KONDENZAČNÍ KASKÁDOVÉ KOTELNY THERM

KONDENZAČNÍ KASKÁDOVÉ KOTELNY THERM (zapojení kotlů THERM 45 KD)

podklady pro projektování

1.

Úvod ..............................................................................................................................................3

2. 3. 4. 5.

Charakteristika kaskádového systému ...........................................................................................4 Technika kondenzačních kotlů ......................................................................................................5 Využití principu kondenzace .........................................................................................................7 Parametry kotlů Therm 45 KD ......................................................................................................9

6. Návrh kaskádového systému .......................................................................................................12 6.1 Stanovení počtu kotlů. .......................................................................................................................12 6.2 Volba umístění zdrojů tepla...............................................................................................................13 6.3 Návrh jednotlivých hydraulických částí kaskádového systému ........................................................13 6.4 Návrh systémového čerpadla.............................................................................................................19 6.5 Návrh odvodu spalin..........................................................................................................................19 6.6 Regulace ...........................................................................................................................................29 7. Příloha 1 - Nastavení přepínačů u interface IU05 a IU04.10 u sestav kotlů ..............................37 8.

Příloha 2 - Ukázka části projektu................................................................................................41

2

6/2007

1.

ÚVOD Každý člověk musí dnes a denně učinit spoustu rozhodnutí. Některá jsou krátkodobá a jiná nás provázejí

spoustu let. K těm dlouhodobým patří i volba vytápění a výběr zdroje tepla pro vytápění, což bývá většinou kotel. Správným výběrem kotle můžeme ušetřit spoustu finančních prostředků při zachování požadovaného komfortu. Výběr kotle obvykle nesouvisí jen s topením a topným systémem, ale také s přípravou teplé užitkové vody (TUV). Snad každý by chtěl doma teplo a dostatek teplé vody, a to s co nejmenšími náklady. V této publikaci se podíváme na možnost řešit zdroje tepla trochu jinak. Zamyslíme se nad volbou a výběrem kotle s ohledem na možnosti, které současná technika umožňuje, na systém kaskády kondenzačních kotlů.

3

6/2007

2. CHARAKTERISTIKA KASKÁDOVÉHO SYSTÉMU Kaskádový systém je zapojení několika kotlů Therm za sebou. Jedinečnost zapojení a konstrukce kotlů Therm dovoluje zvyšovat instalovanou kapacitu plynule již od 24% nominálního výkonu nejmenšího použitého kotle. V případech potřeby větších výkonů (až do výkonu 720 kW) poskytuje kaskádový systém zapojení kotlů velké výhody. Zvláště použití kondenzačních kotlů Therm 45 KD je velmi výhodné z hlediska poměru zastavěného prostoru a instalované kapacity při zachování výhod kaskádového zapojení s plynulou modulací výkonu. Možnost zařazení do kaskád však není omezena pouze použitím kotlů 45 KD. Kotle 45 KD je možné kombinovat i s dalšími kondenzačními kotli THERM, a tak přizpůsobit sestavu jak vypočteným tepelným ztrátám objektu, tak i potřebám množství teplé užitkové vody. V technice otopných systémů je kaskádový systém průkopnickou metodou pro optimalizaci instalací s velkým výkonem. Místo jednoho kotle s velkým výkonem, který musí pracovat jako celek i při spotřebě malého množství tepla, je v kaskádovém řešení možnost zapojit jen tolik kotlů, kolik je v dané chvíli potřeba. Množství kotlů, které má být v provozu je elektronicky regulováno. V praxi je prokázáno, že v topné sezóně je v 80% času kapacita kotle využívána jen na 50% jmenovitého výkonu. V průběhu celé sezóny je tedy kotel využit v průměru jen na 30% výkonu. To znamená jen malé využití a neefektivní provoz. Kaskádový systém poskytuje, jak je zřejmé, okamžitou potřebnou kapacitu postupným přiřazováním více "malých" kotlů proti variantě velkého kotle s neefektivním provozem při malých výkonech. Pomocí kaskádové regulace s programovým řízením se odstraní nepříjemné problémy se stanovením optimálního poměru kapacity systému a spotřeby tepla. Široký regulační rozsah kaskády umožní dlouhodobý provoz na nižších teplotách topné vody, tím snížíme ztráty vyzařováním a ztráty při pohotovostním stavu systému. Zvýší se okamžitě využitelnost a kromě toho se zpříjemní teplotní podmínky v prostředí, tzn. zvýší se uživatelský komfort. Důsledné využívání informačních technologií umožňuje nejen ideální regulaci optimalizující výkon kotelny v každém okamžiku provozu. Doposud byl provoz kotelny zajišťován cenové náročným řešením, řízením kaskádovými řadiči. Výrazným posunem bylo vybavení kotlů komunikačním rozhraním (interface), umožňujícím přenos informací mezi kotli a plynulou modulaci výkonu všech kotlů v kaskádě současně. Znamená to nejen dosažení optimálního nastavení výkonu v každém okamžiku provozu, ale i okamžitý přístup k informacím o aktuální činnosti a eventuální

