XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Практика показывает, что на протяжении 80 % времени отопительного сезона производительность котла используется лишь на 50 %. Это означает, что в течение всего года, в среднем, расходуется лишь 30 % мощности котла. Такая слабая нагрузка на газовый котел часто ведет к низкой эффективности его использования. Поэтому для рационального использования энергии зачастую требуется комплексный подход [1]. Отличным решением может стать каскадная система котлов. Она обеспечивает потребителя таким количеством тепла, которое требуется в данный момент, постепенно подключая одним за другим несколько котлов малой мощности.

Каскадное подключение котлов — это один из вариантов подключения газовых котлоагрегатов, с целью увеличения единичной мощности и ступенчатой регулировки системы теплоснабжения.

Принцип работы системы прост: суммарная тепловая нагрузка разделяется между двумя или более независимо контролируемыми котлами, и включаются только те котлы, которые удовлетворяют потребности в данной нагрузке в данное время. Каждый котел представляет свою «ступень» теплопроизводительности в общей мощности системы. Интеллектуальный контроллер (микроконтроллер) постоянно отслеживает температуру подачи теплоносителя и определяет, какие ступени системы следует включать для поддержания заданной температуры[2].

Данный вид соединения теплогенераторов подразделяется на три типа, исходя из метода работы их горелок. Типы последовательного подключения котлов бывают такими:

Простой каскад – в его состав входят теплогенераторы, имеющие одноступенчатые или двухступенчатые горелки. Такая система способна увеличить мощность каждого нагревателя;

Смешанный каскад – данный тип соединения включает разные теплогенераторы, один из которых отличается модулируемой горелкой. При этом именно на такой нагреватель устанавливается система управления температурой котловой воды;

Модулирующий каскад – в его состав входят только теплогенераторы с модулируемыми горелками. Позитивное отличие данного типа соединения от двух предыдущих состоит в том, что в нем регулировка подачи топлива происходит плавно, а также присутствует возможность изменять производительность тепла в широком диапазоне. Агрегаты с модулируемыми горелками дают возможность бесступенчато менять мощность системы, исходя из потребностей в тепловой энергии. Такой принцип работы позволяет снижать расход топлива, как следствие, экономить на отоплении [5].

Наиболее часто применяются три типа каскадного включения агрегатов, в зависимости от вида монтажа и числа контуров нагрева:

1. Отопительные котлоагрегаты с гидроразделителем. Считается типовой и даёт возможность добавлять произвольное число источников тепла и зон нагрева, работать системе без применения сложно управляемых блоков каскадного регулирования и не снижать температуру греющей среды в отопительной системе при максимальной нагрузке.

2. Двухконтурная схема теплоснабжения для ГВС и гидравлической стрелкой. Она хорошо работает в случае, если потребность в ГВС обеспечивают небольшим числом агрегатов из всего каскада: одним либо двумя.

Тем временем для скорого нагрева горячей воды до температуры 65 С требуется более высокая мощность котлоагрегата. Чтобы не выключать весь каскад из низкотемпературного режима на период нагрева ГВС применяют схему с отдельным котлоагрегатом на нужды ГВС.

3. Каскадная обвязка с магистральным коллектором. По этой схеме для предоставления автономии котлам используется замыкающий участок на распредколлекторе, гарантирующего регулярную циркуляцию через любой котлоагрегат.

Рисунок 1. График производительности котлоагрегатов по заданной нагрузке

Подобная конфигурация удобна при обустройстве котельной крышного типа и размещении распредсистем для контуров потребления в подвальных помещениях и позволяет сохранить свободное пространство, без использования гидравлической стрелки.

По результатам проведенных исследований, на примере теплообеспечения развлекательного комплекса, представлена диаграмма (рис.1), где наглядно показано, как эффективно влияет на распределение нагрузки и теплопроизводительность при устройстве каскадной системы, в сравнении с традиционным методом компоновки системы.

Как можно заметить, каскадная система котлов позволяет свести к минимуму производство избыточной тепловой энергии.

Каскадная либо последовательная схема включения газовых котлов обладает следующими преимуществами и недостатками [3], приведенными в табл. 1.

Таблица 1

Преимущества и недостатки каскадного подключения котлов

Литература:

Электронный научный архив УрФУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/89269/1/eir_2011_050.pdf. – Дата доступа: 29.11.2021.

Журнал С.О.К. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.c-o-k.ru/articles/kaskadnaya-sistema-iz-kotlov-s-moduliruemymi-gorelkami-novaya-paradigma-dlya-promyshlennogo-ispol-zovaniya. – Дата доступа: 29.11.2021.

Мир котлов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kotle.ru/otoplenie/kaskadnoe-podklyuchenie-kotlov. – Дата доступа: 29.11.2021.

Мир котлов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kotle.ru/otoplenie/kaskadnoe-podklyuchenie-kotlov. – Дата доступа: 29.11.2021.

«ТеплоГидроМаш» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://teplogidromash.ru/stati/kaskadnoe-podklyuchenie-kotlov-shema.html. – Дата доступа: 29.11.2021.