Co jsou kaskádové kotle?

V poslední době mnoho známých evropských výrobců kotlových zařízení vyvinulo a úspěšně používá „kaskádový“ systém nástěnných plynových nebo elektrických kotlů. Jedním z prvních, kdo tuto organizaci provozu kotlů vyvinul a zavedl, byla Thermona z České republiky. Poté, s ohledem na nepopiratelné ekonomické výhody použití kaskád, tento princip sdílení několika nástěnných plynových kotlů (především kondenzačních) aplikovali Wiessman, BAXI a další.

Co je tedy „kaskáda kotlů“?

Je třeba pochopit rozdíl, že kaskáda kotlů není v žádném případě paralelní zapojení, kdy každý z kotlů pracuje samostatně, ale do jednoho topného systému (větrání apod.).

Kaskáda je společné hydraulické a elektrické spojení několika kotlů, spojených jediným řídicím systémem, které zajišťují ohřev chladicí kapaliny pro stejný objekt.

Existují kaskádová zapojení, kdy k regulaci dochází plynulou modulací výkonu od minimálního výkonu jednoho z kotlů až po maximální výkon celé kotelny – např. Thermona. Nechybí ani ovládání provozu kotlů pomocí kaskádového spínače, který během provozu jednoduše vypne více kotlů nebo je zapne, bez využití možnosti jejich individuální modulace. Ale v každém případě je systém pod jednotným řízením, který přijímá data o požadovaných teplotách vytápění a „dodávky“ místností a navíc má schopnost pracovat s daty z externího teplotního čidla, mnohem flexibilnější a ekonomičtější než jeden kotel resp. paralelní provoz skupiny kotlů.

V topné technice je kaskádový kotel skutečně inovativní metodou pro optimalizaci velkokapacitních systémů. Místo jednoho výkonného kotle, který musí pracovat i při nepatrných tepelných ztrátách zařízení, v kaskádovém řešení v různých časech pracuje tolik kotlů, kolik je potřeba, aby kompenzovaly okamžité tepelné ztráty zařízení. Požadovaný počet zapnutých kotlů je regulován elektronicky. Takový provoz kaskádové kotelny je právě optimálním režimem úspory energie.

Praxe potvrdila, že během topné sezóny je samostatný kotel využíván v průměru z 30 %. Jedná se o nízkou zátěž a neefektivní práci. Naproti tomu kaskádový systém dodává požadovaný výkon postupně, přičemž místo jednoho velkého zapojí několik „malých“ kotlů za sebou. Pomocí kaskádového řízení s programovým řízením odpadají nepříjemné problémy s určením optimálního poměru výkonu kotelny ke spotřebě tepla. Široký rozsah kaskádové regulace výkonu umožňuje dlouhodobý provoz při nízkých teplotách topné vody, což snižuje náklady na tepelné sálání. Zvyšuje se tepelný komfort uživatele. Nesporným krokem vpřed je vyčlenění jednoho nebo více kotlů z kaskádové kotelny pro přípravu teplé vody. Tyto kotle pracují v letním režimu, bez použití větší části zařízení určeného pouze k vytápění. Současně kotle se schopností provozu na teplou vodu, pokud to není potřeba, pracují také na topném systému. Tato funkce nám umožňuje nový pohled na stanovení celkového požadovaného výkonu kotelny s ohledem na možnou akumulaci teplé vody v nepřímotopných kotlích.

Technické vlastnosti „kaskádové kotelny“

Významným krokem v historii vývoje kaskádových kotelen byl systém komunikace mezi kotli pomocí nikoli kaskádového přepínače, ale komunikačních zařízení (rozhraní), které umožňují výměnu informací mezi kotli a zároveň plynule regulují výkon. všech kotlů v kaskádě. To znamená nejen dosažení optimálních výkonových parametrů v každém okamžiku provozu, ale také okamžitý přístup k informacím o stavu celé kotelny a jejích provozních parametrech a také diagnostiku poruch kotlů a dalších zařízení. Moderní kaskádová kotelna je skutečně „inteligentním systémem“ se zcela autonomním provozem bez obsluhy. Technické řešení kaskádové kotelny má optimální cenu, promyšlený software a široké aplikační možnosti.

Vzhledem k tomu, že libovolný počet kotlů ze systému kaskádové kotelny může pracovat v různých časech a je potřeba instalovat hlavní čerpadlo vytápění, jehož výkon přesahuje možnosti čerpadla kotle, je nutné instalovat hydraulický oddělovač mezi kaskádovým okruhem a čerpadlem topení. Výrobci kotelen nabízejí své vlastní velikosti a konfigurace hydraulických odlučovačů a při instalaci kotelen je nutné naslouchat požadavkům výrobců. Protože nesprávně zvolený hydraulický odlučovač (nebo nesprávně nainstalovaný) může narušit celý provoz kotelny.

