňů je třeba zapnout, aby se tato teplota udržela na dané úrovni. Díky této regulaci kaskáda kotlů zajišťuje plynulý chod všech komponent otopné soustavy na požadovaný výkon (v širokém rozsahu) bez ohledu na roční období. K tomuto procesu dochází v důsledku sekvenčního připojení několika generátorů tepla - jeden po druhém. Kaskádové řízení v kombinaci s programovým řízením nám umožňuje vyřešit problém stanovení nejlepšího poměru výkonu kotelny a otopné soustavy. Tento princip fungování umožňuje šetřit zdroje energie bez snížení komfortní teplota uvnitř. Tohoto efektu je dosaženo díky skutečnosti, že kaskádová kotelna je schopna pracovat po dlouhou dobu při nízkých teplotách chladicí kapaliny mimo sezónu a během teplé zimy jim měsíce.

Na základě výše uvedených informací je zřejmé, že sekvenční schéma zapojení s několika topnými tělesy namísto jednoho může mnohem lépe poskytnout návrhové zatížení topného systému. Proto může vzniknout předpoklad, že čím více kroků v daném schématu bude, tím efektivněji začne fungovat. Není to však tak docela pravda. Jde o to, že spolu s nárůstem počtu takových tepelných stupňů se zvětší i povrchová plocha, přes kterou dochází k přenosu tepla. Zjednodušeně řečeno se zvýší ztráty tepelné energie pláštěm kotlů. V konečném důsledku to může zrušit všechny výhody zvýšení efektivity kaskádový systém pro připojení kotlů. Proto se považuje za nevhodné použít v tomto obvodu více než čtyři stupně.

Výhody kaskádového zapojení kotlů a jeho nevýhody

Sériové nebo kaskádové zapojení kotlů má velké množství výhod, včetně následujících:

Co se týče nevýhod kaskádového zapojení, je jich také několik. Za prvé, náklady na topný systém se zvyšují v důsledku instalace několika kotlů a doplňkové vybavení k ovládání sériového připojení. Za druhé, takový počet zařízení vyžaduje více prostoru v kotelně, než je potřeba při instalaci jednoho velkého a výkonného ohřívače. A za třetí, napojení kaskády kotlů na komín se stává poněkud složitějším.

Typy kaskádového zapojení kotlů

Tento typ připojení generátorů tepla se dělí na tři typy podle způsobu provozu jejich hořáků. Typy sériového zapojení kotlů jsou následující:

• Jednoduchá kaskáda- zahrnuje generátory tepla s jednostupňovým popř dvoustupňové hořáky. Takový systém je schopen zvýšit výkon každého ohřívače;
• Smíšená kaskáda- tento typ připojení zahrnuje různé generátory tepla, z nichž jeden má modulační hořák. V tomto případě je na takovém ohřívači instalován systém regulace teploty kotlové vody;
• Modulační fáze- zahrnuje pouze generátory tepla s modulačními hořáky. Pozitivní rozdíl mezi tímto typem zapojení a předchozími dvěma je v tom, že se v něm plynule nastavuje přívod paliva a je zde také možnost měnit tepelný výkon v širokém rozsahu.

Je snadné si všimnout, že hlavním rozdílem mezi třemi typy kaskádového zapojení kotlů je to, jakými hořákovými zařízeními jsou vybaveny. Faktem je, že právě hořáky mají velký vliv na fungování topného systému. Jednoduché kaskádové schéma tak umožňuje regulovat produkci tepla výhradně krok za krokem. Proto nejvíce optimální typ sériové zapojení kotlů je považováno za modulovanou kaskádu, a to i s přihlédnutím k tomu, že použití více než dvou stupňů snižuje výkon každého topidla jednotlivě. Jednotky s modulačními hořáky totiž umožňují plynule měnit výkon systému na základě potřeby tepelné energie. Tento princip fungování umožňuje snížit spotřebu paliva a v důsledku toho ušetřit na vytápění.

Podmínky pro vytvoření modulované kaskády

Podle výše uvedených informací lze právě modulovanou kaskádu označit za nejúčinnější ze všech tří typů takovýchto spojení. Jeho realizace však závisí na třech podmínkách, jejichž splnění musí být zajištěno již ve fázi návrhu.

Nízkotlaký hydraulický separátor neboli hydraulický výložník je moderní a důležitý prvek kaskádové zapojení. Jeho účelem je oddělit primární a sekundární okruh (tedy okruhy kotlů a spotřebičů) a vytvořit tak zónu pro snížení hydraulického odporu. Díky tomu bude průtok chladicí kapaliny v těchto dvou okruzích záviset pouze na výkonu oběhových čerpadel, která se vzájemně neovlivňují. Takový separátor vytváří hydraulickou a teplotní rovnováhu okruhů. Hydraulická šipka umožňuje udržovat konstantní průtok chladicí kapaliny v primárním okruhu a v sekundárním okruhu je efektivně nastavitelný s ohledem na tepelné zatížení. Tato funkce se již stala standardem pro moderní topné sítě. Výběr hydraulického odlučovače nebo ukazatele se provádí podle katalogu na základě požadovaného výkonu generátoru tepla a maximálního možného průtoku chladiva v systému.

Instalace kaskádového zapojení kotlů

Instalace kaskády generátorů tepla se provádí v několika fázích, z nichž každá zahrnuje přibližně následující akce:

Kaskádové kotle jsou poměrně složitou záležitostí, při jejíž realizaci je nutné počítat s velkým množstvím různé nuance. Vytvoření systému zásobování teplem tohoto typu by proto mělo být důvěryhodné pouze kvalifikovaným odborníkům, kteří mohou provádět veškerou práci na správné úrovni. Jak vývoj, tak instalaci kaskádového zapojení kotlů musí provádět společnosti a odborníci, kteří znají specifika takových schémat, a mají také příslušné licence a schválení. Pozornost věnovaná všem detailům a zodpovědný přístup k realizaci sériového připojení generátorů tepla pomohou vytvořit spolehlivé, efektivní a bezpečné topení, což bude i ekonomické.

