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Métodos para montar dos calderas en cascada. Cascada de calderas de condensación. Las principales ventajas del uso de cascadas de calderas.

Conexión en cascada de calderas.- esta es una técnica efectiva para aumentar la potencia unitaria del dispositivo de calefacción, que ha sido utilizada por especialistas en calefacción durante muchos años. El concepto de recepción es simple: dividimos el total carga de calor entre dos o más calderas controladas independientemente e incluir en la cascada sólo aquellas calderas que satisfacen la demanda de una determinada carga en un momento determinado. Cada caldera representa su propio "escalón" de producción de calor en la potencia total del sistema. El controlador inteligente (microcontrolador) monitorea constantemente la temperatura del suministro de refrigerante y determina qué etapas del sistema deben encenderse para mantener la temperatura establecida.

Por lo general, por ejemplo, se consideran esquemas simples para conectar el suministro de calefacción y agua caliente con una caldera de gas, seleccionada de las condiciones de su carga máxima. De hecho, se ha demostrado en la práctica que temporada de calefacción aproximadamente el 80% del tiempo, la capacidad de la sala de calderas no se utiliza más del 50%, y durante la temporada de funcionamiento, la carga es, en promedio, del 25-45%. En consecuencia, con una carga tan desigual ya menudo baja, una caldera de gran capacidad desperdiciará recursos energéticos innecesariamente y compensará de manera ineficiente los costos de calefacción. En este caso, la conexión en cascada de las calderas es una solución eficaz.

Ejemplo de conexión en cascada de tres calderas

Por lo general, por ejemplo, se consideran esquemas simples para conectar el suministro de calefacción y agua caliente con una caldera de gas, seleccionada de las condiciones de su carga máxima. De hecho, la práctica ha confirmado que durante la temporada de calefacción, aproximadamente el 80% del tiempo, la capacidad de la sala de calderas no se utiliza más del 50%, y durante la temporada de funcionamiento, la carga es, en promedio, 25-45 % En consecuencia, con una carga tan desigual ya menudo baja, una caldera de gran capacidad desperdiciará recursos energéticos innecesariamente y compensará de manera ineficiente los costos de calefacción. En este caso, la conexión en cascada de las calderas es una solución eficaz.

  1. Caldera;
  2. Separador hidráulico.

La cascada de calderas asegura sin problemas el funcionamiento de la sala de calderas a la capacidad requerida (en un amplio rango) independientemente de la época del año debido a la conexión en serie de varias calderas "pequeñas" una tras otra. Con la ayuda del control en cascada con control de programa, el problema de determinar proporción óptima capacidad de la sala de calderas y del sistema de calefacción. Por lo tanto, fuera de temporada y en inviernos cálidos, la sala de calderas en cascada puede funcionar durante mucho tiempo a bajas temperaturas del refrigerante, lo que reduce el costo de la radiación de calor y los períodos de espera del sistema. Al mismo tiempo, las condiciones de temperatura del objeto mejoran, es decir, comodidad del usuario.

Por lo general, por ejemplo, se consideran esquemas simples para conectar el suministro de calefacción y agua caliente con una caldera de gas, seleccionada de las condiciones de su carga máxima. De hecho, la práctica ha confirmado que durante la temporada de calefacción, aproximadamente el 80% del tiempo, la capacidad de la sala de calderas no se utiliza más del 50%, y durante la temporada de funcionamiento, la carga es, en promedio, 25-45 % En consecuencia, con una carga tan desigual ya menudo baja, una caldera de gran capacidad desperdiciará recursos energéticos innecesariamente y compensará de manera ineficiente los costos de calefacción. En este caso, la conexión en cascada de las calderas es una solución eficaz.

Sin embargo, con un aumento en el número de calderas en cascada, aumentan las pérdidas de calor a través de los intercambiadores de calor y los cuerpos de las calderas inactivas. Por lo tanto, generalmente se recomienda limitar el número de calderas en cascada a cuatro.

Las desventajas de una conexión en cascada incluyen el hecho de que la instalación de varias calderas de pequeña capacidad y la instalación de componentes adicionales para controlar la cascada aumenta el costo del sistema de calefacción y requiere más espacio que instalar una caldera potente, y también complica la conexión de la cascada a la chimenea.

Como se puede ver en la figura, este esquema incluye dispositivo adicional- separador hidráulico. Averigüemos qué tipo de dispositivo es y para qué se utiliza.

separador hidráulico(flecha) es elemento moderno sistemas de calefacción. Está diseñado para separar los circuitos primario (generadores de calor) y secundario (consumidores), creando una zona para reducir la resistencia hidráulica. Por lo tanto, el caudal del refrigerante en ambos circuitos dependerá completamente solo del rendimiento de las respectivas bombas de circulación, cuya influencia mutua se excluye en este caso.

