Каскадный способ подключения котлов. Каскадное или последовательное подключение котлов Каскадное подключение настенных котлов схема

Каскадное подключение отопительных котлов – эффективное техническое решение, повышающее качество управления системой и позволяющее снизить потребление топлива. Подключение котлов каскадом дает ряд весомых преимуществ в работе средних и крупных систем отопления и ГВС. Материал статьи рассматривает принципы работы и построения каскада, описывает особенности данного теплотехнического решения.

Анализ работы котельного оборудования показывает, что в 80% времени теплогенераторы работают на мощности, не превышающей номинальной производительности в 50%. То есть тепловая мощность отбирается в течение отопительного сезона примерно на 30 – 35%. Это обусловлено изменением температуры окружающей среды, изменением режима горячего водопотребления и так далее.

Мощность котлов рассчитывается всегда по максимуму – это делается для покрытия суммарных тепловых потребностей. Каждый котел имеет минимальное значение тепловой мощности в своей работе, она составляет величину от 25 до 40% номинальной производительности.

При снижении потребления тепла котлоагрегат будет производить количество тепла, находящееся в этом диапазоне. Это количество не всегда требуется – излишек топлива будет сжигаться просто так.

Решением этой проблемы стало каскадирование котлов . В каскад устанавливается несколько теплогенераторов – это позволяет качественно изменить управление мощностью, сделать его ступенчатым или плавным. Плавность регулировки дает возможность производства именно требуемого количества теплоты.

Это свойство каскада повышает гибкость системы. В случае установки одного мощного теплогенератора достичь подобной гибкости невозможно.

В каскады чаще всего объединяют газовые и . Причем для интегрирования автоматики котлы должны быть одной марки (производителя). Соединение котлов разных производителей возможно, но это требует применения дополнительных узлов, схем управления и автоматики.

Схема каскада котлов

Схема подключения каскадом является классическим образцом применения гидравлического разделителя. Котлы в первичном контуре присоединяются параллельно к прямому и обратному коллектору. Коллекторы, в свою очередь, подключаются к гидравлической стрелке.

На каждый котел на подачу устанавливается (если не имеется встроенного) и обратный клапан. Клапан препятствует протоку теплоносителя через неработающий котел и потерям тепла на его теплообменнике.

На обратном трубопроводе котла устанавливается сетчатый фильтр, защищающий котел от загрязнения. Каждый котел отсекается запорной арматурой с разборным соединением. Это позволяет снимать котел для ремонта и профилактики без остановки системы.

Коллекторная группа котлов оснащается группой безопасности – предохранительным сбросным клапаном, автоматическим воздухоотводчиком и термоманометром. Установка группы производится в обязательном порядке, даже при наличии встроенных групп безопасности котлов.

Обязательный элемент системы – (экспанзомат). Присоединение его может быть произведено как в контур котлов, так и в контур потребителей. Расчет его производится на общий объем теплоносителя в системе.

Выбор коллекторов котлов производится из расчета того, что их проходное сечение должно быть не меньше суммарного сечения подводящих трубопроводов котлов в каскаде. Гидравлическая стрелка также должна иметь диаметр патрубков подключения не меньше диаметра коллекторов.

Управление каскадом котлов

Управление работой первичного контура производится следующими способами:

1. Ручное управление работой каждого отдельного котла;
2. Ступенчатое управление посредством каскадных переключателей;
3. Плавная регулировка блоком каскадного управления (БКУ).

Ручное управление производится заданием параметров работы каждого котла, прежде всего температуры. Этот вариант регулировки требует постоянного присутствия человека.

Ступенчатое управление производится с помощью каскадных переключателей. Они руководят системой как набором ступеней мощности, при изменении нагрузки включают (выключают) отдельные котлы каскада.

Наиболее эффективным является плавное регулирование с помощью БКУ. В этом случае достигается минимальный шаг изменения мощности. Котлы при этом должны быть оборудованы модулируемыми горелками. Блоки каскадного управления могут интегрироваться с датчиками температуры в помещениях и системами погодозависимой автоматики.

Дымоудаление каскада котлов

Дымоудаление системы зависит от типа газовых котлов и реализуется следующими методами:

1. Отдельные коаксиальные дымоходы;
2. Раздельные дымоходы турбированных котлов;
3. Групповое дымоудаление с обратными дымовыми клапанами;
4. Естественное дымоудаление – групповое или индивидуальное.

При групповом дымоудалении к общему дымоходу подключают не более 4 котлов. При коаксиальном коллективном дымоудалении каждый котел оборудуется обратным дымовым клапаном. Он препятствует проникновению дыма в помещение при простое теплогенератора.

