Anschlussplan für Kaskadenkessel. Kaskadenschaltung von Gaskesseln

Hausrenovierung Am meisten rationales System

Beim Heizen wird das Kühlmittel durch den Betrieb von zwei oder drei Kesseln heiß. Sie können jedoch in Leistung und Typ gleich sein. Diese Rationalität erklärt sich aus der Tatsache, dass ein Wärmeerzeuger nur wenige Wochen im Jahr mit voller Leistung arbeitet. Zu anderen Zeiten müssen Sie die Produktivität reduzieren. Dies führt zu einem Rückgang der Effizienz und einem Anstieg der Heizkosten.

Mehrere kombinierte Geräte ermöglichen eine flexiblere Steuerung des Rohrleitungsbetriebs ohne Effizienzverlust, da es ausreicht, ein oder zwei Geräte auszuschalten. Wenn einer von ihnen ausfällt, erhöht das System außerdem weiterhin die Temperatur im Haus.

Anschlussarten von zwei oder mehreren Kesseln

1. Der Einsatz einer größeren Anzahl identischer Kessel erfordert einen speziellen Anschlussplan. Sie können sie zu einem System kombinieren:.
2. Parallel.
3. Kaskadiert oder sequentiell.

Nach dem Schema der Primär-Sekundär-Ringe

Merkmale der Parallelschaltung

1. Es gibt folgende Funktionen: Die Warmwasserversorgungskreisläufe beider Kessel sind an die gleiche Leitung angeschlossen. Diese Kreisläufe müssen über Sicherheitsgruppen und Ventile verfügen. Letzte kann manuell oder automatisch geschlossen werden
2. . Der zweite Fall ist nur möglich, wenn Automatisierung und Servos verwendet werden.
3. einer anderen Zeile beitreten. Diese Kreisläufe verfügen auch über Ventile, die durch die oben erwähnte Automatisierung gesteuert werden können.
4. Die Umwälzpumpe befindet sich in der Rücklaufleitung vor der Verbindungsstelle der Rücklaufleitungen der beiden Kessel. Beide. An einem der Kollektoren befindet sich ein Ausdehnungsgefäß. In diesem Fall wird an das Ende der Leitung, an die der Tank angeschlossen ist, eine Nachspeiseleitung angeschlossen. Selbstverständlich sind am Anschlusspunkt ein Rückschlagventil und ein Absperrventil vorhanden. Der erste verhindert, dass heißes Kühlmittel in die Nachspeiseleitung gelangt.
5. Zweige erstrecken sich von den Kollektoren zu den Heizkörpern. Fußbodenheizung, . Jeder von ihnen ist mit einer eigenen Umwälzpumpe und einem Kühlmittelablassventil ausgestattet.

Die Verwendung einer solchen Rohrleitungsanordnung ohne Automatisierung ist sehr problematisch, da die Ventile an den Vor- und Rücklaufleitungen eines Kessels manuell geschlossen werden müssen. Geschieht dies nicht, strömt das Kühlmittel durch den Wärmetauscher des ausgeschalteten Kessels. Und das stellt sich heraus:

1. zusätzlicher hydraulischer Widerstand im Wasserheizkreislauf des Geräts;
2. Steigerung des „Appetits“ Umwälzpumpen(Sie müssen diesen Widerstand überwinden). Dementsprechend steigen die Energiekosten;
3. Wärmeverluste zur Beheizung des Wärmetauschers eines ausgeschalteten Kessels.

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Daher ist es notwendig, die Automatisierung korrekt zu installieren, die das ausgeschaltete Gerät vom Heizsystem trennt.

Kaskadenschaltung von Kesseln

Das Konzept der Kaskadenkessel bietet Verteilung der Wärmelast auf mehrere Einheiten, die unabhängig arbeiten und das Kühlmittel so stark erwärmen können, wie es die Situation erfordert.

Kann wie Kessel mit Stufen kaskadiert werden Gasbrenner und mit modulierten. Letztere ermöglichen im Gegensatz zu ersteren eine stufenlose Änderung der Heizleistung. Es ist erwähnenswert, dass bei Kesseln mit mehr als zwei Stufen der Gasversorgungsregelung die dritte und die übrigen Stufen ihre Produktivität verringern. Daher ist es besser, Geräte mit modulierendem Brenner zu verwenden.

Bei einer Kaskadenschaltung fällt die Hauptlast auf einen von zwei oder drei Kesseln. Die zusätzlichen zwei oder drei Geräte schalten sich nur bei Bedarf ein.

Die Merkmale dieser Verbindung sind wie folgt:

1. Die Verkabelung und Steuerungen sind so ausgelegt In jeder Einheit besteht die Möglichkeit, die Kühlmittelzirkulation zu steuern. Dadurch können Sie den Wasserfluss in nicht angeschlossenen Kesseln stoppen und Wärmeverluste durch deren Wärmetauscher oder Gehäuse vermeiden.
2. Anschließen der Wasserversorgungsleitungen aller Kessel an ein Rohr und der Kühlmittelrücklaufleitungen an das zweite. Tatsächlich erfolgt der Anschluss der Kessel an das Stromnetz parallel. Dank dieses Ansatzes hat das Kühlmittel am Einlass jeder Einheit die gleiche Temperatur. Dadurch wird auch die Bewegung erhitzter Flüssigkeit zwischen getrennten Kreisläufen vermieden.

Der Vorteil der Parallelschaltung ist Vorheizen des Wärmetauschers vor dem Einschalten des Brenners. Dieser Vorteil entsteht zwar, wenn Brenner verwendet werden, die das Gas verzögert nach dem Einschalten der Pumpe zünden. Eine solche Erwärmung minimiert den Temperaturunterschied im Kessel und vermeidet die Bildung von Kondenswasser an den Wänden des Wärmetauschers. Dies gilt für Situationen, in denen ein oder zwei Kessel längere Zeit ausgeschaltet waren und Zeit zum Abkühlen hatten. Wenn sie kürzlich ausgeschaltet wurden, können Sie durch die Bewegung des Kühlmittels vor dem Einschalten des Brenners die im Feuerraum gespeicherte Restwärme absorbieren.