El separador hidráulico (flecha) asegura el equilibrio hidráulico (y por lo tanto el equilibrio de temperatura) de los dos circuitos. Cuando se utiliza un separador hidráulico, el flujo del portador de calor en el circuito secundario está asegurado solo cuando se enciende la bomba de circulación correspondiente, lo que permite que el sistema responda a la carga de calor en un momento dado. Cuando la bomba del circuito secundario está apagada, no hay circulación en ella y toda el agua que circula bajo la influencia de la bomba del circuito primario se desvía por el colector de bajas pérdidas. Por lo tanto, al usar un interruptor hidráulico en el circuito primario, es posible mantener un flujo de refrigerante constante, y en el circuito secundario, puede regularse de manera efectiva de acuerdo con la carga de calor. En los sistemas de calefacción modernos, esta función es estándar.

El separador hidráulico listo para usar que se ofrece a la venta se selecciona de acuerdo con el catálogo según la potencia requerida de la caldera (kW) y el flujo máximo de refrigerante en el sistema (l/h).

El método de cascada para conectar calderas se ha utilizado durante muchos años. El concepto es simple: dividir la carga de calor total entre dos o más calderas controladas de forma independiente y encender solo aquellas calderas que satisfagan la demanda de esa carga en un momento dado. Cada caldera representa su propio "escalón" de producción de calor en la potencia total del sistema. El controlador inteligente (microcontrolador) monitorea constantemente la temperatura del suministro de refrigerante y determina qué etapas del sistema deben encenderse para mantener la temperatura establecida.

BENEFICIOS
utilizar sistema de cascada:

Mayor eficiencia estacional del sistema en comparación con el uso de una sola caldera potente;
- cobertura parcial de la carga incluso si una de las calderas está apagada, por ejemplo, para trabajos de servicio. Esto es especialmente importante en casos severos condiciones climáticas cuando, debido a las bajas temperaturas, un sistema que no funciona puede congelarse muy rápidamente;
- un sistema en cascada es mucho más fácil de instalar que una caldera grande, especialmente cuando se actualiza el sistema. Además, los repuestos para calderas menos potentes son más baratos;
- la capacidad de proporcionar simultáneamente altas cargas para suministro de agua caliente o antihielo, y otras mucho más pequeñas para calefacción.

Presentamos las características de rendimiento de dos sistemas en cascada diferentes en relación con un diagrama de carga hipotético. El primer sistema utiliza dos calderas con quemadores de una etapa, cada uno de los cuales es capaz de proporcionar el 50 % de la carga de diseño. El segundo sistema utiliza cuatro calderas con quemadores de una sola etapa, cada uno de los cuales puede proporcionar el 25 % de la carga de diseño. Es obvio que un sistema de cuatro calderas en lugar de dos es capaz de proporcionar las condiciones de carga de diseño de manera más eficiente. En base a esto, se puede suponer que cuantos más pasos haya en un sistema en cascada, mejor satisface las cargas. Esto es especialmente eficaz en los requisitos de baja potencia. Sin embargo, con un aumento en el número de etapas, aumenta el área de superficie de transferencia de calor del sistema (carcasa de la caldera) a través de la cual se produce la pérdida de calor, lo que a la larga puede anular los beneficios de una mayor eficiencia de dicho sistema. Por lo tanto, no siempre es recomendable utilizar más de cuatro pasos. Una limitación inherente del sistema de cascada "simple" (calderas con una etapa o quemadores de dos etapas) - regulación paso a paso de la producción de calor (potencia del sistema), y no un proceso regulado continuo. Aunque el uso de más de dos etapas reduce significativamente la capacidad calorífica de cada caldera, un sistema de cascada "modulante" (calderas con quemadores modulantes) sería una solución ideal. Los quemadores modulantes permiten un ajuste continuo de la potencia en función de la necesidad de calor, sin cambiar la relación cuantitativa de combustible / aire, es decir, cuando, dependiendo del volumen de aire suministrado y de la resistencia aerodinámica, cambia la cantidad de combustible suministrado a la cámara de combustión. Esto asegura una eficiencia estable de la caldera y concentraciones mínimas de contaminantes en los gases de combustión bajo una carga de calor variable. Próximo paso. La última tendencia en soluciones en cascada es el sistema de cascada modulada. A diferencia del uso de quemadores de etapa, las calderas con quemadores modulantes pueden cambiar suavemente el volumen de suministro de combustible y, por lo tanto, controlar el nivel de producción de calor en una amplia gama de valores. Hasta la fecha, las calderas de baja potencia con quemadores modulantes están ampliamente representadas en el mercado de equipos de calefacción, capaces de cambiar suavemente el rendimiento de la caldera en el rango de 30 a 100 % de la potencia calorífica nominal. La capacidad de las calderas con quemadores modulantes para reducir el consumo de combustible a menudo se denomina factor de control de funcionamiento del quemador (es decir, la relación entre la potencia calorífica máxima de la caldera y la mínima). Por ejemplo, el coeficiente de regulación de funcionamiento de un quemador de caldera con una potencia calorífica máxima de 50 kW y consumo mínimo combustible 10 kW será igual a 50 kW/10 kW o 5:1. El coeficiente total de regulación operativa de las calderas instaladas en un sistema en cascada supera significativamente el coeficiente de una caldera individual. Por ejemplo, si se utilizan cuatro calderas en un sistema en cascada con una potencia térmica máxima de 50 kW y una mínima de 10 kW, el control de capacidad total estará entre 200 kW y 10 kW. Por lo tanto, la relación de regulación de trabajo de dicho sistema será de 20:1. En condiciones de baja producción de calor, el intercambiador de calor de una caldera con quemador modulante opera a una temperatura relativamente baja de las superficies de intercambio de calor de la caldera en el lado de combustión. Cuando una caldera de este tipo se utiliza para satisfacer cargas bajas, por ejemplo, calefacción por suelo, su funcionamiento suele ir acompañado de una condensación continua de los gases de combustión. Para evitar daños al intercambiador de calor debido a la condensación en calderas modernas con quemadores modulantes se utilizan intercambiadores de calor de acero inoxidable o aluminio. Cuando se opera a bajas temperaturas, la eficiencia de tales calderas puede superar el 95%. Las calderas pequeñas con quemadores modulantes suelen diseñarse con una cámara de combustión cerrada, lo que amplía la gama de soluciones de diseño para sistemas de suministro de aire y evacuación de productos de la combustión, ya que las chimeneas de este tipo de calderas no tienen por qué ser rectas. Por lo general, las chimeneas están hechas de chapa galvanizada o acero inoxidable o aluminio. Pero para algunos modelos de calderas, por ejemplo, para Vaillant VU 505, se utiliza con éxito un sistema de chimeneas de polipropileno flexible (se pueden colocar en canales de humo viejos, indirectos o inadecuados).

