Kaskádové nebo sériové zapojení kotlů

Kaskádové kotle – to je jedno ze schémat připojení generátorů tepla, díky kterému se zvyšuje jednotkový výkon každého topného zařízení. Tento způsob připojení je opodstatněný a efektivní v případě velkého tepelného zatížení, stejně jako v případě, kdy jsou instalovány kotlové jednotky na různé druhy paliva za účelem snížení nákladů na vytápění. Podstata tohoto schématu je následující: celková tepelná zátěž je rozdělena mezi několik nezávisle řízených zdrojů tepla, poté jsou do kaskády zahrnuty pouze ty, které splňují potřeby výroby tepla v daném časovém období. Sekvenční nebo kaskádové zapojení kotlů se obvykle dělí na „stupně“, z nichž každý je samostatným ohřívačem a všechny stupně dohromady tvoří celkovou kapacitu sítě zásobování teplem.

Ve většině případů je provoz standardních systémů vytápění a zásobování teplou vodou zajišťován jedním kotlem, jehož výběr se provádí na základě požadavků na maximální možné zatížení pro něj. Skutečný stav se však může od předběžných výpočtů značně lišit. Jak ukazuje praxe, ve většině případů během topné sezóny nepracuje topná zařízení po 50 % času na více než 80 % svého výkonu. Navíc, pokud vezmeme v úvahu celou sezónu provozu takových zařízení, průměrné zatížení na nich je od 25 do 45%. Jeden vysoce výkonný tepelný generátor tedy spotřebuje přebytečné palivo a nebude schopen efektivně kompenzovat náklady na teplo. Důvodem jsou výše zmíněné ukazatele nerovnoměrného a často nízkého zatížení. Odpovědí na tento problém může být kaskádové zapojení kotlů.

Regulace takového topného systému se provádí pomocí speciálního mikrokontroléru nebo inteligentního regulátoru. Jeho úkolem je sledovat teplotu chladicí kapaliny a určit, kolik stupňů je třeba zařadit do provozu, aby se tato teplota udržela na dané úrovni. Díky takové regulaci kaskáda kotlů zajišťuje plynulý chod všech komponent otopné soustavy na požadovaný výkon (v širokém rozsahu) bez ohledu na roční období. K tomuto procesu dochází díky sekvenčnímu zapojení několika generátorů tepla – jeden po druhém. Kaskádová regulace v kombinaci se softwarovým řízením umožňuje řešit problém určení nejlepšího poměru výkonu kotle a otopné soustavy. Tento princip fungování umožňuje šetřit energetické zdroje bez snížení komfortní teploty v prostorách. Tohoto efektu je dosaženo díky skutečnosti, že kaskádová kotelna je schopna dlouhodobého provozu při nízké teplotě chladicí kapaliny mimo sezónu a během teplých zimních měsíců.

Na základě výše uvedených informací je zřejmé, že schéma sériového zapojení s několika topnými tělesy namísto jednoho může mnohem lépe poskytnout vypočtené zatížení topného systému. Lze tedy předpokládat, že čím více kroků v daném schématu bude, tím efektivněji bude fungovat. Není to však tak úplně pravda. Celá podstata spočívá v tom, že spolu s nárůstem počtu takových tepelných stupňů se budou zvětšovat i povrchové plochy, kterými dochází k přenosu tepla. Jednoduše řečeno, ztráty tepelné energie pláštěm kotlů se zvýší. V konečném důsledku to může zrušit všechny výhody zvýšení účinnosti systému kaskádového připojení kotlů. Proto se považuje za nevhodné použít v tomto schématu více než čtyři stupně.

Výhody kaskádového zapojení kotlů a jeho nevýhody

Sériové nebo kaskádové zapojení kotlů má velké množství výhod, včetně následujících:

• Zlepšení účinnosti topného systému – v důsledku snížení účinnosti tepelného generátoru při provozu na částečný výkon;
• Zvýšení spolehlivosti topné sítě – v případě poruchy nebo odstavení z důvodu údržby jednoho ohřívače budou ostatní zařízení schopna částečně nebo úplně ohřát chladicí kapalinu na požadovanou teplotu;
• Zvýšení životnosti kotlů – v mimosezóně a teplých obdobích zimních měsíců můžete používat pouze část jednotek, ty nepotřebné vypnout pomocí automatických systémů nebo ručně;
• Zjednodušení instalace – nízkopříkonové kotle malých rozměrů, používané pro kaskádové zapojení, jsou mnohem snazší a levnější jak při dodání, tak při instalaci v kotelně, než u jejich velkých protějšků. Kromě toho, navzdory nárůstu počtu generátorů tepla, se v procesu jejich připojení používají univerzální komponenty a systémové prvky, jako jsou hydraulické jednotky a kombinované komíny;
• Usnadnění údržby kotle – je dosaženo jak díky malým rozměrům kotlů, tak díky tomu, že kontrolu nebo opravu každého z nich lze provést bez zastavení celého topného systému. Je také důležité, aby výměna určitých částí takových ohřívačů byla jednodušší a levnější, protože náhradní díly pro nízkoenergetické generátory tepla jsou dostupnější.