diagnóze

kaskádová

kotelna

problému je

skutečné

kaskádové

kotelny.

„inteligentním

Dnešní

zařízením",

pracujícím zcela samostatně, bez zásahu „omylného člověka". Řešení s promyšleným využitím standardního hardwaru a softwaru, jehož cena je příznivá, je tak dostupné i spořivějšímu uživateli.

4

Nenáročnost na umístění kaskádové kotelny ji umožňuje vybudovat prakticky kdekoliv. Instalace kotlů v půdních prostorech uspoří místo a odpadá nutnost stavět vysoký komín ve špatných rozptylových podmínkách.

6/2007

Kaskádové kotelny z kondenzačních kotlů jsou přesně zacílenou odpovědí na naléhavý požadavek, optimálně řešit současné problémy středních a malých odběratelů tepla i TUV. Za narůstajícím zájmem odborné i investorské veřejnosti stojí jejich základní přednosti: • vysoká úspora provozních nákladů v porovnáním s ostatními zdroji tepla • ekonomicky nenáročné a vysoce efektivní řešení komunikace kaskády • plně automatizovaný provoz • široká modulace výkonu celé kotelny (např. 13 až 720 kW) • ohleduplnost k životnímu prostředí (snížení hodnot emisí až o 70 % oproti běžným plynovým zdrojům na trhu) • vysoká provozní spolehlivost • jednoduché a přehledné technické řešení • malý obestavěný prostor, bez nutnosti zastavění podlahové plochy • optimální přizpůsobení pro připojení externího zásobníku TUV • diagnostika a monitoring kotelen s maximální servisní podporou

Možnost stavebnicového využití několika kotlových jednotek THERM 45 KD (v počtu až šestnácti kusů v jednom kaskádovém systému, tzn. do výkonu 720 kW) nabízí řešení zdroje tepla a TUV. Kaskáda konfigurovaná přesně na míru, vytváří optimální zdroj tepla a je žádaným kompromisem mezi individuální a centrální (externí) dodávkou tepla pro bytové, sociální a provozní objekty. V souhrnu lze říci, že pro kaskádové kotelny hovoří přednosti, jako je rychlost instalace předem připravených modulů, možnost rekonstrukce za provozu stávající kotelny (tzn. bez odstávky), jednoduchá údržba i dlouhodobá životnost a v neposlední řadě šetrnost s ohledem na další zásahy do objektu i okolí bez rozsáhlých a neestetických venkovních rozvodů. Velkou předností kotelen s kaskádou kotlů THERM je nenáročnost na jejich umístění. Od počátku vývoje v roce 1993 kotle THERM a jejich variace řazení do kaskády budí zaslouženou pozornost odborníků doma i v zahraničí. V současné době představují kotle Therm díky dokonalému programování a neomezené možnosti komunikace technickou špičku řešení, která ve své kategorii nemá konkurenci. Nejlepší představu o ekonomické rentabilitě kaskádových kotelen lze získat na stránkách www.thermona.cz , kde jsou uvedeny některé ze skutečně realizovaných aplikací, včetně vyhodnocení provozních nákladů a návratnosti investic.

