Sistema de aquecimento em cascata

O princípio de funcionamento da instalação em cascata

Caldeiras pequenas, com controle de programa, passam pelo processo de conexão a um sistema por meio de um refrigerante. Isto torna possível ajustar de forma suave e contínua a potência de todo o sistema da caldeira. Este equipamento de caldeira utiliza tecnologias informativas que permitem controlar perfeitamente o sistema durante a operação.

O sistema funciona de forma independente, não há necessidade de intervenção humana. As caldeiras Cascade são a resposta às necessidades dos utilizadores, nomeadamente o consumo de calor e água quente.

Por exemplo, ao instalar 10 caldeiras a gás com potência de 80 kW cada, a potência total será de 800 kW (10 * 80 kW = 800 kW), e a potência mínima será de 26 kW (800 * 3,3 / 100 = 26 kW) ao ajustar a potência 40% - 100%).

Vantagens destas instalações de aquecimento:

• a possibilidade de obter potência até 1mW;
• expedição;
• equipamentos não poluentes são um importante aspecto ambiental;
• atratividade financeira;
• economia no uso;
• plena autonomia;
• colocação em qualquer lugar (telhado, quarto, extensão);
• instalação rápida de equipamentos e instalações preparadas;
• longa vida útil;
• falta de construção de grandes e inestéticas rotas térmicas externas;
• controle remoto.

Os sistemas de caldeiras tradicionais são inferiores à caldeira em cascata em termos de vida útil. Alcançar tal confiabilidade está no trabalho comum de várias unidades trabalhando juntas e visando um objetivo comum. O sistema de trabalho está programado para que todos os dias a próxima caldeira assuma o lançamento de todos os equipamentos de aquecimento: hoje a primeira caldeira começa a trabalhar e amanhã será a última da lista de espera. Portanto, o recurso de cada caldeira não se esgota.

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Conectar caldeiras para produzir água quente, além da unidade principal, na vida cotidiana também é uma vantagem de uma casa de caldeira em cascata. Assim, tendo 10 caldeiras no sistema, 9 caldeiras podem ser instaladas. Mesmo pequenos volumes de cada caldeira somarão um enorme suprimento de água.

Você pode colocar o sistema de caldeira em qualquer lugar, não importa: um sótão, um porão, uma sala anexa. O software de gestão da sala das caldeiras (Figura 2) controla a temperatura definida para um determinado período de tempo. O número necessário de unidades está envolvido para manter a capacidade necessária. Um erro não ocorrerá, pois o "fator humano" está ausente.

O controle climático das instalações é fornecido de forma completa e autônoma. Caso os indicadores de temperatura ultrapassem, o programa desligará o próprio sistema e, se necessário, acionará o ar condicionado. Com um indicador de baixa temperatura, tudo é feito exatamente ao contrário. O despachante, por meio de um modem, a partir de seu próprio computador poderá monitorar o estado do equipamento.

Extração de fumaça de uma cascata de caldeiras

A remoção de fumaça do sistema depende do tipo de caldeira a gás e é implementada pelos seguintes métodos:

1. Chaminés coaxiais separadas;
2. Chaminés separadas de caldeiras turboalimentadas;
3. Exaustão de fumaça em grupo com amortecedores de fumaça reversos;
4. Remoção de fumaça natural - grupo ou individual.

Com a remoção de fumaça em grupo, não mais de 4 caldeiras são conectadas a uma chaminé comum. Com evacuação de fumos colectiva coaxial, cada caldeira está equipada com uma válvula de retenção de fumos. Evita a penetração de fumaça na sala quando o gerador de calor está ocioso.

As chaminés são construídas com uma inclinação de 5 a 10% em direção às caldeiras. Ao construir um sistema de chaminé para caldeiras com câmara de combustão aberta, é necessário fazer um cálculo aerodinâmico da chaminé comum para garantir a tiragem necessária.