Co se týče nevýhod kaskádového zapojení, je jich také několik. Za prvé, náklady na topný systém se zvyšují kvůli instalaci několika kotlů a dodatečného vybavení pro řízení sekvenčního připojení. Za druhé, takový počet zařízení vyžaduje v kotelně více místa, než je potřeba při instalaci jednoho velkého a výkonného ohřívače. A za třetí, připojení kaskády kotlů ke komínu se stává poněkud komplikovanějším.

Typy kaskádového zapojení kotlů

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

• Jednoduchá kaskáda – zahrnuje generátory tepla s jednostupňovými nebo dvoustupňovými hořáky. Tento systém je schopen zvýšit výkon každého ohřívače;
• Smíšená kaskáda – tento typ připojení zahrnuje různé generátory tepla, z nichž jeden má modulační 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 tohoto typu zapojení od dvou předchozích je v tom, že se v něm plynule reguluje přívod paliva a navíc je možné měnit tepelný výkon v širokém rozsahu.

Je snadné si všimnout, že hlavním rozdílem mezi třemi typy kaskádového zapojení kotlů je to, jakým druhem hořákových zařízení jsou vybaveny. Faktem je, že právě hořáky mají velký vliv na fungování topného systému. Jednoduchý kaskádový okruh tak umožňuje regulovat produkci tepla výhradně krok za krokem. Proto je za nejoptimálnější typ sériového zapojení kotlů považována modulační kaskáda, a to i s přihlédnutím k tomu, že použití více než dvou stupňů snižuje produktivitu každého topidla zvlášť. Celá podstata spočívá v tom, že 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.

Podmínky pro vytvoření modulované kaskády

Podle výše uvedených informací lze právě modulovanou kaskádu označit za nejúčinnější ze všech tří typů takovýchto spojení. Jeho realizace však závisí na třech podmínkách, jejichž splnění musí být zajištěno již ve fázi návrhu.

• Napájení hlavních vedení a regulátorů musí být realizováno s ohledem na potřebu nezávislé regulace cirkulačního průtoku každým z tepelných generátorů. Pokud voda projde vypnutým ohřívačem, její tepelná energie se začne odvádět přes výměník tepla nebo plášť jednotky. Nezávislosti takové regulace je dosaženo vybavením všech ohřívačů individuálními oběhovými čerpadly.
• Napájecí a vratné potrubí pro každý generátor tepla musí být zapojeny paralelně. To je důležité zejména u kondenzačních kotlů. Tato konstrukce umožňuje udržovat stejnou teplotu vody na vstupu každého ohřívače a také zabraňuje proudění chladicí kapaliny mezi okruhy. Zároveň se zvyšuje účinnost celého systému;
• Oběhová čerpadla musí zajistit dostatečný průtok chladicí kapaliny provozními kotli bez ohledu na průtoky otopnou soustavou. K tomuto účelu se používá nízkotlaký hydraulický separátor.

Nízkotlaký hydraulický separátor neboli hydraulický šíp je moderním a důležitým prvkem kaskádového zapojení. Jeho účelem je oddělit primární a sekundární okruh (tj. okruh kotle a okruh spotřebičů) a vytvořit tak zónu se sníženým hydraulickým odporem. Díky tomu bude spotřeba chladiva v těchto dvou okruzích záviset pouze na výkonu oběhových čerpadel, která se vzájemně neovlivní. Takový separátor vytváří hydraulickou a teplotní rovnováhu okruhů. Hydraulická šipka umožňuje udržovat konstantní průtok chladiva v primárním okruhu a v sekundárním okruhu jej efektivně regulovat s ohledem na tepelné zatížení. Tato funkce se již stala standardem pro moderní topné sítě. Výběr hydraulického separátoru nebo šipky se provádí podle katalogu na základě požadovaného výkonu generátoru tepla a maximálního možného průtoku chladiva v systému.

Instalace kaskádového zapojení kotlů

Instalace kaskády generátorů tepla se provádí v několika fázích, z nichž každá zahrnuje přibližně následující akce:

• Přípravné práce v kotelně, instalace spojovacího materiálu a ohřívačů;
• Instalace plynovodů, odvodňovacích potrubí a hydraulických rozdělovačů;
• Instalace hydraulického šípu a bezpečnostní skupiny;
• Připojení sběrače kouře;
• Uvedení do provozu a zkušební práce, jakož i seřízení všech automatizačních systémů.

Kaskádové kotle jsou poměrně složitou záležitostí, při jejíž realizaci je nutné počítat s velkým množstvím různých nuancí. Vytvoření topného systému tohoto typu by proto mělo být svěřeno pouze kvalifikovaným odborníkům, kteří jsou schopni provádět veškerou práci na správné úrovni. Jak vývoj, tak instalace kaskádového připojení kotlů musí být prováděny společnostmi a odborníky, kteří znají specifika takových schémat, a také mají příslušné licence a povolení. Pozornost věnovaná každému detailu a zodpovědný přístup k realizaci sekvenčního zapojení generátorů tepla pomohou vytvořit spolehlivý, efektivní a bezpečný systém vytápění, který bude zároveň ekonomický.

• Po-So 9:30-19:00
• Slunce zavřeno

• Ocelové radiátory topení
• Hydraulické akumulátory
• Stanice čerpadel
• Fekální pumpy
• Hliníkové radiátory topení
• Plynové kotle
• Polypropylenové trubky
• Kanalizační potrubí
• Trubky pro podlahové vytápění