Características del sistema
Hay tres características importantes a considerar al diseñar un sistema de escenario "modulado". Primero. Las características de las líneas de suministro y los controladores deben permitir el ajuste independiente del flujo de circulación a través de cada caldera. El agua no debe circular a través de una caldera que no esté en funcionamiento, de lo contrario, el calor del medio calefactor se disipará a través del intercambiador de calor o la carcasa de la caldera. Esto también se aplica al sistema de cascada simple. El ajuste independiente del flujo del portador de calor se logra equipando cada caldera con una bomba de circulación individual. Cuando las bombas de circulación se instalan en paralelo, se deben instalar válvulas de retención aguas abajo de las bombas para evitar el flujo de retorno del portador de calor a través de las calderas inactivas. La mejor solución a esta situación es instalar una bomba de circulación de rotor húmedo con válvulas de cierre incorporadas. El suministro de refrigerante a cada caldera con la ayuda de bombas de circulación individuales permite aumentar la presión en el intercambiador de calor de la caldera en funcionamiento para evitar la cavitación y la vaporización explosiva.

El segundo punto importante es la conexión en paralelo de las líneas de suministro y retorno de cada caldera (especialmente cuando se utilizan calderas de condensación). Esto le permite mantener la misma temperatura del agua en la entrada de cada caldera y, si es necesario, excluir el flujo de refrigerante entre los circuitos. La baja temperatura del refrigerante suministrado a la caldera contribuye a la condensación del vapor de agua de los productos de la combustión y al aumento de la eficiencia del sistema. Algunos controladores de cascada para calderas con quemadores modulantes están equipados con una función de "retardo de tiempo", es decir, pueden encender la bomba de circulación de una determinada caldera poco antes de que se encienda el quemador. También pueden mantener las bombas en funcionamiento durante algún tiempo después de que se haya apagado el quemador. El primero asegura que el intercambiador de calor de la caldera sea calentado por el portador de calor de suministro caliente del sistema, lo que evita el choque térmico debido a una diferencia de temperatura significativa (y condensación de gases de combustión para calderas convencionales) cuando se enciende el quemador. La segunda es utilizar el calor residual del intercambiador de calor y no eliminarlo a través del sistema de ventilación después de que finalice la operación de la caldera. Y, en tercer lugar, es muy importante que las bombas de circulación proporcionen un caudal adecuado de refrigerante a través de las calderas en funcionamiento, independientemente del caudal del sistema. Las juntas en T poco espaciadas (fig. 2) o los cabezales con caídas de presión bajas (fig. 3) proporcionan una desviación del flujo del sistema para garantizar un flujo adecuado de la caldera independientemente de los cambios de flujo en el sistema de distribución. Las uniones de tubería en T estrechamente espaciadas en el circuito primario/secundario se utilizan para "aliviar" la presión diferencial de los circuitos.

