Одной из первых организацию работы котлов по каскадной схеме разработала и воплотила в жизнь фирма Thermona из Чехии. Затем, видя неоспоримую экономическую выгоду от применения каскадов, данный принцип совместного использования нескольких настенных газовых котлов (преимущественно конденсационных) применили такие компании, как Viessmann, Baxi и др.
Так что же такое «каскад котлов»
Необходимо понимать разницу между каскадом котлов и параллельным их подключением, где каждый из котлов работает отдельно, но в одну систему отопления (вентиляции и др.). Это совершенно разные схемы. Каскад — это совместное гидравлическое и электрическое подключение нескольких котлов, объединенных единой системой управления, и работающих для обеспечения нагрева теплоносителя для одного и того же объекта.
Есть каскадные подключения, где управление происходит посредством плавной модуляции мощности — от минимальной одного из котлов до максимальной мощности всей котельной (как, например, у той же Thermona). Существует и другой подход — управление работой котлов посредством каскадного выключателя, который в процессе работы отключает несколько котлов или их включает, не используя возможности их индивидуальной модуляции.
Но, в любом случае, это система под единым управлением, получающая данные о необходимых температурах — «подачи» отопления и комнатной, а также имеющая возможность работать, используя данные датчика наружной температуры, то есть гораздо более гибкая и экономичная, чем один котел или параллельное включение группы котлов. В технике отопления схема «каскад» является поистине новаторским методом оптимизации систем большой мощности.
Вместо одного мощного котла, который вынужден работать и при незначительных теплопотерях объекта, в каскадном решении в разный момент времени работает столько котлов, сколько необходимо для компенсации моментальных теплопотерь объекта. Необходимое количество включенных котлов регулируется электроникой. Такая работа котельной как раз и обеспечивает оптимальный энергосберегающий режим.
Практика подтвердила, что в отопительный сезон отдельный котел используется в среднем на 30 %. Это малая нагрузка и, значит, неэффективная работа. В противоположность этому каскадная система обеспечивает необходимую мощность постепенно, подключая один за другим несколько «малых» котлов вместо одного большого. С помощью каскадного регулирования с программным управлением устраняются неприятные проблемы с определением оптимального соотношения мощности котельной к уровню потребления тепла.
Широкий диапазон управления мощностью каскада позволяет системе работать длительное время при низких температурах отопительной воды, что уменьшает расходы на тепловое излучение. Повышается тепловой комфорт пользователя. Неоспоримым шагом вперед является выделение из состава каскадной котельной одного или нескольких котлов для подготовки горячей воды. Эти котлы работают в летнем режиме, без использования основной массы оборудования, предназначенного только для отопления.
В то же время, котлы с возможностью работы по выдаче горячей воды, при отсутствии необходимости в ней, обслуживают и систему отопления. Данная особенность позволяет по-новому взглянуть на определение суммарной необходимой мощности котельной при условии возможной аккумуляции горячей воды в бойлерах косвенного нагрева.
Технические особенности «каскадной котельной»
Значительным шагом вперед в истории развития каскадных котельных стала система коммуникации между котлами посредством не каскадного переключателя, а устройствами коммуникации (интерфейсами), позволяющими обмениваться информацией между котлами и одновременно плавно регулировать мощность всех котлов в каскаде.
Это позволяет не только достигать оптимальных параметров мощности в каждый момент работы, но и получать моментальный доступ к информации о состоянии всей котельной и параметрах ее работы, а также диагностировать неисправности котлов и другого оборудования. Современная каскадная котельная — это действительно «интеллектуальная система» с полностью автономным режимом работы без обслуживающего персонала.
Техническое решение каскадной котельной имеет оптимальную цену, продуманное программное обеспечение и широкие возможности применения. В связи с тем, что в разные моменты времени может работать любое количество котлов из входящих в систему каскадной котельной, и существует необходимость установки основного насоса отопления, производительность которого превышает возможности котлового насоса, между контуром каскада и насосом отопления требуется установка гидравлического разделителя.