Circuito de aquecimento com prós e contras do loop Tichelman

Os sistemas de aquecimento de dois tubos de uma casa particular, como regra, são sistemas sem saída, o que leva ao fato de que no último radiador, devido à maior distância, a pressão e o fluxo do refrigerante são mais fracos, respectivamente, o aquecedor aquece pior. Este problema é resolvido aumentando o número de seções de radiadores ou adicionando reguladores a cada radiador.

A segunda solução, usada na instalação de sistemas de aquecimento de dois tubos para uma casa particular, é o balanceamento do sistema.

O esquema de Tichelman é bastante simples. No esquema clássico de dois tubos, o aquecimento principal de retorno começa no último radiador e termina na caldeira, e o fornecimento começa na caldeira e termina no último radiador.

As características do loop de Tichelman são que o “retorno” começa no primeiro radiador, chega ao último e retorna à caldeira, e o fornecimento, como no esquema clássico, começa na caldeira e termina no último radiador.

Acontece que o primeiro radiador da caldeira é o primeiro no fornecimento e o último no retorno, respectivamente, o último radiador é o último no fornecimento, mas o primeiro no retorno.

Este é um tipo de sistema de fluxo direto no qual o refrigerante na rede de aquecimento de alimentação e retorno se move na mesma direção.

Este esquema permite fornecer resistência e fluxo uniformes em sistemas de dois tubos.

Vantagens e desvantagens do loop Albert Tichelmann

Os sistemas de aquecimento de dois tubos de uma casa particular, instalados de acordo com o esquema Tichelman, têm as vantagens dos sistemas de tubo único de fluxo direto ("Leningradka") e sistemas de dois tubos, além de várias vantagens adicionais.

Em primeiro lugar, notamos o equilíbrio do sistema e a ausência da necessidade de instalar vários equipamentos de ajuste, o que é bastante caro.

Ao mesmo tempo, o fluxo de refrigerante em todo o sistema é o mesmo e a operação do equipamento gerador de calor é ideal e possui alta eficiência.

As desvantagens do esquema de Tichelman incluem a necessidade de usar tubos adicionais e, de preferência, de grande diâmetro, e estes são custos adicionais.

Além disso, as características arquitetônicas de uma casa particular nem sempre permitem a instalação de um sistema de aquecimento aberto com três tubos. Por exemplo, portas e várias outras formas arquitetônicas podem interferir na instalação de um sistema de aquecimento desse tipo.

Portanto, nem sempre é possível organizar um movimento circular do refrigerante intermediário em um sistema de aquecimento de dois tubos de uma casa particular.

Também observamos que, na maioria dos casos, ao instalar sistemas de aquecimento de retorno do tipo reversível de acordo com o esquema Tichelman, é usada fiação horizontal.

Em termos de outras características e dos equipamentos de aquecimento e geradores de calor utilizados, o circuito de Tichelman não difere dos seus homólogos de dois tubos.

Características de operação e princípio de operação

Primeiro você precisa enfatizar que toda a estrutura se assemelhará a uma simples caldeira conectada a radiadores. Mas, na verdade, todos os nós usados ​​têm características próprias, criadas apenas para equipamentos semelhantes. Apenas com base nisso, os especialistas devem lidar com essa instalação se houver um projeto finalizado (consulte também o artigo “Seleção de radiadores de aquecimento: critérios de seleção ditados pela prática”).

Caldeira e suas vantagens

É fundamentalmente importante declarar imediatamente que essas caldeiras estão entre as mais econômicas. Junto com isso, seu preço, como equipamento, também é relativamente pequeno.

Diante disso, acredita-se que tal sistema será o mais eficiente possível e reduzirá os custos de aquecimento.

O princípio de funcionamento deste equipamento é baseado no curso de polarização da água por meio de corrente alternada

Com base nisso, a potência de todo o sistema às vezes nem chega a 400 watts.
Atenção especial deve ser dada ao fato de que, para a implementação efetiva de um projeto semelhante, é necessário ter um ânodo feito de materiais tecnológicos especiais que não contenham ácidos ou álcalis. O mesmo requisito é apresentado de fato para toda a rodovia.

Para uma transferência de água mais eficiente em projetos semelhantes, são usadas bombas pequenas. Mas, além disso, se levarmos em conta os custos adicionais de sua operação, mesmo assim, a economia não será enorme.