control modulado
El controlador de etapas múltiples para un sistema en cascada simple utiliza PID (control proporcional-integral-derivativo) para medir constantemente la temperatura del medio de calentamiento que ingresa al sistema, compararlo con el valor calculado y determinar qué quemador debe encenderse y cuál debe encenderse. estar apagado. Para controlar la cascada de la caldera y lograr un consumo económico de combustible, es necesario utilizar una automatización especial. Una de las calderas de la cascada actúa como "maestro" y se enciende en primer lugar, el resto, "esclavo", se conectan según sea necesario. La automatización del control le permite transferir el papel de "maestro" de una caldera a otra, así como realizar la secuencia de encendido de las calderas "esclavas" y los diferenciales de temperatura para encender cada etapa posterior. En caso de mal funcionamiento de la caldera principal, la prioridad cambia automáticamente. Si no hay demanda de calor de ninguna de las zonas, el controlador apagará todas las calderas y, cuando reciba una señal de demanda, las encenderá. Después de apagar la última caldera, la bomba de circulación se apaga con un retraso de tiempo. En la mayoría de los sistemas en cascada "modulados", el método de control es diferente. Como regla general, el control tiene como objetivo maximizar el tiempo de funcionamiento de las calderas en el rango de baja temperatura y en potencia parcial. Aunque diferentes fabricantes ofrecen diferentes sistemas control, el enfoque generalmente aceptado es el siguiente: encender la caldera, luego modular su operación a un nivel de salida de calor que satisfaga la carga requerida. Si se requiere un suministro de calor adicional, la capacidad de calefacción de la primera caldera se reduce significativamente, la segunda caldera se enciende y luego la capacidad de calefacción de ambas calderas se modula en consecuencia para cumplir con la carga requerida. Tal esquema asegura el funcionamiento de ambas calderas a menor potencia calorífica y, por lo tanto, en un modo más suave, en contraste con el funcionamiento de una caldera a plena potencia. Esto aumenta el área de superficie de transferencia de calor y, en consecuencia, aumenta la probabilidad de condensación de vapor de agua de los productos de combustión, así como la eficiencia del sistema. Supongamos que la carga sigue aumentando y dos calderas que funcionan a un nivel relativamente alto de producción de calor no pueden cumplir sus condiciones, entonces la segunda caldera reduce el consumo de combustible, la tercera se enciende y la producción de calor de la segunda y tercera etapa se modula en paralela. En algunos sistemas, la primera caldera también puede reducir el consumo de combustible cuando se activan las etapas restantes, por lo tanto, las tres etapas de potencia se pueden controlar en paralelo.

Modos de funcionamiento
La mayoría de los controladores en cascada pueden funcionar en al menos dos modos de funcionamiento. En el modo de calefacción, se implementa el principio de control compensado por el clima, es decir, el valor establecido para la temperatura del medio de calefacción suministrado al sistema depende de la temperatura exterior. Cuanto menor sea la temperatura exterior, mayor será la consigna de temperatura de impulsión. Este sistema elimina la necesidad de un mezclador entre la caldera y los consumidores de calefacción. En el modo ACS, el sistema está programado para controlar el sistema cuando el valor establecido de la temperatura de suministro no depende de las temperaturas externas. En otras palabras, una cierta, suficiente alto valor temperatura, lo que asegura un alto nivel de transferencia de calor a través del intercambiador de calor secundario. Este modo se suele utilizar para proporcionar más alta temperatura refrigerante suministrado a través del intercambiador de calor a los consumidores de ACS y sistemas antihielo. La modulación de la potencia de la caldera conduce a una disminución significativa en el diferencial entre las temperaturas requeridas y reales del refrigerante, lo que evita el "registro" frecuente (encendido / apagado) de la caldera. Algunos controladores también son responsables del funcionamiento de la bomba de circulación principal y están conectados al sistema de gestión del edificio del edificio.

Pequeño, silencioso y potente
La relación entre las dimensiones físicas y la potencia calorífica de algunas calderas con quemadores modulantes es realmente impresionante. Por ejemplo, los fabricantes individuales proporcionan sistemas en cascada "moduladores" de ocho etapas con un rango de capacidad de calefacción de 30 a 960 kW. Por lo tanto, el coeficiente de regulación de trabajo de dicho sistema será de 32:1. Tal sistema se puede colocar en un área pequeña. Una ventaja adicional es la tranquilidad del sistema. La moderna generación de calderas de bajo consumo con quemadores modulantes proporciona ahorro de espacio, alta eficiencia, funcionamiento silencioso y fiabilidad. Esta es la solución ideal para sistemas de baja temperatura, estas calderas son ideales para calefacción por suelo radiante, sistemas anticongelantes, climatización de piscinas, sistemas de agua caliente, así como sistemas de bomba de calor, incl. geotermia Ya han ganado una posición en el campo de la calefacción de casas particulares. Como parte de un sistema en cascada, las calderas con quemadores modulantes representan una nueva alternativa a los sistemas de calefacción industrial.