3. TECHNIKA KONDENZAČNÍCH KOTLŮ Popis kotlů 45 KD

Kotel THERM 45 KD rozšířil úspěšnou řadu kondenzačních kotlů, které si získaly vynikající postavení na trhu díky své vysoké kvalitě, jednoduchému ovládání a špičkové regulaci. Základem plynového kondenzačního kotle THERM 45 KD je jednolitý vyztužený nosný rám, na němž jsou připevněny všechny provozní prvky kotle. Celistvost takto navrženého rámu zajišťuje maximální pevnost celé kotlové jednotky. V horní části kotle je umístěno kompaktní kondenzační těleso nové generace, které sdružuje spalovací komoru s hořákem a dvoukomorovým nerezovým výměníkem. Obal kondenzačního tělesa sestává z venkovního termoplastového pláště vyztuženého nerezovou vnitřní stěnou, čímž se výrazně omezuje prostup tepla do okolí a zároveň se tak pozitivně 5

6/2007

posunuje hranice životnosti kotle. Teplosměnné plochy výměníků jsou tvořeny kruhovými trubkovnicemi. Sběrač na výstupu topné vody z tělesa je osazen teplotní sondou. Odnímatelná čelní stěna kondenzačního tělesa je osazena dvěma elektrodami (zapalovací a ionizační), trubkovým hořákem a tvarovaným potrubím pro přívod směsi plynu se vzduchem. Vhodný poměr směsi plynu se vzduchem a její promíchání zajišťuje mixer v součinnosti se speciální plynovou armaturou. Ta v sobě zahrnuje regulátor tlaku plynu, dva solenoidové blokovací ventily a poměrovou regulaci výstupního množství plynu s prvky pro mechanické nastavení. Celý systém pracuje tak, že množství přidávaného plynu je přímo úměrné množství proudícího vzduchu přes mixer, dodávaného ventilátorem. Lze tedy konstatovat, že výkon kotle je závislý na množství proudícího vzduchu pro spalování. Otáčky ventilátoru jsou proto plynule elektronicky řízené v širokém rozsahu, což výsledně zajišťuje vysoký výkonový rozsah kotle. Přívod vzduchu do ventilátoru je realizován tvarovaným potrubím ze sestavy sání. Odvody kondenzátu z kondenzačního tělesa, potrubí odtahu spalin na přívodu vzduchu jsou pomocí hadicového vedení svedeny do zápachové uzávěrky, odkud je kondenzát vyveden ven z kotle. Na vstupu vratné vody je zabudováno dopravní čerpadlo, zabezpečující průtok vody kotlem. Dostatečný průtok topné vody je hlídán průtokovým spínačem. Kotel je taktéž vybaven pojistným ventilem pro přetlakovou ochranu kotle. Kotel je možné rozšířit o motorický trojcestný ventil pro rozdělení funkcí ohřevu TUV a ohřevu topného systému. Ovládací panel je celoplastový. Na přední straně jsou rozmístěny ovládací prvky a LCD displej. Uvnitř ovládacího panelu je zabudovaná jednodesková automatika DIMS03-TH01, která obsahuje elektronické obvody pro zapalování hořáku a pro mikroprocesorové řízení činností kotle. Kromě toho je řídící elektronika kotle standardně vybavena tzv. ekvitermní regulací a je připravena pro jednoduché zapojení jednotlivých kotlových jednotek do kaskádového zapojení. Ovládací panel kotle byl navržen s ohledem na maximální komfort při ovládání i při nastavování jednotlivých parametrů kotle servisním technikem. Kondenzační kotel Therm 45 KD, jak je zřejmé již z označení, využívá při spalování principu kondenzace. Tím je dosaženo vysoké účinnosti a efektivnosti, která se navíc ještě zvyšuje při zapojení kotlů do kaskády. Kotel THERM 45KD svojí konstrukcí a principem spalování umožňuje při stejné tepelné pohodě a spotřebě TUV v domě redukovat spotřebu plynu až o 30 % a snížit emise škodlivin NOx a CO až o 70 % oproti konvenčním zdrojům tepla. Spojení inteligentního řízení kotlů Thermona a kondenzačního principu kotlů přináší rapidní snížení nákladů na vytápění a ohřev TUV při zachování velmi nízkých emisních hodnot z procesu spalování plynu. Prvotním impulsem pro vývoj kondenzačního kotle THERM 45 KD bylo přednostní uplatnění v kaskádových kotelnách. Při vývoji systému kaskádové kotelny z kondenzačních kotlů využívali technici společnosti Thermona originální poznatky nabyté z osvědčeného systému kaskádových kotelen složených z klasických kotlů. Celý systém kaskádové kotelny je navržen tak, že koncovému uživateli nabízí komplexní řešení vytápění a ohřevu TUV. Kaskáda z kotlů Therm 45 KD tedy splní veškeré požadavky, které se očekávají od zdroje tepla, ale nejen to, kaskádová kotelna zároveň řeší i plně kompatibilní ekvitermní regulaci bez nutnosti dodání dalších regulačních systémů či regulátorů, což nebývá standardem u jiných v současnosti nabízených řešení. Kondenzační kotle zapojené do kaskády však vyžadují úplně jiný systém regulace a vzájemné komunikace než kotle klasické. Z tohoto důvodu prošel důvěrně známý systém řízení kaskádových kotelen Thermona významnými úpravami zejména v oblasti regulace. Navržená regulace kaskádové kotelny z kondenzačních kotlů zajišťuje, aby do určitých mezí všechny kotle v kaskádě fungovaly v tzv. kondenzačním režimu. Inteligentní systém regulace kotlů tedy 6