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Rohrleitungskessel mit Kaskadenschaltung

Sein Schema ist wie folgt:

1. 2–3 Rohrpaare, die von 2–3 Kesseln ausgehen.
2. Umwälzpumpen, Rückschlagventile und Absperrventile. Sie sind an den Rohren, die das Kühlmittel zum Kessel zurückführen sollen. Pumpen dürfen nicht verwendet werden, wenn sie in der Anlagenkonstruktion vorgesehen sind.
3. Absperrventile an Warmwasserversorgungsleitungen.
4. 2 dicke Rohre. Einer ist vorgesehen für die Zufuhr von Kühlmittel in das Netzwerk, der andere für die Rückführung. An diese sind entsprechende, von den Kesselgeräten ausgehende Rohre angeschlossen.
5. Sicherheitsgruppe an der Kühlmittelzuleitung. Es besteht aus einem Thermometer, einer Kalibrierthermometerhülse, einem Thermostat mit manueller Entriegelung, einem Manometer, einem Druckschalter mit manueller Entriegelung und einem Reservestopfen.
6. Hydraulisch Separator Niederdruck . Dadurch können Pumpen eine ordnungsgemäße Kühlmittelzirkulation durch die Wärmetauscher ihrer Kessel erzeugen, unabhängig von der Durchflussrate des Heizsystems.
7. Heizungsnetzkreise mit Absperrventilen und jeweils einer Pumpe.
8. Mehrstufiger Kaskadenregler. Seine Aufgabe besteht darin, das Kühlmittel am Ausgang der Kaskade zu messen (häufig befinden sich Temperatursensoren im Bereich der Sicherheitsgruppe). Basierend auf den erhaltenen Informationen bestimmt die Steuerung, ob ein-/ausgeschaltet werden soll und wie die in einer Kaskadenschaltung zusammengefassten Kessel funktionieren sollen.

Ohne den Anschluss eines solchen Reglers an die Rohrleitungen ist der Betrieb von Kesseln in einer Kaskade nicht möglich, da sie als eine Einheit arbeiten müssen.

Merkmale des Schemas der Primär-Sekundär-Ringe

Dieses Schema bietet primäre Ringorganisation, durch die das Kühlmittel ständig zirkulieren muss. An diesen Ring sind Heizkessel und Heizkreise angeschlossen. Jeder Kreislauf und jeder Kessel ist ein Sekundärring.

Ein weiteres Merkmal dieses Schemas ist das Vorhandensein einer Umwälzpumpe in jedem Ring. Durch den Betrieb einer separaten Pumpe entsteht im Ring, in den sie eingebaut ist, ein bestimmter Druck. Die Montage hat auch einen gewissen Einfluss auf den Druck im Primärring. Beim Einschalten tritt also Wasser aus der Wasserversorgungsleitung aus, gelangt in den Primärkreis und verändert dort den hydraulischen Widerstand. Dadurch entsteht eine Art Barriere auf dem Weg der Kühlmittelbewegung.

Gaskessel in Privathäusern sind in der Regel an einen Stromkreis angeschlossen. Diese Verbindungsmethode hat jedoch ihre Nachteile. Es ist viel effektiver, wenn das System mehrere Geräte verwendet. Das Kesselrohrsystem selbst kann in diesem Fall kaskadiert werden.

Merkmale der Kaskadenverbindung

Wenn Gaskessel in Reihe an den Heizkreis angeschlossen werden und stufenweise aufgebaut werden, ist dies sehr praktisch. Gleichzeitig ist die Steuerung des Kaskadenzyklus allgemein und der Eigentümer kann die Systemparameter basierend auf den Bedingungen unabhängig konfigurieren. Während andere Parameter automatisch angepasst werden. Experten nennen diese Konfigurationsmethode flexibel.

Nach dem Kaskadenprinzip angeschlossene Gaskessel können zur Lösung von Heizproblemen in Wohngebäuden mit einer Gesamtfläche von nicht mehr als 500 Quadratmetern eingesetzt werden Quadratmeter. Und obwohl diese Angaben für die Nutzung nicht zwingend sind, entscheidet der Eigentümer selbstständig über die Sinnhaftigkeit der Installation eines zusätzlichen Heizkessels, wenn die zu beheizende Fläche größer ist.

In jedem Fall sind nach dem Kaskadenprinzip angeschlossene Gaskessel sehr effizient im Einsatz. Wer sie einbaut, wird das schon bald spüren.

Was wird für die Kaskadenverbindung benötigt?

Wenn Sie Gaskessel in Kaskadenform anschließen möchten, müssen Sie sich selbstständig für den optimalen Kreislauf entscheiden und dessen Parameter unter Berücksichtigung aller professionellen Einschätzungen wichtiger Faktoren berechnen. Beispielsweise kann das Einschalten von Heizkesseln nacheinander möglich sein, ohne dass dies erforderlich ist zusätzliche Ausrüstung nur wenn die Pumpe von jedem Gaskessel wird in der Lage sein, Kühlmittel durch den Heizkreislauf zu pumpen. Für ein kleines Wohnhaus reicht das völlig aus.

Wenn jedoch Gaskessel für ein großes Gebäude mit mehreren Etagen verwendet werden, muss eine spezielle hydraulische Weiche verwendet werden. Dadurch werden die finanziellen Kosten optimiert, ein höherer Komfort und ein rationellerer Verbrauch von blauem Kraftstoff gewährleistet.

Kaskadenkesselhaussysteme gab es in der einen oder anderen Form praktisch während der gesamten Geschichte dieser Technologie, unabhängig von der Art des Brennstoffs und dem Anwendungsbereich. Typischerweise war die Notwendigkeit, solche Lösungen einzusetzen, mit der Begrenzung der Leistung einer einzelnen Kesseleinheit oder der dafür zulässigen Betriebsarten verbunden. Mit der Entwicklung von Technologien, die sowohl im thermomechanischen Teil der Kesselkonstruktion als auch im Bereich der Automatisierung eingesetzt werden, wird der Einsatz von Kaskadenlösungen jedoch zunehmend nicht mehr zu einer erzwungenen Maßnahme, sondern zur technisch und wirtschaftlich machbarsten Wahl.

In diesem Artikel werden wir uns mit den Hauptvorteilen der Verwendung befassen , verschiedene thermomechanische Schemata und Automatisierungsprobleme solcher Kesselhäuser.