El sistema de calefacción más racional es aquel en el que el refrigerante se calienta debido al funcionamiento de dos o tres calderas. Sin embargo, pueden ser iguales en potencia y tipo. Tal racionalidad se explica por el hecho de que un generador de calor funciona a plena capacidad solo unas pocas semanas al año. En otras ocasiones, es necesario reducir su rendimiento. Y esto conduce a una caída en su eficiencia y un aumento en los costos de calefacción.

Varios combinados permiten un control más flexible de la operación de flejado sin pérdida de eficiencia, ya que basta con apagar uno o dos dispositivos. Además, en caso de avería de uno de ellos, el sistema continúa elevando la temperatura de la vivienda.

Tipos de conexión de dos o más calderas

El uso de calderas más idénticas requiere un esquema especial para su conexión. Puede combinarlos en un solo sistema:

  1. Paralela.
  2. En cascada o secuencial.
  3. Según el esquema de anillos primario-secundario..

Características de la conexión en paralelo.

Existen las siguientes características:

  1. Los circuitos de suministro de refrigerante caliente de ambas calderas están conectados a la misma línea. Estos circuitos deben contar con grupos de seguridad y válvulas. Más reciente se puede cerrar de forma manual o automática. El segundo caso es posible solo cuando se utilizan servoaccionamientos y automatización.
  2. unirse a otra línea. Estos circuitos también cuentan con válvulas que pueden ser controladas por la mencionada automatización.
  3. La bomba de circulación se encuentra en la línea de retorno antes de la unión de las tuberías de retorno de las dos calderas.
  4. Ambas cosas las líneas siempre están conectadas a hidrocolectores. En uno de los colectores hay un tanque de expansión. Al mismo tiempo, se conecta una tubería de relleno al extremo de la tubería a la que se conecta el tanque. Por supuesto, en la unión hay una válvula de retención y una válvula de cierre. El primero no permite que el refrigerante caliente entre en la tubería de relleno.
  5. Los ramales se extienden desde los colectores hasta los radiadores, suelos cálidos, . Cada uno de ellos está equipado con su propia bomba de circulación y válvula de drenaje de refrigerante.

El uso de un esquema de organización de tuberías de este tipo sin automatización es muy problemático, ya que es necesario cerrar manualmente las válvulas ubicadas en las tuberías de suministro y retorno de una caldera. Si esto no se hace, el refrigerante se moverá a través del intercambiador de calor de la caldera apagada. Y da la vuelta:

  1. resistencia hidráulica adicional en el circuito de calentamiento de agua del aparato;
  2. un aumento del "apetito" de las bombas de circulación (también deben vencer esta resistencia). En consecuencia, los costos de electricidad están aumentando;
  3. pérdidas de calor para calentar el intercambiador de calor de la caldera apagada.

Lea también: Calentar la casa con una caldera de aire caliente

Por lo tanto, es necesario instalar correctamente la automatización, que desconectará el dispositivo apagado del sistema de calefacción.

Conexión en cascada de calderas.

El concepto de caldera en cascada prevé distribución de la carga de calor entre varias unidades, que puede funcionar de forma independiente y calentar el refrigerante tanto como lo requiera la situación.

Es posible conectar en cascada tanto calderas con quemadores de gas escalonados como modulantes. Estos últimos, a diferencia de los primeros, le permiten cambiar suavemente la potencia de calefacción. Vale la pena agregar que si las calderas tienen más de dos etapas de ajuste del suministro de gas, la tercera y otras etapas reducen su rendimiento. Por lo tanto, es mejor utilizar unidades con quemador modulante.

Con una conexión en cascada, la carga principal recae en una de las dos o tres calderas. Dos o tres dispositivos adicionales se encienden solo cuando es necesario.

Las características de esta conexión son las siguientes:

  1. El delineador y los controladores están diseñados para que en cada unidad es posible controlar la circulación del refrigerante. Esto le permite detener el flujo de agua en las calderas apagadas y evitar la pérdida de calor a través de sus intercambiadores o carcasas.
  2. Conexión de las líneas de suministro de agua de todas las calderas a una tubería y las líneas de retorno de refrigerante a la segunda. De hecho, la conexión de las calderas a la red eléctrica se produce en paralelo. Gracias a este enfoque, el refrigerante en la entrada de cada unidad tiene la misma temperatura. También evita el movimiento de fluido calentado entre circuitos desconectados.

La ventaja de la conexión en paralelo es precalentamiento del intercambiador de calor antes de encender el quemador. Es cierto que esta ventaja ocurre cuando se usan quemadores que encienden el gas con un retraso después de que se enciende la bomba. Dicho calentamiento minimiza la diferencia de temperatura en la caldera y evita la formación de condensación en las paredes del intercambiador de calor. Esto se aplica a una situación en la que una o dos calderas han estado apagadas durante mucho tiempo y han tenido tiempo de enfriarse. Si se han apagado recientemente, entonces el movimiento del refrigerante antes de encender el quemador le permite absorber el calor residual que se ha almacenado en el horno.