Заводы изготовители котельных предлагают свои размеры и конфигурации гидравлических разделителей и при монтаже котельных к требованиям производителей обязательно надо прислушиваться. В противном случае неправильно подобранный гидравлический разделитель (или неправильно установленный) может нарушить всю работу котельной. Необходимыми элементами в работе каскадной котельной являются температурные зонды, измеряющие температуру на «подаче», датчики и регуляторы.
Система продумана так, что температура на выходе из котельной может поддерживаться с точностью до 1 °C, что немаловажно для таких систем, как приточная вентиляция. Каскадная котельная настолько экономична, что в некоторых случаях окупает вложения уже через один-три месяца. Принцип погодозависимого регулирования температуры теплоносителя в каскадной котельной дает возможность экономить до 30 % газа или электричества.
Для этого необходимо встроить в систему управления датчик наружной температуры. Современные устройства GSM-дозвона, светозвуковой сигнализации, а также интернет-коммуникации позволяют легко отслеживать состояние котельной. Самый простой способ организации каскада — это применение в комплектации только интерфейсов коммуникации, без использования интерфейса управления, программатора и датчика наружной температуры.
Такая схема может быть востребована, когда каскад подает теплоноситель одной и той же заданной температуры (например, 75–80 °C). Такая комплектация системы приемлема при подготовке теплоносителя для теплообменника бассейна. В случае более сложной организации теплоснабжения применяются программаторы, которые дают возможность поддерживать заданную температуру в помещении, отображать состояние котельной, оповещать об аварийных остановках котлов.
На сегодняшний день разработаны щиты управления каскадами, которые сочетают в себе все необходимые функции контроля за состоянием оборудования котельной, регулировки температур в различных контурах отопления и передачи данных в интернет. Такие системы управления являются передовыми разработками в области современной диспетчеризации котельных. В каскадной котельной различные производители объединяют разное количество котлов.
Поэтому максимальные мощности котельных необходимо уточнять у представителей завода-изготовителя. Но в отдельных случаях в одном помещении котельной может находиться два и более каскадов.
Условия размещения
Достоинство каскада из настенных котлов в том, что он может размещаться в любом разрешенном месте (пристроенная, встроенная, отдельно стоящая, крышная котельная и др.). Очень удобно ставить каскад в крышной котельной. Незначительная масса основного оборудования, малое количество теплоносителя, возможность принудительного отвода дыма от каждого котла дешевой дымовой трубой заводского изготовления — вот те преимущества каскада из настенных котлов по отношению к одному-двум стационарным котлам, установленным на крыше.
Были случаи, когда приходилось добавлять каскад из настенных котлов к котельной из двух стационарных по причине превышения предельной массы и необходимости обеспечения заданной тепловой нагрузки. Немаловажен и вопрос ремонта и замены оборудования в процессе эксплуатации. Безусловно, заменить стационарный многотонный котел, установленный на крыше многоэтажного дома, гораздо сложнее, чем отремонтировать или заменить настенный котел, максимальная масса которого не более 90–100 кг.
Котлы в котельной могут устанавливаться «в линию» или «спина к спине». Второй способ уменьшает линейные размеры котельной в случае, если устанавливается большое количество котлов.
Потенциальные заказчики каскадных котельных
Котельные такого типа применимы во всех областях народного хозяйства. Но максимальное применение они находят в системах автономного теплоснабжения одного или группы объектов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга. Задача — не строить теплотрассу, которая, безусловно, имеет теплопотери и нуждается в периодическом обслуживании и замене линейных элементов.
Неоспоримо выгодны каскадные котельные для гостиниц, ресторанов, частных домов, автоцентров, больших и малых зданий магазинов. Одним словом — это котельные для тех, кто умеет считать деньги и для кого лозунги об энергосбережении и энергоэффективности не являются пустым звуком. Окупаемость такой системы составляет в среднем два-три года, а срок службы — 15–20 лет.