Wir werden uns nicht auf die Vorteile eines separaten Brennwertkessels gegenüber einem nicht kondensierenden (herkömmlichen) Heizkessel konzentrieren. Irgendwie deutlich mehr Effizienz und Fehlertoleranz. Wir weisen jedoch auf die Vorteile des Einsatzes solcher Kessel in einer Kaskade hin.

Die Hauptvorteile des Einsatzes von Kesselkaskaden

Die meisten der unten aufgeführten Vorteile lassen sich nicht nur auf Brennwertkessel zurückführen, sondern wir gehen gesondert darauf ein, was sie konkret auszeichnet dieser Typ Techniken innerhalb des relevanten Themas.

Erhöhung des gesamten Leistungsmodulationsbereichs

Wie oben erwähnt, Hauptgrund zur Installation mehrerer Kessel in einer Kaskade – Erhöhung der maximalen Leistung des Kesselraums bei gleichzeitiger Begrenzung der Leistung einer einzelnen Einheit. Unter diesem Gesichtspunkt sind alle Kessel sozusagen gleichberechtigt.

Gleichzeitig sollten wir das nicht vergessen moderne Systeme Die Wärmeversorgung unterliegt erhöhten Anforderungen hinsichtlich der Energieeffizienz. Und eines der Hauptprinzipien bei der Gewährleistung dieses Prinzips besteht darin, sicherzustellen, dass die aktuelle Leistung der Wärmeerzeuger dem Bedarf des Systems entspricht, nicht mehr und nicht weniger. Dementsprechend spielt auch die Untergrenze der Heizraumleistungsmodulation eine wichtige Rolle. Der Einsatz einer Kaskade trägt dazu bei, diese Grenze deutlich zu reduzieren. Dies gilt auch für die mittleren Breiten die meisten Jahr beträgt der Wärmebedarf nicht mehr als 30-40 % des Maximums.

Beim Einsatz identischer Wärmeerzeuger in einer Kaskade wird die untere Leistungsgrenze einfach ermittelt, indem die Mindestproduktivität eines einzelnen Kessels durch deren Anzahl dividiert wird. Und hier ist gut zu erkennen, wie Brennwertkessel in einem guten Licht hervorstechen. Die Mindestmodulation für die modernsten Wandheizkessel beträgt ca. 15 %. Wenn man also beispielsweise vier solcher Kessel verwendet, erhält man einen Gesamtbereich der stufenlosen Modulation von 4–100 %. Darüber hinaus steigt der Wirkungsgrad von Brennwertkesseln im Gegensatz zu herkömmlichen Heizkesseln nur mit abnehmender Modulation.

Gewährleistung einer hohen Fehlertoleranz im Heizraum

Genug offensichtlicher Vorteil. Je größer die Anzahl der Kessel in einer Kaskade ist, desto geringer ist der Einbruch der Gesamtleistung, wenn ein separater Wärmeerzeuger ausfällt und gewartet wird.

Einfache Installation und Wartung der Ausrüstung

Unabhängig von der Gesamtkapazität des Heizraums sind wir sowohl bei der Planung als auch bei der Installation häufig mit Einschränkungen des verfügbaren Platzes konfrontiert.

Der Komfort für Installateure und Wartungsorganisationen liegt in der einfachen Lieferung eines separaten Kessels an den Ort der direkten Installation zu jedem Zeitpunkt. Dies gilt insbesondere für Dachkesselhäuser, bei denen im Falle eines notwendigen Austauschs des Wärmeerzeugers (wenn auch äußerst unwahrscheinlich) dessen Leichtigkeit und Kompaktheit eine entscheidende Rolle spielen können. In diesem Zusammenhang sollten Sie auch den vorherigen Absatz dieses Abschnitts nicht vergessen.

Möglichkeit einer kontinuierlichen Steigerung der Heizraumleistung

Zunehmend verwendet in in letzter Zeit eine Möglichkeit, Investitionen auf verschiedene Bauphasen zu verteilen.

Mit Kaskadenlösungen können Sie die Leistung sukzessive erhöhen bestehendes System. Selbstverständlich muss der hydraulische Teil die Möglichkeit einer solchen Erweiterung bieten.

Hydraulikdiagramme

Es gibt eine große Vielfalt an hydraulischen Systemen für die Verrohrung von Kaskadenkesselhäusern. Wir werden uns die wichtigsten ansehen, die bei der Arbeit verwendet werden Brennwertkessel. Die allgemeine Anforderung an solche Systeme ist die Möglichkeit eines hydraulisch unabhängigen Betriebs einzelner Wärmeerzeuger. Diese Anforderung bedeutet in erster Linie das zwingende Vorhandensein einer separaten Umwälzpumpe für jeden Kessel. Im modernsten Wandkessel In der Industrieserie ist diese Pumpe eingebaut. Um sicherzustellen, dass die Umwälzmenge durch einen einzelnen Kessel nicht sowohl von anderen Kesseln als auch vom Betrieb von Verbraucheranlagen abhängt, werden üblicherweise hydraulische Weichen eingesetzt, die auch als „hydraulische Weichen“ bezeichnet werden. Es sind jedoch auch andere Wege zur Lösung dieses Problems möglich.

Gleichwertige Kessel mit hydraulischer Weiche

Die häufigste Option. Die Kessel sind hydraulisch gleichwertig, die Unabhängigkeit wird durch den Einsatz eines hydraulischen Pfeils gewährleistet.

Die Anzahl der Kessel kann natürlich wirtschaftlich beliebig sein. Durch die richtige Automatisierung kann eine gleichmäßige Lebensdauer des Kessels über die gesamte Lebensdauer gewährleistet werden.

Es gibt jedoch Situationen, in denen ein solches Schema beim Einsatz von Brennwertkesseln nicht optimal ist. Nämlich dann, wenn der Leistungsbedarf der Anlage zur Warmwasserbereitung von einem kleinen Teil der Kessel der gesamten Kaskade gedeckt werden kann: einem oder zwei. Für die meisten effiziente Arbeit Bei Brennwertkesseln ist ein Niedrigtemperaturbetrieb der Verbraucheranlage wünschenswert (mit einer Rücklauftemperatur unterhalb des Taupunktes), gleichzeitig z schnelles Aufheizen Trinkwasser Um die geforderten Werte zu erreichen, ist eine hohe Kesselwassertemperatur erforderlich. Um bei der Warmwasserbereitung nicht die gesamte Kaskade aus dem Kondensationsbetrieb zu nehmen, können Sie das folgende Schema verwenden.