Adendo! é melhor comprar um conjunto completo do equipamento necessário de um fabricante. Isso ajudará a evitar inconsistências ao ancorar.

Radiadores

No momento em que os radiadores de aquecimento anodizados são mencionados, muito mais frequentemente eles significam produtos de alumínio revestidos com uma camada protetora aplicando o método de eletrólise. Mas logo deve-se dizer que esses projetos foram originalmente desenvolvidos apenas para trabalhar com essas caldeiras.

O fato é que a polarização da água é um processo ativo que requer o cumprimento de toda uma série de condições para obter um ótimo resultado, em particular, a ausência de ácidos, sais e outros elementos capazes de participar da reação.

Tendo em conta tais características de aquecimento, foi criado um radiador de aquecimento anodizado, que deve suportar essas reações e ter um nível suficiente de transferência de calor. Vale ressaltar que tal pulverização também é realizada na parte externa do produto para protegê-lo de fatores externos.

Atenção especial deve ser dada ao fato de que existem baterias que possuem eletrodos independentes embutidos. Com isso em mente, o produto final é transformado em sistemas de aquecimento pessoal que podem ser transferidos

Mas o strass deve enfatizar que a eficiência do elemento é comparável a um simples elemento de aquecimento elétrico.

Adendo! É de fundamental importância entender que o uso de caldeiras permite deixar de se preocupar com o superaquecimento, mas isso não significa que seja possível desmontar as válvulas ou filtros de proteção. Se manuseado incorretamente, este sistema também pode se tornar inseguro.

Conselho de profissional

As instruções de instalação típicas para esses produtos podem parecer muito simples e totalmente compreensíveis. Mas a maioria dos fabricantes de equipamentos recomendam fortemente o uso dos serviços de especialistas. Junto com isso, alguns deles exigem a presença de mestres estritamente definidos.

Recentemente, os pisos isolados que operam com base nos mesmos sistemas tornaram-se especialmente populares. Esta é uma opção bastante econômica para organizar aquecimento interno de alta qualidade sem recorrer ao uso de baterias. Mas os mestres aconselham combinar esses desenhos, criando vários contornos.
Um indicador claro da qualidade do equipamento é um enorme período de garantia

Isso é especialmente importante se o fabricante tiver centros de serviço pessoal.

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Conexão paralela de caldeiras prós e contras

Consideramos as principais caldeiras acima. Agora considere a conexão de caldeiras de backup, que devem estar no sistema de qualquer casa moderna.

Se as caldeiras de backup estiverem conectadas em paralelo, essa opção terá seus prós e contras.

As vantagens da conexão paralela de caldeiras de reserva são as seguintes:

• Cada caldeira pode ser conectada e desconectada independentemente uma da outra.
• Você pode substituir cada gerador de calor por qualquer outro equipamento. Você pode experimentar as configurações da caldeira.

Contras da conexão paralela de caldeiras de backup:

• Teremos que trabalhar mais com tubulação de caldeira, soldar mais tubos de polipropileno, soldar mais tubos de aço.
• Como resultado, mais materiais, tubos e conexões e válvulas serão usados.
• As caldeiras não poderão trabalhar juntas, em um único sistema, sem o uso de equipamentos adicionais - setas hidráulicas.
• Mesmo depois de usar a seta hidráulica, permanece a necessidade de ajuste e coordenação complexos de tal sistema de caldeiras de acordo com a temperatura do abastecimento de água ao sistema e.

Os prós e contras indicados da conexão paralela podem ser aplicados tanto à conexão do gerador de calor principal e de reserva quanto à conexão de dois ou mais geradores de calor de reserva em qualquer tipo de combustível.

Modos de operação dos controladores

A maioria dos controladores em cascata é capaz de operar em pelo menos dois modos de operação. No modo de aquecimento, o princípio de controle compensado pelo clima é implementado, ou seja, o valor definido para a temperatura do meio de aquecimento fornecido ao sistema depende da temperatura externa.