Дымоходы сооружаются с уклоном от 5 до 10% в сторону котлов. При сооружении дымовой системы для котлов с открытой камерой сгорания необходимо произвести аэродинамический расчет общего дымохода для обеспечения необходимой тяги.

Преимущества и недостатки каскада

Главными преимуществами каскадного подключения котлов являются:

1. Надежность системы – постоянное наличие резерва;
2. Гибкость регулирования – экономия топлива;
3. Увеличение продолжительности службы котлов – реализация «щадящего» режима работы;
4. Возможность оперативного ремонта и профилактики каждого отдельного котлоагрегата;
5. Облегченные условия монтажа – при сооружении крышных котельных облегчается их доставка на место.

Также каскад обладает и следующими недостатками:

1. Общее удорожание оборудования;
2. Для размещения каскада требуется более просторное помещение.

Удорожание системы из-за экономии топлива окупает себя. Каскадное подключение котлов является выгодным как с технической, так и с экономической точки зрения. Самостоятельное сооружение каскада вряд ли возможно – существует необходимость привлечения специалистов для монтажа и наладки автоматики, проведения расчетов дымовых трактов и так далее.

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.

К преимуществам такой системы можно отнести так же возможность варьировать расположение котлов и само место установки.

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.

Как рассчитать и собрать каскад

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.

Во время отопительного сезона и межсезонного периода любая отопительная систему имеет тенденцию к неравномерной и часто малой нагрузке оборудования. Данная проблема нуждается в решении, где появляется необходимость в широком диапазоне регулировки мощности тепла отдельного котла, и котельной системы. Но это часто приводит к понижению эффекта работы котельной установки, снижения КПД, увеличению расхода горючего сырья. Каскадные котельные (рис 1) представляют оптимальное решение проблемы.

Каскад – подключение, которое подразумевает соединение небольших отопительных агрегатов в одну систему.

Рис. 1

Принцип работы каскадной установки

Малые котлы, имея программное управление, проходят процесс подключения в одну систему через теплоноситель. Это дает возможность плавно, и бесступенчато регулировать мощность всей котельной системы. Данное котельное оборудование использует информативные технологии, которые позволяют идеально контролировать систему во время работы.

Благодаря интерфейсу, которым наделены новые агрегаты, котлы обмениваются информацией между собой. Это дает возможность в моментальном доступе к параметрам каскада.

Работа системы протекает самостоятельно, нет необходимости во вмешательстве человека. Каскадные котельные – ответ на требования пользователей, а именно потребление тепла и горячей воды.

К примеру, при установке 10 газовых котлов с мощностью каждого в 80 кВт, общая мощность составит 800 кВт (10 * 80 кВт = 800 кВт), а минимум мощности будет 26 кВт (800 * 3,3 / 100 = 26 кВт при регулировке мощности 40 %– 100%).

Преимущества данных отопительных установок:

• возможность получения мощности до 1мВт;
• диспетчеризация;
• незагрязняющее среду оборудование является важным экологическим аспектом;
• финансовая привлекательность;
• экономия в пользовании;
• полная автономия;
• размещение в любом месте (крыша, помещение, пристройка);
• быстрый монтаж подготовленного оборудования и установок;
• долгий срок службы;
• отсутствие сооружения больших и неэстетических внешних тепловых трасс;
• дистанционное управление.

Традиционные котельные системы уступают каскадной котельной в сроке службы. Достижение такой надежности заключается в общей работе нескольких агрегатов, работающих совместно и направленных на одну общую цель. Рабочая система запрограммирована так, что каждый день запуск всего отопительного оборудования берет на себя очередной котел: сегодня работу начинает первый котел, а завтра он будет последний в списке очередности. Поэтому, ресурс каждого котла не исчерпаем.

Рис. 2

Подключение бойлеров для получения горячей воды, кроме главного агрегата, в быту так же является преимуществом каскадной котельной. Соответственно, имея 10 котлов в системе, можно поставить 9 бойлеров. Даже небольшие объемы каждого бойлера дадут в сумме огромный запас воды.

Размещать котельную систему можно где угодно, это не принципиально: чердак, подвал, пристроенное помещение. Программное обеспечение управления котельной (рис 2) системой контролирует заданную температуру на конкретный промежуток времени. Необходимое количество агрегатов привлечено для поддержания нужной мощности. Ошибка не произойдет, так как «человеческий фактор» отсутствует.

Климат-контроль помещений обеспечивается полностью и автономно. В случае превышения температурных показателей, программа сама отключит систему и, если есть необходимость, запустит работу кондиционирования. При заниженном температурном показателе все совершается абсолютно наоборот. Диспетчер, с помощью модема, с собственного компьютера сможет отслеживать, в каком состоянии находиться оборудование.