6/2007

udržuje optimální výkonovou hranici na jednotlivých kotlích, tak aby bylo co nejvíce využito tzv. principu kondenzace. Zároveň zůstává zachován široký výkonnostní rozsah kaskádové kotelny. Při použití kondenzačních kotlů Therm 45KD je kaskáda schopna pracovat v rozmezí 1,8 – 100% svého maximálního výkonu, což je řečeno v číslech 13 – 720 kW. Mezi odborníky je vysoce ceněný i systém zapojení a montáže kaskády kotlů. Samotná realizace je velmi jednoduchá – do každého kotle se vloží komunikační rozhraní – tzv. interface, který se propojí párem vodičů se sousedními kotli a tím získáme plnohodnotnou kaskádu – bez finančně nákladného kaskádového řadiče. Ovládání celé kaskády je snad to nejjednodušší – všechny kotle se zapnou a na prvním kotli se nastaví teplota do topení. Všechno ostatní si už kotle „domluví“ mezi sebou. Odpadá složité a komplikované nastavování každého kotle zvlášť, nastavování řadiče a další. Pokud je třeba zvýšit počet kotlů, jednoduše se přidá kotel, do něj se vloží interface, a po propojení párem vodičů kaskáda pokračuje v činnosti. V samotném uvedení do provozu se neskrývají žádné záludnosti. Stačí na každém interface nastavit přepínače, nastavit přepínač v hlavním kotli a kaskáda je funkční. Toto prvotní nastavení provede servisní technik a dál se žádné složité nastavování neprovádí. V případě, kdy požadujeme řízení teploty topné vody v závislosti na venkovní teplotě (u kaskády z kondenzačních kotlů je to více než doporučené) - ekvitermní regulace – stačí doplnit jedno venkovní čidlo a celá kaskáda bude topit podle venkovní teploty. 4. VYUŽITÍ PRINCIPU KONDENZACE Správné využití zdrojů energie na naší planetě se stává čím dál více aktuální. Tuto energii nutnou k našemu životnímu stylu získáváme zpravidla z přírodních zdrojů, které nejsou neomezené, což nás nutí k její rozumné spotřebě bez plýtvání. Taktéž důraz na kvalitu ovzduší posouvá techniku ke zužitkování zdrojů energie s co možná nejnižšími znečišťujícími emisemi. V tomto kontextu musí reagovat vývoj technologií u plynových kotlů a ohřívačů TUV s požadavkem na snížení spotřeby plynu a snížení emisí. U „klasických“ kotlů mají spaliny (dle typu kotle) průměrnou teplotu cca 100 °C. Chemickou reakcí při spalování uhlovodíků vzniká voda, která se ovšem okamžitě v plameni přetvoří na vodní páru. Ta se bez využití odvádí do ovzduší a odnáší s sebou až 11 % (u zemního plynu) nevyužité energie (tepla). Účelem kondenzační techniky je odebrat tuto vzácnou energii (teplo) ochlazením vodní páry ze spalin ve speciálním výměníku a teplo takto získané použít také pro ohřev vody pro vytápění. Nejvíce této energie získáme při takovém ochlazení spalin, kdy vodní pára, obsažená ve spalinách zkondenzuje, tj. při teplotách topné vody nižších, než rosný bod spalin, který se pohybuje kolem 57 °C. Proto u kondenzační techniky docílíme největšího efektu u podlahového topení, nebo systému s radiátory o větší ploše, ale ani u klasických systémů v přechodných obdobích s využitím ekvitermní regulace topné vody není tento zisk zanedbatelný. Jak se dosáhne účinnosti nad 100 % ? V minulosti pro výpočet účinnosti, jako maximálně možná využitelná energie v palivu, stanovila „výhřevnost" paliva. Existuje ještě další veličina charakterizující energii 7