Quanto mais baixa for a temperatura exterior, maior será o setpoint da temperatura de ida. Este sistema elimina a necessidade de um misturador entre a caldeira e os consumidores de aquecimento.

No modo DHW, o sistema está programado para controlar o sistema quando o valor definido da temperatura de alimentação não depende de temperaturas externas. Em outras palavras, um determinado valor de temperatura suficientemente alto é definido, o que garante um alto nível de transferência de calor através do trocador de calor secundário.

Este modo é normalmente utilizado para fornecer uma temperatura mais elevada do transportador de calor fornecido através do permutador de calor aos consumidores de DHW e aos sistemas anti-gelo. A modulação da potência da caldeira leva a uma diminuição significativa do diferencial entre as temperaturas do líquido de refrigeração necessária e real, o que impede o “clocking” frequente (on / off) da caldeira.

Alguns controladores também são responsáveis ​​pelo funcionamento da bomba de circulação principal e estão ligados ao sistema de gestão predial do edifício. A moderna geração de caldeiras de baixa potência com queimadores modulantes proporciona economia de espaço, alta eficiência, operação silenciosa e confiabilidade. Esta é a solução ideal em sistemas de baixa temperatura; estas caldeiras são ideais para aquecimento por piso radiante, anti-gelo, aquecimento de piscinas, sistemas de água quente e sistemas de bombas de calor, incluindo geotérmicos. Eles já conquistaram uma posição na área de aquecimento de casas particulares.

Como parte de um sistema em cascata, as caldeiras com queimadores modulantes representam uma nova alternativa aos sistemas de aquecimento industrial.

Durante a estação de aquecimento e fora de estação, qualquer sistema de aquecimento tende a ter uma carga irregular e muitas vezes baixa no equipamento. Este problema precisa ser resolvido, onde há necessidade de uma ampla faixa de ajuste da saída de calor de uma caldeira individual e de um sistema de caldeira. Mas isso geralmente leva a uma diminuição no efeito da caldeira, uma diminuição na eficiência e um aumento no consumo de matérias-primas combustíveis. As caldeiras em cascata (Figura 1) representam a solução ótima para o problema.

Cascata - uma conexão que envolve a conexão de pequenas unidades de aquecimento em um sistema.

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Automação de caldeiras em cascata

O papel das ferramentas de automação não pode ser superestimado em termos de conveniência de organizar casas de caldeiras em cascata, sua confiabilidade e eficiência.

É a automação que é responsável por “extrair” a máxima eficiência das caldeiras operando em cascata, garantindo a capacidade de resposta dos geradores de calor aos sinais dos consumidores.

Nas modernas caldeiras de condensação da série industrial, a lógica em cascata está incluída na automação básica e otimizada para equipamentos específicos.

As principais funções da automação de uma caldeira em cascata:

• Coleta de requisitos dos consumidores para geração e priorização de calor (AQS, aquecimento, ventilação, etc.)

• Determinação do modo ideal de operação de cada caldeira individual para garantir a potência necessária.

• Garantir o desenvolvimento uniforme do recurso de caldeiras (com a rara exceção discutida acima).

• Monitoramento de acidentes em caldeiras e sinalização sobre eles.
   

Se falamos sobre as peculiaridades da operação de automação com uma cascata de caldeiras de condensação, consiste na estratégia de ligar e tirar as caldeiras da operação atual. Existem três estratégias principais:

1. Ligue mais tarde, desligue mais cedo.
   Neste modo de operação, as caldeiras adicionais são adicionadas à operação o mais tarde possível com um aumento na demanda de calor, ou seja, as caldeiras já ligadas operam na potência máxima. Quando a demanda de energia diminui, as caldeiras são retiradas da cascata o mais rápido possível. Esta estratégia garante o menor número de caldeiras operando simultaneamente, sua operação na potência máxima e o menor tempo de operação de caldeiras adicionais.

   Padrão para caldeiras sem condensação. Isso se deve ao fato de que para caldeiras sem condensação há uma pequena diminuição na eficiência ao operar em modulação reduzida.
    