Где и как поместить оборудование?

Все зависит от особенности здания. Каскадная котельная имеет несколько вариантов размещения, все они имеют преимущества и недостатки.

Главные требования:

• место под отопительное оборудование должно иметь достаточную площадь;
• наличие вентиляционной системы;
• оборудование отвода продуктов сгорания.

Если дом позволяет, то чердачное место – идеальный вариант. И жилая площадь экономится, и не появится необходимость в постройке высокого дымоотвода.

Рис. 3

С каскадной котельной на крыше не сравниться любая другая система. Каскад из настенных котлов, в отличие от стационарных напольных агрегатов, имеет малый вес, легкий в доставке и монтаже. Не нужно их поднимать, используя специальные краны, нет необходимость в разборке покрытия крыши во время замены котлов. В случае поломки или неисправности, агрегат заменяется быстро без дополнительных затрат сил и времени.

Небольшой вес котельной системы, размещенной на стене, не является дополнительной нагрузкой на перекрытие постройки. Газы можно отводить через стену наружу, где и закреплены котлы. Все это дает возможность экономии на постройке дорогой нержавеющей стальной дымоходной системе.

Котельная система может размещаться и в помещении, где понадобиться оборудовать дымоход. Дымовая труба должна быть полностью готова к отводу всего объема газов. Расчет делается на компьютерной программе. Проблеме вывода газов, зачастую, уделяют мало внимания. Но это очень важный аспект. Обычно в расчет берется предположительные нормы.

Главное требование – это соединение отдельно каждого котла с отдельной трубой дымохода.

Дымоход (рис. 3) каскадной котельной должен:

• Использовать дымоход, либо трубу круглым сечением.
• Установка дымохода должна быть под уклоном 1:10 к стороне котельного отопительного агрегата.

Не зависимо, в каком состоянии объект, дымоходная система должна быть всегда рассчитана точно. Старого типа котлы на твердом топливе имеют достаточно широкий дымовой канал. Эта ширина позволяет нормальному выводу нескольких дымоходов даже без квадратного сечения. Эффективность тяги зависит от того, насколько сооружен дымоход в высоту. Чем выше – тем лучше тяга и процесс смешения газов с воздухом.

Рис. 4

Для хорошей работы каскадной котельной и всего котельного оборудования, нужно проводить контроль температурных изменений дымовых показателей в дымовой трубе. Это процедура позволить определить процесс конденсации в дыме. Самый результативный показатель на выходе дыма из трубы, там и нужно проводить измерение.

Проектирование такой котельной системы требует большого внимания. Расчет лучше поручить специалисту, чтобы избежать завышенных параметров или недостаточного получения теплового комфорта. Правильный расчет – залог эффективной работы котельного отопления, экономия средств, достаточного количества тепла в помещениях. Особого внимания требует система на твердом топливе. Часто, именно такие каскадные системы и имеют завышенную тепловую мощность.

Закрепить настенные котлы поможет несущая рама (рис 4). Крепиться конструкция и за стену, и в пол. Используются стены только несущие, а не непрочные перегородки. На раму крепятся котлы.

Чтобы каскадная система функционировала правильно, отопительные контуры и котлы должны быть отделены между собой. Это необходимо потому, что расходные объемы воды изменяются от количества котла. В этом поможет гидравлический компрессор динамического давления. Так же понадобиться присутствие стандартизированного гидравлического отсекателя, скомплектованного с коллектором на нужное количество единиц котлов.

Котлы размещаются в единый ряд. Возможно размещение котлов и в два параллельных ряда (задней стороной друг к другу), в случае монтажа каскадной котельной посреди помещения.

При установке бойлеров для горячего водоснабжения, оборудование ежедневно активирует систему антизамерзания. Переходя с зимнего на летний режим использования, ежедневно автоматически запускаются системные насосы, осуществляя прогон теплоносителя системой.

Вентиляция – важный аспект. Любое отопительное оборудование обязано иметь вентиляционную систему. Она должна подавать воздух в котельное помещение для горения котлов, быть интенсивной и влиять на температуру воздуха внутри самого котельного устройства. Воздух, сжигающий продукты сгорания, поступает через дымоход. Но во время расчета системы, нужно учитывать и то, что часть тяги должна находиться в резерве для воздушного привода и сгорания. При не работающей котельной системе, стоить обеспечивать естественную вентиляцию помещения, с помощью окон, дверей. Это даст возможность обмену воздушными массами помещения с улицей.

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.