Schema mit hydraulischer Weiche und separatem Boiler für den Warmwasserbedarf

In diesem Fall ist es möglich, einen separaten Kessel aus der Kaskade zu entfernen, um diese aufzuheizen hohe Temperatur und Aufbereitung von heißem Trinkwasser. In diesem Fall erhöht sich die Gesamteffizienz der Anlage. Bei Anlagen mit Niedertemperaturverbrauchern ist die durchschnittliche jährliche Effizienzsteigerung höher.

Der Nachteil dieser Regelung ist gleichzeitig der hohe Ressourcenverbrauch des oder der Kessel, die für die Warmwasserbereitung vorgesehen sind.

Schema mit Hauptverteiler zur Gewährleistung der hydraulischen Unabhängigkeit

Um zu verdeutlichen, dass die hydraulische Weiche kein zwingender Bestandteil der Schaltung ist, stellen wir oben eine Variante der Schaltung vor.

Um die Unabhängigkeit der Kessel zu gewährleisten, wird in diesem Fall am Verteiler ein Abschlussabschnitt verwendet, der eine ständige Zirkulation des Kühlmittels durch jeden Wärmeerzeuger gewährleistet. Diese Anordnung kann praktisch sein, wenn ein Heizraum auf dem Dach genutzt wird und Verteilungssysteme für Verbraucherkreise im Keller untergebracht werden, da sie Platz spart, da kein hydraulischer Schalter erforderlich ist.

Gleichzeitig erfordert die Konzeption dieser Lösung jedoch ein besonderes Augenmerk auf die Auswahl der Kesselpumpen, da diese auch den Druckverlust in der Hauptleitung gewährleisten müssen. Aus dem gleichen Grund wird dieses Schema nur bei bodenstehenden Brennwertkesseln angewendet. Bei modernen Wandheizkesseln ist die Pumpe eingebaut und ihr Leistungsbereich genau auf den effizienten Betrieb des jeweiligen Heizkessels abgestimmt.

Automatisierung von Kaskadenkesselhäusern

Die Rolle von Automatisierungsgeräten kann im Hinblick auf die Bequemlichkeit der Organisation von Kaskadenkesselhäusern, ihre Zuverlässigkeit und Effizienz nicht hoch genug eingeschätzt werden.

Es ist die Automatisierung, die dafür verantwortlich ist, die maximale Effizienz der in einer Kaskade arbeitenden Kessel herauszuholen und gleichzeitig die Reaktionsfähigkeit der Wärmeerzeuger auf Signale von Verbrauchern sicherzustellen.

Bei modernen Brennwertkesseln der Industriebaureihe ist die Kaskadenlogik in die Grundautomatisierung integriert und gerätespezifisch optimiert.

Hauptfunktionen der Kaskaden-Kesselraumautomation:

Anforderungen der Verbraucher an die Wärmeerzeugung erfassen und Prioritäten festlegen (Warmwasserbereitung, Heizung, Lüftung etc.)

Ermittlung der optimalen Betriebsart für jeden einzelnen Kessel zur Bereitstellung der benötigten Leistung.

Gewährleistung einer gleichmäßigen Entwicklung der Kessellebensdauer (mit den oben erläuterten seltenen Ausnahmen).

Überwachung und Meldung von Kesselunfällen.

Wenn wir über die Besonderheit des Automatisierungsbetriebs speziell bei einer Brennwertkesselkaskade sprechen, dann liegt sie in der Strategie zum Ein- und Ausschalten der Kessel aus dem laufenden Betrieb. Es gibt drei Hauptstrategien:

Später einschalten, früher ausschalten.
In dieser Betriebsart werden bei steigendem Wärmebedarf möglichst spät weitere Heizkessel in Betrieb genommen, d. h. bereits eingeschaltete Heizkessel laufen mit maximaler Leistung. Wenn der Leistungsbedarf sinkt, werden die Kessel so früh wie möglich aus der Kaskade entfernt. Diese Strategie gewährleistet die geringste Anzahl gleichzeitig betriebener Kessel, deren Betrieb mit maximaler Leistung und die kürzeste Betriebszeit zusätzlicher Kessel.

Standard für nicht kondensierende Heizkessel. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es bei Nicht-Brennwertkesseln zu einem leichten Wirkungsgradabfall kommt, wenn sie mit reduzierter Modulation betrieben werden.


Schalten Sie es später ein, schalten Sie es später aus.
Zusätzliche Heizkessel so spät wie möglich einschalten, aber auch so spät wie möglich ausschalten. Wird verwendet, wenn Sicherheit erforderlich ist Mindestmenge Schaltvorgänge des Kesselbrenners.


Früher einschalten, später ausschalten.
Bei steigendem Wärmebedarf die Zusatzkessel so früh wie möglich einschalten und bei sinkendem Wärmebedarf so spät wie möglich ausschalten.

Genau diese Regelungsstrategie wird bei modernen Brennwertkesseln angewendet. Gleichzeitig arbeitet jeder einzelne Kessel mit einer minimalen Modulation, um den Wärmebedarf zu decken. Die Anzahl der funktionierenden Kessel ist maximal. Dadurch erreichen wir den maximalen Wirkungsgrad der Kaskadenanlage bei möglichst gleichmäßiger Lebensdauer der Kessel.

Das Kaskadenverfahren zur Verbindung von Kesseln wird seit vielen Jahren angewendet. Das Konzept ist einfach: Teilen Sie die gesamte Heizlast auf zwei oder mehr unabhängig gesteuerte Kessel auf und schalten Sie nur die Kessel ein, die den Bedarf für eine bestimmte Last zu einem bestimmten Zeitpunkt decken. Jeder Kessel repräsentiert seine eigene „Stufe“ der Heizleistung in der Gesamtleistung der Anlage. Ein intelligenter Controller (Mikrocontroller) überwacht ständig die Temperatur der Kühlmittelversorgung und bestimmt, welche Stufen des Systems eingeschaltet werden müssen, um die eingestellte Temperatur aufrechtzuerhalten.