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Tubería de caldera para conexión en cascada

Su esquema es:

  1. 2–3 pares de tuberías de 2–3 calderas.
  2. Bombas de circulación, válvulas de retención y cierre. Ellos son en aquellos tubos que están diseñados para devolver el refrigerante a la caldera. No se pueden usar bombas si el diseño de la unidad las incluye.
  3. Válvulas de cierre en tuberías de agua caliente.
  4. 2 tubos gruesos. uno es para para suministrar el refrigerante a la red, el otro - para regresar. Están conectados a los tubos correspondientes que se extienden desde los dispositivos de la caldera.
  5. Grupo de seguridad en la línea de suministro de refrigerante. Consta de un termómetro, manguito de termómetro de calibración, termostato de reinicio manual, manómetro, presostato de reinicio manual, tapón de respaldo.
  6. Hidráulico separador baja presión . Gracias a él, las bombas pueden crear la circulación adecuada del refrigerante a través de los intercambiadores de calor de sus calderas, independientemente del caudal del sistema de calefacción.
  7. Circuitos de red de calefacción con válvulas de corte y bomba en cada uno de ellos.
  8. Controlador de cascada multietapa. Su tarea es medir el rendimiento del refrigerante a la salida de la cascada (a menudo, los sensores térmicos están en la zona del grupo de seguridad). Según la información recibida, el controlador determina si es necesario encender / apagar y cómo deben funcionar las calderas combinadas en un esquema en cascada.

Sin conectar un controlador de este tipo a la tubería, el funcionamiento de las calderas en cascada es imposible, ya que deben funcionar como un todo.

Características del esquema de anillos primario-secundario.

Este esquema proporciona organización de anillo primario, a través del cual el refrigerante debe circular constantemente. Las calderas de calefacción y los circuitos de calefacción están conectados a este anillo. Cada circuito y cada caldera es un anillo secundario.

Otra característica de este esquema es la presencia de una bomba de circulación en cada anillo. El funcionamiento de una bomba separada crea una cierta presión en el anillo en el que está instalada. El montaje también tiene un cierto efecto sobre la presión en el anillo primario. Entonces, cuando se enciende, el agua sale de la tubería de suministro de agua, ingresa al círculo primario y cambia la resistencia hidráulica en él. Como resultado, aparece una especie de barrera en el camino del movimiento del refrigerante.

Los esquemas en cascada de las salas de calderas de una forma u otra han existido a lo largo de prácticamente toda la historia de la existencia de esta tecnología, independientemente del tipo de combustible y alcance. Por lo general, la necesidad de usar tales soluciones se asoció con la limitación de la potencia de una unidad de caldera individual o el rango de modos de operación permitidos para ella. Sin embargo, con el desarrollo de tecnologías utilizadas tanto en la parte termomecánica del diseño de calderas como en el campo de la automatización, el uso de soluciones en cascada se está convirtiendo cada vez más no en una medida forzada, sino en la opción técnica y económicamente más factible.

En este artículo, veremos las principales ventajas de usar , varios esquemas térmicos y mecánicos y problemas de automatización de tales salas de calderas.

No nos centraremos en las ventajas de un separado caldera de condensación antes sin condensación (tradicional). De alguna manera mucho mayor eficiencia y tolerancia a fallas. Sin embargo, notamos los beneficios de usar tales calderas en cascada.

Las principales ventajas del uso de cascadas de calderas.

La mayoría de las ventajas enumeradas a continuación se pueden atribuir no solo a las calderas de condensación, sino que prestaremos atención por separado a lo que distingue específicamente a este tipo de equipo en el marco del tema correspondiente.

Aumento del rango general de modulación de potencia

Como se señaló anteriormente, la razón principal para instalar varias calderas en cascada es aumentar la capacidad máxima de la sala de calderas y limitar el rendimiento de una sola unidad. Desde este punto de vista, cualquier caldera está, se podría decir, en una posición igual.

Al mismo tiempo, no se debe olvidar que sistemas modernos Los sistemas de calefacción están sujetos a mayores requisitos en términos de eficiencia energética. Y uno de los principios fundamentales para garantizar este principio es garantizar que la potencia actual de los generadores de calor sea igual a las necesidades del sistema, ni más ni menos. En consecuencia, el límite inferior de la modulación de la capacidad de la caldera también juega un papel importante. El uso de una cascada ayuda a reducir significativamente este límite. También vale la pena recordar que para latitudes medias más año, la necesidad de calor no es más del 30-40% del máximo.