6/2007

v palivu, která se nazývá „spalné teplo". Ta v sobě zahrnuje také energii vodní páry obsažené ve spalinách (u zemního plynu je to +11%), kterou lze získat kondenzací. Spalné teplo = výhřevnost + kondenzační teplo Jestliže kondenzační zařízení umí navíc získat energii vodní páry (kondenzační teplo), dostáváme se při běžně používaném výpočtu s účinností nad hranici výhřevnosti plynu tzn. nad hranici 100 %. Jak je možno zužitkovat výhody kondenzační techniky: Platí jednoznačně, že čím nižší teploty topného systému, tím vyšší využití kondenzačního principu. Při provozu kondenzačního kotle v pracovním režimu teplot 80/60°C dochází k minimální kondenzaci vodní páry a účinnost kotle se pohybuje kolem 98 %. Rozdíl účinnosti v porovnání s klasickým kotlem (92%) není v tomto případě zásadní. Jiná situace ovšem nastane při snížení teplot topného systému na např. 50/30°C. Zde se v plné míře uplatní kondenzační režim kotle, dochází k výrazné kondenzaci vodní páry a tím ke zvýšení účinnosti kotle na 106%, což je v porovnání s klasickým kotlem poměrně výrazný rozdíl. Pro plné využití kondenzačního kotle je tedy vhodné volit nižší pracovní teploty topného systému. Toho dosáhneme bez problémů u systému s podlahovým topením. Při novém návrhu systému s radiátory je nutno snížit výpočtové teploty topného systému, čímž zvýšíme otopnou plochu radiátorů. Také u klasických, dříve instalovaných topných systémů s radiátory můžeme při využití kontinuálního ohřevu radiátorů během topné sezóny (např. využitím ekvitermní regulace, popř. v kombinaci s optimalizací teplotou vytápěného prostoru) dosáhnout nezanedbatelných úspor.

8

6/2007

5. PARAMETRY KOTLŮ THERM 45 KD

měrná THERM 45 KD jednotka Palivo

zemní plyn

Kategorie spotřebiče

I2H

Jmenovitý tepelný příkon

kW

42,5

Minimální tepelný příkon

kW

12,25

Jmenovitý tepelný výkon při ∆t = 80/60 °C

kW

41,7

Jmenovitý tepelný výkon při ∆t = 50/30 °C

kW

45

Minimální tepelný výkon při ∆t = 50/30 °C

kW

13

Vrtání clony plynu

mm

10

Přetlak plynu na vstupu spotřebiče

mbar

20

Spotřeba plynu

m3.h-1

1,28 – 4,52

Max. přetlak top. systému

bar

3

Min. přetlak top. systému

bar

0,8

Max. výstupní teplota topné vody

o

C

80

mm

80/125

Průměr koax. odtahu spalin Průměrná teplota spalin

o

C

50

Max. hlučnost dle ČSN 01 16 03

dB

54

Účinnost kotle

%

98 - 106

Třída NOx kotle

5

Jmenovité napájecí napětí / frekvence

V / Hz

230 / 50

Jmenovitý el. příkon

W

280

Jmenovitý proud pojistky spotřebiče

A

2

Stupeň krytí el. částí

IP 41 (D)

Prostředí dle ČSN 33 20 00 – 3

základní AA5/AB5

Rozměry kotle: výška/šířka/hloubka

mm

800/430/370

Hmotnost kotle

kg

45

9

6/2007

GRAF POUŽITELNÉHO PŘIPOJOVACÍHO PŘETLAKU TOPNÉ VODY

Připojovací přetlak Therm 45 KD 800

700

Výstupní přetlak (mbar)

600

500

400

Wilo

300

200

100

0 0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

Průtok vody (m3/ h)

Upozornění: Křivka použitelného připojovacího přetlaku topné vody je zpracována na čerpadlo Wilo 15/7-3 a to na nejvyšší regulační stupeň. Nedoporučujeme výkon čerpadla snižovat.