VORTEILE
Verwendung eines Kaskadensystems:

Erhöhte saisonale Effizienz des Systems im Vergleich zur Verwendung eines leistungsstarken Kessels;
-Teillastabdeckung auch dann, wenn einer der Heizkessel abgeschaltet ist, z.B Servicearbeiten. Dies ist besonders wichtig in rauen Klimazonen, wo niedrige Temperaturen dazu führen können, dass ein nicht funktionierendes System sehr schnell einfriert.
- Ein Kaskadensystem ist viel einfacher zu installieren als ein großer Kessel, insbesondere bei der Modernisierung des Systems. Darüber hinaus sind Ersatzteile für leistungsschwächere Kessel günstiger;
- die Fähigkeit, gleichzeitig sowohl hohe Lasten für die Warmwasserversorgung oder den Vereisungsschutz als auch viel geringere Lasten für die Heizung bereitzustellen.

Wir stellen die Leistungsmerkmale zweier verschiedener Kaskadensysteme in Bezug auf ein hypothetisches Lastdiagramm dar. Das erste System verwendet zwei Kessel mit einstufige Brenner, von denen jeder 50 % der Auslegungslast bereitstellen kann. Das zweite System nutzt vier Kessel mit einstufigen Brennern, die jeweils 25 % der Auslegungslast liefern können. Es ist offensichtlich, dass ein System mit vier statt zwei Kesseln die Bedingungen der Auslegungslasten effektiver erfüllen kann. Auf dieser Grundlage kann davon ausgegangen werden, dass das Kaskadensystem die Lasten umso besser erfüllt, je mehr Stufen es aufweist. Dies ist besonders effektiv, wenn die erforderliche Leistung gering ist. Mit zunehmender Stufenzahl nimmt jedoch die Wärmeübertragungsfläche des Systems (Kesselgehäuse) zu, über die Wärme verloren geht, was letztendlich die Vorteile zunichte machen kann erhöhte Effizienz ein solches System. Daher ist es nicht immer ratsam, mehr als vier Stufen zu verwenden. Eine inhärente Einschränkung eines „einfachen“ Kaskadensystems (Kessel mit einstufigen oder zweistufigen Brennern) ist die schrittweise Steuerung der Heizleistung (Systemleistung) und nicht ein kontinuierlich gesteuerter Prozess. Obwohl der Einsatz von mehr als zwei Stufen die Heizleistung jedes Kessels deutlich reduziert, wäre die ideale Lösung ein „moduliertes“ Kaskadensystem (Kessel mit modulierenden Brennern). Mit modulierenden Brennern können Sie die Leistung stufenlos an den Wärmebedarf anpassen, ohne das mengenmäßige Brennstoff-Luft-Verhältnis zu verändern, d. h. wenn sich abhängig von der zugeführten Luftmenge und dem aerodynamischen Widerstand die der Brennkammer zugeführte Kraftstoffmenge ändert. Dies gewährleistet einen stabilen Kesselwirkungsgrad und minimale Schadstoffkonzentrationen in den Rauchgasen bei variabler Wärmelast. Nächster Schritt. Neuester Trend bei der Lösung von Kaskadensystemen - ein moduliertes Kaskadensystem. Im Gegensatz zur Verwendung von Stufenbrennern sind Kessel mit modulierenden Brennern in der Lage, die Menge der Brennstoffzufuhr stufenlos zu ändern und somit die Höhe der Heizleistung über einen weiten Wertebereich zu steuern. Heutzutage ist der Markt für Heizgeräte weitgehend durch Kessel geringer Leistung mit modulierenden Brennern vertreten, die in der Lage sind, die Kesselleistung im Bereich von 30–100 % der Nennwärmeleistung stufenlos zu ändern. Die Fähigkeit von Kesseln mit modulierenden Brennern, den Brennstoffverbrauch zu senken, wird oft als Brennerbetriebsregelkoeffizient bezeichnet (d. h. das Verhältnis der maximalen Wärmeleistung des Kessels zu seiner minimalen). Beispielsweise beträgt das Betriebsregelverhältnis eines Kesselbrenners mit einer maximalen Wärmeleistung von 50 kW und einem minimalen Brennstoffverbrauch von 10 kW 50 kW/10 kW oder 5:1. Der Gesamtbetriebsregelkoeffizient der in einem Kaskadensystem installierten Kessel übersteigt den Koeffizienten eines einzelnen Kessels erheblich. Werden in einer Kaskadenanlage beispielsweise vier Kessel mit einer maximalen Heizleistung von 50 kW und einer minimalen Heizleistung von 10 kW eingesetzt, liegt die Gesamtleistungsregelung im Bereich von 200 kW bis 10 kW. Folglich beträgt das Betriebsregelverhältnis eines solchen Systems 20:1. Bei geringer Wärmeleistung arbeitet der Wärmetauscher eines Kessels mit modulierendem Brenner bei einer relativ niedrigen Temperatur der Wärmetauscherflächen des Kessels auf der Verbrennungsseite. Wenn ein solcher Kessel zur Befriedigung geringer Lasten eingesetzt wird, z.B. Fußbodenheizung, sein Betrieb wird normalerweise von einer kontinuierlichen Kondensation der Rauchgase begleitet. Um Schäden am Wärmetauscher durch Kondensation zu vermeiden, verwenden moderne Kessel mit modulierenden Brennern Wärmetauscher aus Edelstahl oder Aluminium. Beim Betrieb bei niedrigen Temperaturen kann der Wirkungsgrad solcher Kessel 95 % überschreiten. Niedrigleistungskessel mit modulierenden Brennern werden in der Regel mit einer geschlossenen Brennkammer konstruiert, was das Spektrum an konstruktiven Lösungen für Luftzufuhr- und Verbrennungsprodukte-Entfernungssysteme erweitert, da die Schornsteine ​​solcher Kessel nicht unbedingt gerade sein müssen. Typischerweise bestehen Schornsteine ​​aus verzinktem Blech, Edelstahl oder Aluminium. Bei einigen Kesselmodellen, zum Beispiel beim Vaillant VU 505, wird jedoch erfolgreich ein System aus flexiblen Polypropylen-Schornsteinen eingesetzt (sie können alt, indirekt oder für den Normalbetrieb ungeeignet eingebaut werden). Rauchkanäle).