Cuando se utilizan generadores de calor idénticos en cascada, el límite inferior de potencia se determina simplemente dividiendo el rendimiento mínimo de una caldera individual por su número. Y aquí es fácil ver en qué luz favorable aparecen las calderas de condensación. La modulación mínima para las calderas murales más modernas es de aproximadamente un 15%. En consecuencia, utilizando, por ejemplo, cuatro de estas calderas, obtenemos un rango de modulación continua total de 4-100%. Además, a diferencia de las calderas tradicionales, la eficiencia de las calderas de condensación solo aumenta con una disminución de la modulación.

Garantizar un alto nivel de tolerancia a fallos de la sala de calderas.

Una ventaja bastante obvia. Cuantas más calderas se utilicen en una cascada, menor será la caída de la potencia total cuando un generador de calor individual falle y reciba mantenimiento.

Facilidad de instalación y mantenimiento de los equipos.

Independientemente de la capacidad total de la sala de calderas, a menudo nos enfrentamos a limitaciones de espacio tanto durante el diseño como durante la instalación.

La conveniencia para las organizaciones de montaje y mantenimiento radica en la facilidad de entrega de una caldera separada al lugar de instalación directa en cualquier etapa. Esto es especialmente cierto para las calderas de techo, donde, si es necesario reemplazar el generador de calor (aunque sea extremadamente improbable), su ligereza y compacidad pueden desempeñar un papel fundamental. En este contexto, tampoco se olvide del párrafo anterior de esta sección.

Posibilidad de aumento sucesivo de la capacidad de la caldera

Cada vez más utilizada en los últimos tiempos, la posibilidad de distribuir las inversiones a las diferentes etapas de la construcción.

Las soluciones en cascada le permiten agregar capacidad secuencialmente a un sistema existente. Naturalmente, la parte hidráulica debe prever la posibilidad de tal expansión.

esquemas hidraulicos

Hay muchos esquemas hidráulicos para tuberías de calderas en cascada. Consideraremos los principales que se utilizan cuando se trabaja con calderas de condensación. Requisito general Tales esquemas incluyen la posibilidad de operación hidráulicamente independiente de generadores de calor individuales. Este requisito significa principalmente la presencia obligatoria de una bomba de circulación separada para cada caldera. En lo más moderno calderas de pared serie industrial, esta bomba está incorporada. Para garantizar que la cantidad de circulación a través de una sola caldera no dependa tanto de otras calderas como del funcionamiento de los sistemas de consumo, generalmente se utilizan separadores hidráulicos, que también se conocen como "flechas hidráulicas". Sin embargo, también son posibles otras formas de resolver este problema.

Calderas equivalentes con separador hidráulico

La opción más común. Las calderas son hidráulicamente equivalentes, la independencia se garantiza mediante el uso de un interruptor hidráulico.

El número de calderas, por supuesto, puede ser económicamente factible. La automatización adecuada le permite garantizar un desarrollo uniforme del recurso de las calderas durante toda la vida útil.




Sin embargo, existe una situación en la que dicho esquema no es óptimo cuando se utilizan calderas de condensación. Es decir, si la necesidad de energía del sistema para la preparación de agua caliente puede ser proporcionada por una pequeña parte de las calderas de toda la cascada: una o dos. para la mayoría trabajo efectivo calderas de condensación, es deseable un programa de baja temperatura para el funcionamiento del sistema de consumo (con una temperatura devolver el agua por debajo del punto de rocío), al mismo tiempo para un calentamiento rápido agua potable hasta los valores requeridos, se requiere una temperatura de agua de caldera alta. Para no sacar toda la cascada del modo de condensación durante la preparación de ACS, se puede utilizar el siguiente esquema.

Esquema con separador hidráulico y caldera independiente para las necesidades de agua caliente sanitaria

En este caso, es posible quitar una caldera separada de la cascada para calentarla a alta temperatura y preparar agua potable caliente. La eficiencia global de la instalación en este caso aumenta. El aumento medio anual de la eficiencia es mayor para los sistemas con consumidores de baja temperatura.

La desventaja de tal esquema, al mismo tiempo, es la gran producción del recurso por parte de la caldera o calderas asignadas para proporcionar suministro de agua caliente.

Esquema con colector principal para independencia hidráulica


Para ilustrar que el separador hidráulico no es un componente obligatorio del circuito, presentamos una variante del circuito anterior.

En este caso, para garantizar la independencia de las calderas, se utiliza una sección de cierre en colector de distribución, proporcionando una circulación constante del refrigerante a través de cualquier generador de calor. Tal esquema puede ser conveniente en el caso de utilizar una sala de calderas en la azotea y ubicar los sistemas de distribución para los circuitos de consumo en el sótano, ya que ahorra espacio al abandonar el interruptor hidráulico.