2. Ligue mais tarde, desligue mais tarde.
   Ligar caldeiras adicionais o mais tarde possível, mas também desligar o mais tarde possível. É utilizado se for necessário garantir o número mínimo de manobras para ligar os queimadores da caldeira.
    

3. Ligue mais cedo, desligue mais tarde.
   Ligar caldeiras adicionais o mais cedo possível com um aumento da demanda de calor e desligar o mais tarde possível com uma diminuição da demanda de calor.

É esta estratégia de controle que é usada com caldeiras de condensação modernas. Ao mesmo tempo, cada caldeira individual opera com uma modulação mínima que garante a necessidade de calor. O número de caldeiras em funcionamento é máximo. Como resultado, obtemos a máxima eficiência da instalação em cascata com o esgotamento mais uniforme do recurso da caldeira.
 

Conexão serial de caldeiras prós e contras

Se duas ou mais caldeiras estiverem conectadas em série, elas funcionarão da mesma forma que as caldeiras principais conectadas em cascata. A primeira caldeira aquecerá a água, a segunda caldeira a aquecerá.

Nesse caso, a primeira coisa a fazer é colocar a caldeira no tipo de combustível mais barato para você. Pode ser uma caldeira de madeira, carvão ou óleo usado. E atrás dela, qualquer caldeira de backup pode ficar em cascata - mesmo uma a diesel, até uma a pellets.

As principais vantagens da conexão paralela de caldeiras:

• No caso de trabalhar primeiro, os trocadores de calor da segunda caldeira farão o papel de uma espécie de separador hidráulico, suavizando o impacto em todo o sistema de aquecimento.
• A segunda caldeira de reserva pode ser ligada para aquecer a água do sistema de aquecimento nos dias mais frios.

Contras ao usar o método paralelo de conectar geradores de calor de backup na sala da caldeira:

Trajeto de água mais longo através do sistema com mais voltas e mais voltas nas conexões e conexões.

Naturalmente, é impossível deixar diretamente o fluxo de uma caldeira para a entrada de outra. Neste caso, não poderá desligar nem a primeira nem a segunda caldeira, se necessário.

Embora do ponto de vista do aquecimento coordenado da água da caldeira, esse método será o mais eficaz. Pode ser implementado instalando loops de bypass para cada caldeira.

As principais vantagens do uso de cascatas de caldeiras

A maioria das vantagens listadas abaixo pode ser atribuída não apenas às caldeiras de condensação, mas prestaremos atenção separadamente ao que distingue especificamente esse tipo de equipamento no âmbito do tópico relevante

Aumentando a faixa geral de modulação de potência

Como observado acima, a principal razão para instalar várias caldeiras em cascata é aumentar a capacidade máxima da casa de caldeiras, limitando o desempenho de uma única unidade.Deste ponto de vista, quaisquer caldeiras estão, pode-se dizer, em uma posição igual.

Ao mesmo tempo, não se deve esquecer que os sistemas de aquecimento modernos estão sujeitos a requisitos crescentes em termos de eficiência energética. E um dos principais princípios para garantir esse princípio é garantir que a potência atual dos geradores de calor seja igual às necessidades do sistema, nem mais nem menos. Assim, o limite inferior da modulação da capacidade da caldeira também desempenha um papel importante. O uso de uma cascata ajuda a reduzir significativamente esse limite. Também vale lembrar que para latitudes médias a maior parte do ano a necessidade de calor não é superior a 30-40% do máximo.

Ao usar geradores de calor idênticos em cascata, o limite de potência inferior é determinado simplesmente dividindo o desempenho mínimo de uma caldeira individual pelo seu número. E aqui é fácil ver em que uma luz favorável as caldeiras de condensação aparecem. A modulação mínima para as caldeiras de parede mais modernas é de aproximadamente 15%. Assim, usando, por exemplo, quatro dessas caldeiras, obtemos uma faixa total de modulação contínua de 4-100%. Além disso, ao contrário das caldeiras tradicionais, a eficiência das caldeiras de condensação só aumenta com a diminuição da modulação.
 