Kaskádové zapojení kotlů je účinná technická technika pro zvýšení jednotkového výkonu topného zařízení, kterou používají topenáři již mnoho let. Koncepce techniky je jednoduchá: celkovou tepelnou zátěž rozdělíme mezi dva nebo více nezávisle řízených kotlů a do kaskády zařadíme pouze ty kotle, které uspokojí poptávku po daném zatížení v určitém čase. Každý kotel představuje svůj „stupeň“ topného výkonu v celkovém výkonu systému. Inteligentní regulátor (mikrokontrolér) neustále sleduje teplotu přívodu chladicí kapaliny a určuje, které stupně systému by měly být zapnuty, aby se udržela nastavená teplota.

Obvykle se uvažuje jako příklady jednoduché obvody připojení topení a teplé vody s jedním plynový kotel, vybraný z podmínek jeho maximálního zatížení. Praxe totiž potvrdila, že během topné sezóny je přibližně z 80 % času využita kapacita kotelny maximálně z 50 % a během provozní sezóny je zatížení v průměru 25–45 %. Následně při takto nerovnoměrném a často nízkém zatížení bude jeden výkonný kotel zbytečně spotřebovávat energetické zdroje a neefektivně kompenzovat náklady na teplo. V tomto případě efektivní řešení je kaskádové zapojení kotlů.

Příklad kaskádového zapojení tří kotlů

Obvykle se například zvažují jednoduchá schémata pro připojení vytápění a dodávky teplé vody s jedním plynovým kotlem, vybraným z podmínek jeho maximálního zatížení. Praxe totiž potvrdila, že během topné sezóny je přibližně z 80 % času využita kapacita kotelny maximálně z 50 % a během provozní sezóny je zatížení v průměru 25–45 %. Následně při takto nerovnoměrném a často nízkém zatížení bude jeden výkonný kotel zbytečně spotřebovávat energetické zdroje a neefektivně kompenzovat náklady na teplo. V tomto případě je efektivním řešením kaskádové zapojení kotlů.

1. Kotel;
2. Hydraulický separátor.

Kaskáda kotlů plynule zajišťuje provoz kotelny na požadovaný výkon (v širokém rozsahu) bez ohledu na roční období díky sekvenčnímu zapojení více „malých“ kotlů za sebou. Použití kaskádového řízení s programovým řízením, problém určování optimální poměr výkon kotelny a topného systému. Kaskádová kotelna tak může mimo sezónu a během teplých zim fungovat dlouhodobě nízké teploty chladicí kapalina, která snižuje náklady na tepelné záření a pohotovostní doby systému. Zároveň se zlepšují teplotní poměry objektu, tzn. uživatelský komfort.

Obvykle se například zvažují jednoduchá schémata pro připojení vytápění a dodávky teplé vody s jedním plynovým kotlem, vybraným z podmínek jeho maximálního zatížení. Praxe totiž potvrdila, že během topné sezóny je přibližně z 80 % času využita kapacita kotelny maximálně z 50 % a během provozní sezóny je zatížení v průměru 25–45 %. Následně při takto nerovnoměrném a často nízkém zatížení bude jeden výkonný kotel zbytečně spotřebovávat energetické zdroje a neefektivně kompenzovat náklady na teplo. V tomto případě je efektivním řešením kaskádové zapojení kotlů.

S nárůstem počtu kotlů v kaskádě se však zvyšují tepelné ztráty přes výměníky tepla a pláště nečinných kotlů. Proto se obvykle doporučuje omezit počet kotlů v kaskádě na čtyři jednotky.

Nevýhody kaskádového zapojení zahrnují skutečnost, že instalace několika nízkoenergetických kotlů a instalace dalších komponentů pro řízení kaskády zvyšuje náklady na topný systém a vyžaduje více místa než instalace jednoho výkonného kotle a také umožňuje připojení kaskády k komín obtížnější.

Jak je vidět z obrázku, toto schéma zahrnuje přídavné zařízení– hydraulický separátor. Pojďme zjistit, co je to za zařízení a k čemu se používá?

Hydraulický separátor(šipka) je moderní prvek topné systémy. Je navržen tak, aby oddělil primární (generátory tepla) a sekundární (spotřebiče) okruhy a vytvořil tak zónu se sníženým hydraulickým odporem. Průtok chladiva v obou okruzích tak bude zcela záviset pouze na výkonu příslušných oběhových čerpadel, jejichž vzájemné ovlivňování je vyloučeno.

Hydraulický oddělovač (šipka) zajišťuje hydraulické vyvážení (a tedy i teplotní vyvážení) obou okruhů. Při použití hydraulického odlučovače je proudění chladiva v sekundárním okruhu zajištěno pouze při zapnutí příslušného oběhového čerpadla, což umožňuje systému reagovat na tepelné zatížení v tento momentčas. Při vypnutém čerpadle sekundárního okruhu v něm nedochází k žádné cirkulaci a veškerá voda cirkulující pod vlivem čerpadla primárního okruhu je obtékána přes hydraulický odlučovač. Při použití hydraulické šipky v primárním okruhu je tedy možné udržovat konstantní průtok chladiva a v sekundárním okruhu jej lze efektivně upravovat v souladu s tepelným zatížením. V moderní systémy ohřev tato funkce je standardní.

Hotový hydraulický odlučovač nabízený k prodeji se vybírá z katalogu v závislosti na požadovaném výkonu kotle (kW) a maximálním průtoku chladicí kapaliny v systému (l/hod).