Pero al mismo tiempo, el diseño de esta solución requiere prestar especial atención a la selección de las bombas de la caldera, ya que estas también deben asegurar la pérdida de presión en la tubería principal. Por la misma razón, este esquema solo se utiliza con calderas de condensación de pie. En las calderas murales modernas, la bomba está integrada y su rango de rendimiento se adapta con precisión para garantizar el funcionamiento eficiente de una caldera en particular.

Automatización de salas de calderas en cascada.

El papel de las herramientas de automatización no se puede subestimar en términos de la conveniencia de organizar salas de calderas en cascada, su confiabilidad y eficiencia.

Es la automatización la responsable de "exprimir" la máxima eficiencia de las calderas que funcionan en cascada, al tiempo que garantiza la capacidad de respuesta de los generadores de calor a las señales de los consumidores.

En las calderas de condensación modernas de serie industrial, la lógica de cascada se incluye en la automatización básica y se optimiza para equipos específicos.

Las funciones principales de la automatización de una sala de calderas en cascada:

    Recogida de requerimientos de los consumidores para la generación de calor y priorización (ACS, calefacción, ventilación, etc.)

    Determinación del modo óptimo de funcionamiento de cada caldera individual para asegurar la potencia requerida.

    Garantizar el desarrollo uniforme del recurso de las calderas (con la rara excepción discutida anteriormente).

    Seguimiento de accidentes en calderas y señalización de los mismos.

Si hablamos de las peculiaridades del trabajo de automatización con una cascada de calderas de condensación, entonces consiste en la estrategia de encender y sacar las calderas de la operación actual. Hay tres estrategias principales:

    Encender más tarde, apagar antes.
    En este modo de operación, las calderas adicionales se agregan a la operación lo más tarde posible con un aumento en la demanda de calor, es decir, las calderas ya encendidas funcionan a la máxima potencia. Con una disminución en la demanda de energía, las calderas se retiran de la cascada lo antes posible. Esta estrategia asegura el menor número de calderas en funcionamiento simultáneo, su funcionamiento a máxima potencia y el menor tiempo de funcionamiento de las calderas adicionales.

    Estándar para calderas sin condensación. Esto se debe al hecho de que para las calderas que no son de condensación hay una ligera disminución de la eficiencia cuando funcionan a modulación reducida.

    Encender más tarde, apagar más tarde.
    Encender calderas adicionales lo más tarde posible, pero también apagarlas lo más tarde posible. Se utiliza cuando es necesario garantizar el número mínimo de maniobras para el encendido de los quemadores de la caldera.

    Encender antes, apagar más tarde.
    Encender calderas adicionales lo antes posible cuando aumenta la demanda de calor y apagar lo más tarde posible cuando disminuye.

Es esta estrategia de control la que se utiliza con las calderas de condensación modernas. Al mismo tiempo, cada caldera individual funciona con una modulación mínima que garantiza la necesidad de calor. El número de calderas en funcionamiento es máximo. Como resultado, obtenemos la máxima eficiencia de una instalación en cascada con el agotamiento más uniforme del recurso de la caldera.

Como regla general, las calderas de gas en casas privadas están conectadas a un circuito. Pero, este método de conexión tiene sus inconvenientes. Mucho más eficiente cuando el sistema es el uso de múltiples dispositivos. El propio esquema de tuberías de la caldera en este caso se puede conectar en cascada.

Características de la conexión en cascada.

Cuando las calderas de gas están conectadas a circuito de calefacción secuencialmente y forma paso a paso - esto es muy conveniente. Al mismo tiempo, la gestión del ciclo en cascada es general y el propietario puede configurar de forma independiente los parámetros del sistema en función de las condiciones. Mientras que el resto de parámetros se ajustan automáticamente. Los expertos llaman a este método de configuración flexible.

Las calderas de gas conectadas según el principio de cascada se pueden utilizar para resolver los problemas de calefacción de edificios residenciales, con área total no más de 500 metros cuadrados. Y aunque estas cifras no son vinculantes, el propietario decide de forma independiente la conveniencia de instalar una caldera adicional si la superficie a calentar es mayor.

En cualquier caso, las calderas de gas conectadas según el principio de cascada son muy eficientes en su uso. Aquellos que los instalen podrán sentirlo en un futuro muy cercano.

Lo que se necesita para la conexión en cascada

Si planea conectar calderas de gas en cascada, deberá determinar de forma independiente el esquema óptimo y calcular sus parámetros, teniendo en cuenta todas las evaluaciones profesionales de factores importantes. Por ejemplo, la inclusión de calderas puede ser posible de forma secuencial, sin equipos adicionales, solo si la bomba de cada caldera de gas puede bombear el refrigerante a través del circuito de calefacción. Para un edificio residencial de un área pequeña, esto es suficiente.

Pero, si las calderas de gas se usan para un edificio grande que consta de varios pisos, entonces es imperativo usar un separador hidráulico especial. Esto optimizará los costos financieros, garantizará un mayor confort y un consumo racional de combustible azul.