Garantir um alto nível de tolerância a falhas da sala da caldeira

Uma vantagem bastante óbvia. Quanto mais caldeiras em cascata são usadas, há menos queda na potência total quando um gerador de calor individual falha e é reparado.
 

Facilidade de instalação e manutenção de equipamentos

Independentemente da capacidade total da casa de caldeiras, muitas vezes enfrentamos limitações de espaço durante o projeto e a instalação.
 

	Do ponto de vista do projectista, a utilização de uma cascata de várias caldeiras permite uma utilização mais flexível do espaço disponível, sobretudo quando se utilizam caldeiras de parede. Para a maioria das séries de caldeiras industriais de parede, existem soluções hidráulicas prontas para organizar cascatas.
	As mais modernas caldeiras de condensação de piso também oferecem a possibilidade de instalação compacta e tubulação hidráulica conveniente.

A conveniência para as organizações de montagem e manutenção reside na facilidade de entrega de uma caldeira separada ao local de instalação direta em qualquer estágio. Isto é especialmente verdadeiro para caldeiras de telhado, onde, se for necessário substituir o gerador de calor (embora extremamente improvável), sua leveza e compacidade podem desempenhar um papel crítico. Neste contexto, não se esqueça do parágrafo anterior desta seção.
 

Possibilidade de aumentos sucessivos da capacidade da caldeira

Cada vez mais utilizado nos últimos tempos, a possibilidade de distribuição de investimentos para diferentes etapas da construção.

As soluções em cascata permitem adicionar capacidade sequencialmente a um sistema existente. Naturalmente, a parte hidráulica deve prever a possibilidade de tal expansão.
 

Artigo: Soluções em cascata para caldeiras de chão HL

Pré-requisitos para uma cascata modulada

Existem três condições importantes que devem ser atendidas ao projetar um sistema em cascata "modulado".

Em primeiro lugar,
as conexões de linha e os controladores devem ser implementados de tal forma que seja possível o ajuste independente da circulação do fluxo através de cada caldeira. A água não deve circular através de uma caldeira inoperante, caso contrário o calor do meio de aquecimento será dissipado através do trocador de calor ou da carcaça da caldeira.

Isso também se aplica ao sistema em cascata simples. O ajuste independente do fluxo do transportador de calor é obtido equipando cada caldeira com uma bomba de circulação individual.Ao instalar bombas de circulação em paralelo, devem ser instaladas válvulas de retenção para evitar o fluxo de retorno do refrigerante através de caldeiras ociosas a jusante das bombas.

O fornecimento de refrigerante a cada caldeira com a ajuda de bombas de circulação individuais permite aumentar a pressão no permutador de calor da caldeira em funcionamento para evitar a cavitação e a vaporização explosiva.

Em segundo lugar,
As ligações de ida e retorno para cada caldeira devem ser feitas em paralelo (especialmente quando se utilizam caldeiras de condensação).

Isso permite manter a mesma temperatura da água na entrada de cada caldeira e, se necessário, excluir o fluxo de refrigerante entre os circuitos. A baixa temperatura do refrigerante fornecido à caldeira contribui para a condensação vapor de água de produtos de combustão e melhorar a eficiência do sistema. Alguns controladores em cascata para caldeiras com queimadores modulantes estão equipados com uma função “time delay”, ou seja, conseguem ligar a bomba de circulação de uma determinada caldeira pouco antes de o queimador ser ligado.

Além disso, eles podem manter as bombas funcionando por algum tempo após o desligamento do queimador.

O primeiro garante que o trocador de calor da caldeira seja aquecido pelo transportador de calor de fornecimento quente do sistema, o que evita choque térmico devido a uma diferença significativa de temperatura (e condensação de gases de combustão para caldeiras convencionais) quando o queimador é acionado. A segunda é aproveitar o calor residual do trocador de calor e não removê-lo pelo sistema de ventilação após o término da operação da caldeira.

E em terceiro lugar,
É muito importante que as bombas de circulação forneçam um fluxo adequado de refrigerante através das caldeiras em funcionamento, independentemente do caudal do sistema de aquecimento. Uma solução natural para este problema é o uso de um separador hidráulico de baixa pressão