Systemfunktionen
Es gibt drei wichtige Funktionen, was beim Entwurf eines „modulierten“ Kaskadensystems berücksichtigt werden sollte. Erste. Merkmale der Versorgungsleitungen und Regler sollten eine unabhängige Einstellung der Durchflusszirkulation durch jeden Kessel ermöglichen. Durch einen stillstehenden Kessel darf kein Wasser zirkulieren, da sonst die Wärme des Kühlmittels über den Wärmetauscher oder das Kesselgehäuse abgeführt wird. Dies gilt auch für das einfache Kaskadensystem. Eine unabhängige Regelung des Kühlmittelflusses wird durch die Ausstattung jedes Kessels mit einer individuellen Umwälzpumpe erreicht. Bei der Parallelinstallation von Umwälzpumpen sollten nachgeschaltete Pumpen installiert werden, um den Rückfluss des Kühlmittels durch stillstehende Kessel zu verhindern Rückschlagventile. Optimale Lösung diese Situation - Installation einer Umwälzpumpe mit nassem Rotor mit eingebautem Absperrventile. Die Versorgung jedes Kessels mit Kühlmittel über einzelne Umwälzpumpen ermöglicht es, den Druck im Wärmetauscher eines laufenden Kessels zu erhöhen, um Kavitation und explosionsartige Dampfbildung zu verhindern.

Zweite wichtiger Punkt- Parallelschaltung der Vor- und Rücklaufleitungen für jeden Kessel (insbesondere bei Verwendung von Brennwertkesseln). Dadurch können Sie am Einlass zu jedem Kessel die gleiche Wassertemperatur aufrechterhalten und bei Bedarf den Kühlmittelfluss zwischen den Kreisläufen verhindern. Niedrige Temperatur Das dem Kessel zugeführte Kühlmittel fördert die Kondensation von Wasserdampf aus Verbrennungsprodukten und erhöht die Effizienz des Systems. Einige Kaskadenregler für Kessel mit modulierenden Brennern sind mit einer „Zeitverzögerung“-Funktion ausgestattet, das heißt, sie können die Umwälzpumpe eines bestimmten Kessels kurz vor dem Einschalten des Brenners einschalten. Sie können die Pumpen auch nach dem Ausschalten des Brenners noch einige Zeit weiterlaufen lassen. Der erste sorgt dafür, dass der Kesselwärmetauscher durch das warme zugeführte Kühlmittel des Systems erwärmt wird, wodurch ein Thermoschock aufgrund eines erheblichen Temperaturunterschieds (und die Kondensation von Rauchgasen bei herkömmlichen Kesseln) beim Zünden des Brenners verhindert wird. Die zweite besteht darin, die Restwärme des Wärmetauschers zu nutzen und sie nicht über das Lüftungssystem abzuführen, nachdem der Kessel den Betrieb beendet hat. Und drittens ist es sehr wichtig, dass Umwälzpumpen unabhängig von der Systemdurchflussrate einen ausreichenden Kühlmittelfluss durch die laufenden Kessel gewährleisten. Eng beieinander liegende T-Verbindungen (Abbildung 2) oder Verteiler mit geringem Druckabfall (Abbildung 3) sorgen für eine Strömungsumleitung vom Systemfluss, um unabhängig von Durchflussänderungen einen ausreichenden Kesselfluss sicherzustellen Vertriebssystem. Eng beieinander liegende T-Rohrverbindungen am Primär-/Sekundärkreislauf werden verwendet, um den Druckunterschied zwischen den Kreisläufen „abzubauen“.

Modulierte Steuerung
Ein mehrstufiger Regler für ein einfaches Kaskadensystem mit PID (Proportional-Integral-Differential-Regelung) misst ständig die Temperatur des dem System zugeführten Kühlmittels, vergleicht sie mit dem berechneten Wert und bestimmt, welcher Brenner eingeschaltet werden soll und welcher ausgeschaltet. Um die Kesselkaskade zu steuern und einen sparsamen Brennstoffverbrauch zu erreichen, ist der Einsatz einer speziellen Automatisierung erforderlich. Einer der Kaskadenkessel fungiert als „Master“ und wird zuerst eingeschaltet, die übrigen – „Slaves“ – werden nach Bedarf zugeschaltet. Mit der automatischen Steuerung können Sie die Rolle des „Masters“ von einem Kessel auf einen anderen übertragen sowie die Einschaltsequenz der „Slave“-Kessel und die Temperaturdifferenzen für das Einschalten jeder nachfolgenden Stufe festlegen. Tritt eine Störung im Führungskessel auf, wird die Priorität automatisch geändert. Wenn von keiner der Zonen eine Wärmeanforderung kommt, schaltet der Regler alle Kessel ab und nimmt sie bei Eingang eines Bedarfssignals in Betrieb. Nach dem Abschalten des letzten Kessels schaltet sich die Umwälzpumpe zeitverzögert ab. In den meisten „modulierten“ Kaskadensystemen ist die Steuerungsmethode unterschiedlich. In der Regel zielt die Regelung darauf ab, die Betriebszeit von Kesseln im Niedertemperaturbereich und bei Teilleistung zu maximieren. Obwohl verschiedene Hersteller Angebot verschiedene Systeme Bei der Steuerung ist die allgemein akzeptierte Vorgehensweise die folgende: Einschalten des Kessels und anschließendes Modulieren seines Betriebs auf ein Niveau der Heizleistung, das der erforderlichen Last entspricht. Bei zusätzlichem Wärmebedarf wird die Heizleistung des ersten Heizkessels deutlich reduziert, der zweite Heizkessel zugeschaltet und anschließend die Heizleistung beider Heizkessel entsprechend der erforderlichen Last angepasst. Dieses Schema sorgt dafür, dass beide Kessel mit geringerer Heizleistung und damit schonender betrieben werden, im Gegensatz zum Betrieb eines Kessels mit voller Leistung. Dadurch vergrößert sich die Wärmeaustauschfläche und damit die Wahrscheinlichkeit der Kondensation von Wasserdampf aus den Verbrennungsprodukten sowie die Effizienz des Systems. Angenommen, die Last steigt weiter an und zwei Kessel, die mit relativ hoher Heizleistung arbeiten, können ihre Bedingungen nicht erfüllen, dann reduziert der zweite Kessel den Brennstoffverbrauch, der dritte wird eingeschaltet und die Heizleistung der zweiten und dritten Stufe wird parallel moduliert auftritt. Bei manchen Anlagen ist der erste Kessel auch in der Lage, den Brennstoffverbrauch zu senken, wenn die übrigen Stufen aktiviert werden, sodass alle drei Leistungsstufen parallel gesteuert werden können.