Nezbytnými prvky provozu kaskádové kotelny jsou teplotní sondy, které měří „přívodní“ teplotu, čidla a regulátory. Systém je navržen tak, aby bylo možné udržovat teplotu na výstupu z kotelny s přesností na jeden stupeň, což je důležité pro systémy jako je přívodní větrání.

Provoz kaskádové kotelny je natolik ekonomický, že v některých případech se investice vrátí během 1-3 měsíců. Princip regulace teploty chladicí kapaliny v kaskádové kotelně v závislosti na počasí umožňuje úsporu až 30 % plynu nebo elektřiny. K tomu je nutné integrovat do řídicího systému čidlo venkovní teploty Moderní GSM zařízení – dial-up, světelná a zvuková signalizace, stejně jako internetová komunikace umožňují absolutní kontrolu stavu kotelny.

Nejjednodušší způsob, jak uspořádat kaskádu, je použít v konfiguraci pouze komunikační rozhraní, bez použití řídicího rozhraní, programátoru a čidla venkovní teploty. Takové schéma může být požadováno, když kaskáda dodává chladicí kapalinu při dané teplotě (například 75-80 °C). Toho lze využít při přípravě chladicí kapaliny pro bazénový výměník tepla. V případě složitější organizace zásobování teplem se používají programátory, které umožňují udržovat danou teplotu v místnosti, zobrazují stav kotelny a upozorňují na nouzové odstávky kotlů. Byly vyvinuty kaskádové ovládací panely, které kombinují všechny potřebné funkce pro sledování stavu zařízení kotelny, úpravu teplot v různých topných okruzích a přenos dat na internet. Takové řídicí systémy jsou pokrokovým vývojem v oblasti dispečinku moderních kotelen.

V kaskádové kotelně kombinují různí výrobci různé počty kotlů. Například kaskáda THERM umožňuje kombinovat až 16 plynových nástěnných kotlů nebo 32 elektrických. Maximální výkon kotelen je proto nutné prověřit u výrobce. V některých případech však v jedné kotelně mohou být dvě nebo více kaskád.

Podmínky ubytování

Výhodou kaskádové kotelny z nástěnných kotlů je, že ji lze umístit na libovolné povolené místo (přístavná, vestavná, volně stojící, střešní kotelna atd.). kaskády ve střešní kotelně. Nevýznamná hmotnost hlavního zařízení, malé množství chladicí kapaliny, možnost nuceného odvodu kouře z každého kotle s levným továrním komínem – to jsou výhody kaskády nástěnných kotlů ve vztahu k jednomu nebo dvěma stacionární kotle instalované na střeše. Byly případy, kdy bylo nutné do kotelny dvou stacionárních doplnit kaskádu nástěnných kotlů z důvodu překročení maximální hmotnosti a potřeby zajistit danou tepelnou zátěž. Důležitou otázkou je oprava a výměna zařízení během provozu. Výměna stacionárního vícetunového kotle instalovaného na střeše vícepodlažní budovy je samozřejmě mnohem obtížnější než oprava nebo výměna nástěnného kotle, jehož maximální hmotnost není větší než 90-100 kg.

Kotle v kaskádové kotelně mohou být instalovány „v řadě“ nebo „zády k sobě“. Druhá metoda snižuje lineární rozměry kotelny, pokud je instalováno velké množství kotlů.

Potenciální zákazníci kaskádových kotelen

Kotelny tohoto typu jsou použitelné ve všech oblastech národního hospodářství. Maximální uplatnění však nacházejí v autonomních systémech zásobování teplem pro jeden nebo skupinu objektů umístěných v krátké vzdálenosti od sebe. Úkolem není vybudovat topné potrubí, které má samozřejmě tepelné ztráty a potřebuje pravidelnou údržbu a výměnu. Kaskádové kotelny jsou nepopiratelně přínosné pro hotely, restaurace, soukromé domy, autocentra, velké i malé budovy obchodů. Jedním slovem jsou to kotelny pro ty, kteří umí počítat peníze a pro které nejsou hesla o úspoře energie a energetické účinnosti prázdnou frází. Doba návratnosti takového systému je v průměru 2-3 roky a jeho životnost je 15-20 let.