ROZMĚRY A PŘIPOJENÍ

1. Vstup vratné vody G 1", vnější závit 2. Výstup topné vody G 1", vnější závit 3. Vstup plynu G 3/4", vnější závit

10

6/2007

ZJEDNODUŠENÉ HYDRAULICKÉ SCHÉMA

1234-

Plynový ventil SIT Sigma 848 Kondenzační těleso Oběhové čerpadlo WILO Průtokový spínač

A- Vstup vratné vody G 1´´ B- Výstup topné vody G 1´´ G- Vstup plynu G ¾ ´´

ZAVĚŠENÍ KOTLE THERM 45 KD

45 KD

70

11

6/2007

6. NÁVRH KASKÁDOVÉHO SYSTÉMU Při návrhu kaskády je nutné v každém případě zvážit následující body: 6.1

Výpočet potřeby tepla z hlediska tepelné transmise podle instalovaného vytápěcího systému, která musí odpovídat výkonu kaskády. Z tohoto výkonu se stanoví počet kotlů.

6.2

Volba umístění zdrojů tepla.

6.3

Návrh skladby a dimenzí jednotlivých hydraulických částí kaskádového systému podle výkonu kaskády.

6.4

Stanovení objemového toku z celkové kapacity systému a určení výkonu hlavního oběhového čerpadla za hydraulickým vyrovnávačem dynamických tlaků.

6.5

Návrh odvodu spalin, případně navržení společného sběrače.

6.6

Regulace, funkce a nastavení kaskády

6.1 Stanovení počtu kotlů. Základním údajem pro návrh kotelny, volbu schématu zapojení a dimenzování všech zařízení je instalovaný výkon kotlů, který je nazýván přípojný tepelný výkon zdroje tepla. Ten je dán tepelným výkonem nutným pro pokrytí tepelných ztrát objektu a potřeb tepla pro ostatní spotřebiče (ohřev TUV, větrání, technologie atd). Výkon kotelny není vlivem časově proměnlivých odběrů tepla dán prostým součtem všech maximálních příkonů, ale je nutno jej určit individuálně. ČSN 06 0310 jej určuje výpočtem pro tyto druhy provozu. 1. Vytápění objektu s přerušovaným větráním a ohříváním TUV. QPRIP = 0,7 . QTOP + 0,7. QVET + QTUV (W, kW) 2. Vytápění objektu s trvalým větráním nebo nepřetržitým technologickým ohřevem. QPRIP = QTOP + QVT (W, kW) 3. Vytápění objektu a ohřívání TUV průtočným způsobem s přednostním ohřevem TUV. QPRIP = vyšší hodnota z potřeby tepla pro vytápění nebo ohřev TUV. kde: QPRIP - výkon instalovaných kotlů (celkový výkon kotelny) (W, kW) QTOP - tepelná ztráta objektu při oblastní venkovní výpočtové teplotě (W, kW) QVETR - tepelný příkon vzduchotechniky (nucené větrání) (W, kW) QTUV - tepelný příkon ohřevu TUV (W, kW) QVT - tepelný příkon pro větrání nebo technologický ohřev