Betriebsarten
Die meisten Kaskadenregler beherrschen mindestens zwei Betriebsarten. Im Heizbetrieb kommt ein witterungsabhängiges Regelungsprinzip zum Einsatz, d. h. der eingestellte Temperaturwert des dem System zugeführten Kühlmittels hängt von der Außentemperatur ab. Je niedriger die Außentemperatur, desto höher ist der eingestellte Wert für die Vorlauftemperatur. Durch dieses System entfällt die Notwendigkeit, einen Mischer zwischen Kessel und Heizungsverbrauchern einzusetzen. Im Warmwassermodus erfolgt die Softwaresteuerung des Systems, wenn der eingestellte Temperaturwert des zugeführten Kühlmittels nicht von den Außentemperaturen abhängt. Mit anderen Worten: Es wird ein bestimmter, ausreichend hoher Temperaturwert eingestellt, der sicherstellt hohes Niveau Wärmeübertragung durch den Sekundärwärmetauscher. Dieser Modus wird normalerweise verwendet, um eine höhere Temperatur des über den Wärmetauscher zugeführten Kühlmittels an Warmwasserverbraucher und Vereisungsschutzsysteme bereitzustellen. Die Modulation der Kesselleistung führt zu einer erheblichen Verringerung der Differenz zwischen der erforderlichen und der tatsächlichen Kühlmitteltemperatur, wodurch ein häufiges „Takten“ (Ein-/Ausschalten) des Kessels verhindert wird. Einige Regler sind auch für den Betrieb der Hauptumwälzpumpe verantwortlich und an das Versorgungsleitsystem des Gebäudes angeschlossen.

Klein, leise und leistungsstark
Das Verhältnis von Baugröße zu Heizleistung einiger modulierender Brennerkessel ist wirklich beeindruckend. Einige Hersteller bieten beispielsweise achtstufige „modulierte“ Kaskadensysteme mit einem Heizleistungsbereich von 30–960 kW an. Daher beträgt das Betriebsregelverhältnis eines solchen Systems 32:1. Ein solches System kann auf kleinem Raum platziert werden. Ein zusätzlicher Vorteil ist der niedrige Geräuschpegel des Systems. Die moderne Generation von Kleinleistungskesseln mit modulierenden Brennern sorgt für Platzersparnis, hohe Effizienz, leisen Betrieb und Zuverlässigkeit. Das perfekte Lösung V Niedertemperatursysteme Solche Kessel eignen sich ideal für Fußbodenheizungen, Vereisungsschutzsysteme, Poolheizungen, Warmwassersysteme sowie Wärmepumpensysteme, inkl. Geothermie. Im Bereich der Beheizung von Privathäusern haben sie sich bereits einen Platz erarbeitet. Als Teil eines Kaskadensystems stellen Kessel mit modulierenden Brennern eine neue Alternative zu industriellen Heizsystemen dar.

Kaskadenkessel- Dies ist eines der Anschlussschemata für Wärmeerzeuger, wodurch die Leistung jedes einzelnen Geräts erhöht wird Heizgerät. Diese Anschlussmethode ist bei großer Wärmelast gerechtfertigt und effektiv, sowie wenn zur Reduzierung der Heizkosten Kessel in Betrieb sind verschiedene Typen Kraftstoff. Der Kern dieses Schemas ist wie folgt: allgemein thermische Belastung wird auf mehrere unabhängig gesteuerte Wärmeerzeuger aufgeteilt, wonach nur diejenigen in die Kaskade einbezogen werden, die den Bedarf an Wärmeerzeugung in einem bestimmten Zeitraum decken. Die Reihen- oder Kaskadenschaltung von Kesseln ist üblicherweise in „Stufen“ unterteilt, von denen jede über eine separate Heizung verfügt und alle Stufen zusammen die Gesamtleistung des Wärmenetzes bilden.

In den meisten Fällen wird die Funktion von Standard-Heizungs- und Warmwasserversorgungssystemen von einem Kessel übernommen, dessen Auswahl auf der Grundlage der Anforderungen an die maximal mögliche Belastung erfolgt. Die tatsächliche Situation kann jedoch erheblich von den vorläufigen Berechnungen abweichen. Wie die Praxis in den meisten Fällen durchweg beweist Heizperiode Heizgeräte arbeiten in 80 % der Zeit mit nicht mehr als 50 % ihrer Kapazität. Wenn wir außerdem die gesamte Betriebssaison solcher Geräte berücksichtigen, liegt die durchschnittliche Belastung dieser Geräte zwischen 25 und 45 %. Somit verbraucht ein Hochleistungs-Wärmeerzeuger überschüssigen Brennstoff und kann die Heizkosten nicht effektiv kompensieren. Dies ist auf die oben genannten Indikatoren einer ungleichmäßigen und oft geringen Belastung zurückzuführen. Die Antwort auf dieses Problem könnte eine Kaskadenschaltung von Kesseln sein.

Die Regelung eines solchen Wärmeversorgungssystems erfolgt über einen speziellen Mikrocontroller oder eine intelligente Steuerung. Seine Aufgabe besteht darin, die Temperatur des Kühlmittels zu überwachen und zu bestimmen, wie viele Stufen eingeschaltet werden müssen, um diese Temperatur auf einem bestimmten Niveau zu halten. Dank dieser Regelung gewährleistet die Kesselkaskade unabhängig von den Jahreszeiten einen reibungslosen Betrieb aller Komponenten des Heizsystems mit der erforderlichen Leistung (in einem weiten Bereich). Dieser Vorgang erfolgt durch die sequentielle Verbindung mehrerer Wärmeerzeuger nacheinander. Kaskadenregelung in Kombination mit programmgesteuert ermöglicht es Ihnen, das Problem der Bestimmung des besten Verhältnisses der Leistung von Kessel und Heizsystem zu lösen. Dieses Funktionsprinzip ermöglicht es Ihnen, Energieressourcen zu schonen, ohne die angenehme Temperatur in den Räumlichkeiten zu senken. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, dass der Kaskadenkesselraum in der Nebensaison und in den warmen Wintermonaten lange Zeit bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen betrieben werden kann.