Recenze návštěvníků:

Momentálně zde nejsou žádné recenze

Praxe ukazuje, že během 80 % topné sezóny je využito pouze 50 % výkonu kotle. To znamená, že v průměru se během roku spotřebuje pouze 30 % výkonu kotle. Takto nízké zatížení plynového kotle často vede k nízké účinnosti jeho využití. Racionální využívání energie proto často vyžaduje integrovaný přístup [1]. Výborným řešením by mohl být kaskádový kotelní systém. Poskytuje spotřebiteli množství tepla potřebného v daném okamžiku a postupně zapojuje několik nízkoenergetických kotlů za sebou.

Kaskádové zapojení kotlů je jednou z možností připojení jednotek plynových kotlů za účelem zvýšení výkonu jednotky a stupňovité úpravy systému zásobování teplem.

Princip činnosti systému je jednoduchý: celková tepelná zátěž se rozdělí mezi dva nebo více nezávisle řízených kotlů a zapínají se pouze ty kotle, které v daném čase uspokojí požadavek na danou zátěž. 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[2].

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

Jednoduchá kaskáda – tvoří ji generátory tepla s jednostupňovými nebo dvoustupňovými hořáky. Takový systém je schopen zvýšit výkon každého ohřívače;

Smíšená kaskáda – tento typ připojení zahrnuje různé generátory tepla, z nichž jeden má modulovaný hořák. V tomto případě je na takovém ohřívači instalován systém regulace teploty kotlové vody;

Modulační kaskáda – 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. Jednotky s modulačními hořáky umožňují plynule měnit výkon systému na základě potřeby tepelné energie. Tento princip fungování umožňuje snížit spotřebu paliva a v důsledku toho ušetřit na vytápění [5].

Nejčastěji se používají tři typy kaskádového spínání jednotek v závislosti na typu instalace a počtu topných okruhů:

1. Vytápěcí kotle s hydraulickým odlučovačem. Je považován za typický a umožňuje přidávat libovolný počet zdrojů tepla a topných zón, provozovat systém bez použití složitě řízených kaskádových regulačních jednotek a nesnižovat teplotu topného média v topném systému při maximálním zatížení. .

2. Schéma dvouokruhového přívodu tepla pro přívod teplé vody a hydraulickou šipku. Funguje dobře, pokud potřebu teplé užitkové vody zajišťuje malý počet jednotek z celé kaskády: jedna nebo dvě.

Mezitím pro rychlý ohřev teplé vody na teplotu 65 C je potřeba vyšší výkon kotle. Aby nedošlo k vypnutí celé kaskády z nízkoteplotního režimu po dobu ohřevu TUV, je použito schéma se samostatnou kotlovou jednotkou pro potřeby TUV.

3. Kaskádové potrubí s hlavním kolektorem. Podle tohoto schématu se pro zajištění autonomie kotlů používá uzavírací sekce na rozdělovači, která zaručuje pravidelnou cirkulaci přes jakoukoli kotlovou jednotku.

Obrázek 1. Graf výkonu kotlové jednotky při daném zatížení

Tato konfigurace je vhodná při uspořádání střešní kotelny a umístění rozvodů pro okruhy spotřeby v suterénech a umožňuje úsporu volného místa bez použití hydraulického spínače.

Na základě výsledků výzkumu je na příkladu zásobování teplem zábavního komplexu prezentováno schéma (obr. 1), které názorně ukazuje, jak je efektivně ovlivněno rozložení zátěže a tepelný výkon při výstavbě kaskádového systému, v srovnání s tradiční metodou uspořádání systému.

Jak vidíte, systém kaskádových kotlů umožňuje minimalizovat produkci přebytečné tepelné energie.

Kaskádový nebo sekvenční obvod pro zapínání plynových kotlů má následující výhody a nevýhody [3], uvedené v tabulce. 1.

Výhody a nevýhody kaskádového zapojení kotlů

Velká rezerva chodu.

Vyžaduje velkou plochu pro instalaci.

Vysoká účinnost systému, pracující s konstantním jmenovitým zatížením, jednotka poskytuje maximální účinnost, na rozdíl od podvytížených možností napájení.

Zvýšené náklady na topný systém způsobené instalací několika jednotek a doplňkového vybavení.

Vysoká dostupnost sítě, pokud jedna jednotka selže, může být úspěšně nahrazena jinou.

Komplexní schéma připojení kaskády jednotek ke komínu

Zvýšení životnosti jednotek – v přechodných obdobích období podzim-zima se využívá pouze část kotlů, zbytek se převádí do studené rezervy.

Jednoduchá instalace díky snížené hmotnosti a rozměrům jednokaskádových kotlů.

Zjednodušení údržby a oprav, které lze provádět bez zastavení topného systému.