Anhand der obigen Informationen wird deutlich, dass eine Reihenschaltung mit mehreren Heizgeräten statt einem deutlich bessere Ergebnisse liefern kann Bemessungslasten Wärmeversorgungssysteme. Daher kann davon ausgegangen werden, dass ein bestimmtes Schema umso effizienter zu funktionieren beginnt, je mehr Schritte es enthält. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Der springende Punkt ist, dass mit der Zunahme der Anzahl solcher Wärmestufen auch die Oberflächenflächen, über die die Wärmeübertragung erfolgt, zunehmen werden. Vereinfacht ausgedrückt, werden die Wärmeenergieverluste durch Kesselgehäuse zunehmen. Dadurch können alle Vorteile einer Effizienzsteigerung durch ein Kaskaden-Kesselverbindungssystem zunichte gemacht werden. Daher wird es als ungeeignet angesehen, in dieser Schaltung mehr als vier Stufen zu verwenden.

Vorteile der Kaskadenschaltung von Kesseln und ihre Nachteile

Reihen- oder Kaskadenschaltung von Kesseln hat große Zahl Vorteile, darunter die folgenden:

Was die Nachteile der Kaskadenschaltung angeht, gibt es auch mehrere davon. Erstens steigen die Kosten des Heizsystems durch die Installation mehrerer Kessel und zusätzlicher Geräte zur Steuerung der Reihenschaltung. Zweitens benötigt eine solche Anzahl von Geräten mehr Platz im Heizraum als bei der Installation eines großen und leistungsstarken Heizgeräts. Und drittens wird der Anschluss der Kesselkaskade an den Schornstein etwas komplizierter.

Arten der Kaskadenschaltung von Kesseln

Diese Anschlussart von Wärmeerzeugern wird je nach Funktionsweise ihrer Brenner in drei Typen unterteilt. Typen serielle Verbindung Kessel sind wie folgt:

• Einfache Kaskade- Dazu gehören Wärmeerzeuger mit einstufigen oder zweistufigen Brennern. Ein solches System ist in der Lage, die Leistung jedes Heizgeräts zu erhöhen;
• Gemischte Kaskade- Diese Art der Verbindung umfasst verschiedene Wärmeerzeuger, von denen einer über einen modulierenden Brenner verfügt. In diesem Fall ist an einem solchen Heizgerät ein System zur Regelung der Kesselwassertemperatur installiert;
• Modulationsstufe- es umfasst nur Wärmeerzeuger mit modulierenden Brennern. Positiver Unterschied dieser Art Die Verbindung zu den beiden vorherigen besteht darin, dass die Brennstoffzufuhr stufenlos eingestellt wird und außerdem die Möglichkeit besteht, die Heizleistung in einem weiten Bereich zu ändern.

Es ist leicht zu erkennen, dass der Hauptunterschied zwischen den drei Arten der Kaskadenschaltung von Kesseln darin besteht, mit welchen Brennergeräten sie ausgestattet sind. Tatsache ist, dass es die Brenner sind, die einen großen Einfluss auf die Funktion des Heizsystems haben. So ermöglicht Ihnen ein einfaches Kaskadenschema, die Wärmeproduktion ausschließlich schrittweise zu regulieren. Daher die meisten optimaler Typ Die Reihenschaltung von Kesseln wird als modulierte Kaskade betrachtet, auch wenn die Tatsache berücksichtigt wird, dass die Verwendung von mehr als zwei Stufen die Leistung jedes einzelnen Heizkessels verringert. Die Sache ist, dass Geräte mit modulierenden Brennern es ermöglichen, die Leistung des Systems basierend auf dem Bedarf an Wärmeenergie kontinuierlich zu ändern. Durch dieses Funktionsprinzip können Sie den Kraftstoffverbrauch senken und somit Heizkosten sparen.

Bedingungen für die Erstellung einer modulierten Kaskade

Nach den obigen Informationen kann die modulierte Kaskade als die effektivste aller drei Arten solcher Verbindungen bezeichnet werden. Die Umsetzung hängt jedoch von drei Bedingungen ab, deren Erfüllung bereits in der Entwurfsphase sichergestellt werden muss.

Der Niederdruck-Hydraulikverteiler oder hydraulische Ausleger ist ein modernes und... wichtiges Element Kaskadenschaltung. Sein Zweck besteht darin, den Primär- und Sekundärkreis (also die Kreise von Kesseln und Verbrauchern) zu trennen und so eine Zone zur Reduzierung des hydraulischen Widerstands zu schaffen. Dadurch hängt der Kühlmittelfluss in diesen beiden Kreisläufen ausschließlich von der Leistung der Umwälzpumpen ab, die sich gegenseitig nicht beeinflussen. Ein solcher Abscheider sorgt für einen hydraulischen und Temperaturausgleich der Kreisläufe. Hydraulischer Ausleger ermöglicht Ihnen die Wartung konstanter Fluss Kühlmittel im Primärkreislauf und im Sekundärkreislauf - um es unter Berücksichtigung der thermischen Belastung effektiv zu regulieren. Diese Funktion ist in modernen Wärmenetzen bereits zum Standard geworden. Die Wahl der hydraulischen Weiche oder des Pfeils erfolgt gemäß Katalog, basierend auf benötigte Leistung Wärmeerzeuger und den maximal möglichen Kühlmitteldurchfluss im System.

Installation der Kaskadenschaltung von Kesseln

Die Installation einer Wärmeerzeugerkaskade erfolgt in mehreren Schritten, die jeweils ungefähr die folgenden Schritte umfassen:

Die Kaskadierung von Kesseln ist eine recht komplexe Angelegenheit, bei deren Umsetzung eine Vielzahl unterschiedlicher Nuancen berücksichtigt werden müssen. Daher sollte der Aufbau eines solchen Wärmeversorgungssystems nur qualifizierten Fachkräften anvertraut werden, die alle Arbeiten ordnungsgemäß ausführen können. Sowohl die Entwicklung als auch die Installation der Kaskadenschaltung von Kesseln muss von Unternehmen und Fachleuten durchgeführt werden, die die Besonderheiten solcher Systeme kennen und über die entsprechenden Lizenzen und Genehmigungen verfügen. Die Beachtung aller Details und ein verantwortungsvoller Ansatz bei der Umsetzung der Reihenschaltung von Wärmeerzeugern tragen dazu bei, eine zuverlässige, effiziente und sichere Anlage zu schaffen Heizsystem, was auch wirtschaftlich sein wird.