12

6/2007

Doporučujeme věnovat návrhu výkonu kotelny velkou pozornost. Často se totiž stává, že zjednodušením a podceněním výpočtu spotřeby tepla a tepelné ztráty objektu je navržena kotelna, ve které jsou kotle značně předimenzovány nebo naopak není dostatečně posouzena potřebná výkonová špička. To pak následně vede k nehospodárnosti provozu a ke zbytečnému zvyšování investičních nákladů nebo je zdroj tepla uživatelem posuzován jako nedostatečný. Velmi pečlivě a s rozvahou je nutno postupovat při rekonstrukcích kotelen na pevná paliva, kdy instalovaný výkon stávajících kotlů je téměř vždy předimenzován, někdy i více než o 100%. 6.2 Volba umístění zdrojů tepla. Ze schéma topného systému zvážit vhodnost centrálního vytápění v objektu příp. stanovit potřebný výkon jednotlivých decentralizovaných skupin kotlů. Přihlížíme také k větší vhodnosti decentralizace vytápění vzhledem k snadnější realizaci regulace a snížení hydraulických a tepelných ztrát v systému. Při této rozvaze je též nutné zvážit, jakým způsobem bude proveden systém odtahu spalin – společný komín nebo odkouření každého kotle v kaskádě samostatně atd.. Je také nutné důkladně zvážit systém větrání a přizpůsobit systém větrání použitým typům kotlů. 6.3 Návrh jednotlivých hydraulických částí kaskádového systému Při návrhu a instalaci kaskádového systému je nutné dodržet některá základní technická pravidla. Při jejich dodržení se vyvarujete zásadních chyb, které by následně ovlivňovaly užitnou hodnotu díla. Zvláště je třeba věnovat pozornost následujícím skutečnostem: - zpětná klapka, filtr, vypouštěcí a uzavírací ventil pod každým kotlem - hydraulický rozdělovač + hydraulický vyrovnávač dynamických tlaků (HVDT) - zabezpečovací zařízení

- řešení ohřevu TUV - hlavní oběhové čerpadlo v sekundárním okruhu (více v následující kapitole)

Zpětná klapka Pod každý kotel zapojený do kaskády je nutné namontovat zpětnou klapku, která se otevírá při přetlaku cca 20 mbar. Montuje se pro zamezení tepelných ztrát, které by mohly vznikat vyzařováním tepla přes výměníky kotlů, které nejsou právě v činnosti.

Filtr Umístit do systému filtry se opravdu vyplatí. Zvláště ve starších topných systémech je mnoho nečistot, rzi a kamene. Zamezí se tak vniknutí nečistot do kotlů a jejich případné poruše. Filtry je nutné umístit na zpátečku každého kotle. Kromě těchto filtrů umístěných pod kotli je možné navrhnout ještě jeden tzv. systémový filtr. Tento filtr se umísťuje do zpětné větve primárního okruhu před hydraulický vyrovnávač dynamických tlaků.

Vypouštěcí ventil Jeho umístění pod každý kotel v kaskádě opět doporučujeme. Toto technické řešení ocení zejména servisní technici při případném servisním zásahu či při pravidelné údržbě kotle. S vypouštěcími ventily úzce souvisí i uzavírací ventily. 13

6/2007

Uzavírací ventily Rovněž instalace uzavíracích ventilů je velmi vhodná investice. Tyto ventily se umísťují na vstup i výstup topné vody z kotle a umožňují uzavření přívodu topné vody do kotle, který pak jde jednoduše vypustit přes vypouštěcí ventil. Uzavřít tyto ventily je možné pouze při odstavení kotle z provozu za účelem např. následného servisu! V žádném případě neuzavírejte ventily za provozu!

Hydraulický rozdělovač + hydraulický vyrovnávač dynamických tlaků (HVDT) Pro správnou činnost kaskádového systému kotlů je bezpodmínečně nutné oddělit kotlový a topný okruh, protože objemový průtok vody kotlového okruhu je proměnný v závislosti na počtu pracujících kotlů. Objemový průtok vody v otopném okruhu se také mění při použití směšovacích ventilů pro regulaci samostatných otopných zón. K oddělení kotlového a topného okruhu se používá hydraulický vyrovnávač dynamických tlaků HVDT (anuloid). Při řešení konkrétní aplikace propojení hydraulické části kaskády kotlů Therm doporučujeme využít typizovaného hydraulického rozdělovače s integrovaným anuloidem „Thermset“. V sortimentu výrobce je k dispozici široká nabídka rozdělovačů v provedeních dle počtu a typu připojovaných kotlů a prostorových dispozic kotelen. Hydraulické rozdělovače Thermset se vyrábí v provedení levém (HVDT je na levé straně) a v provedení pravém (HVDT na pravé straně). Oba tyto typy se ještě dále dělí na Thermset LINE a Thermset BACK. Thermset LINE slouží k zjednodušenému připojení kotlů umístěných v jedné řadě. Pomocí Thermset BACK je potom možné připojit do kaskády kotle ve dvou řadách zády k sobě. Tohoto systému je vhodné využít u kaskád instalovaných např. z dispozičních důvodů uprostřed kotelny, kdy jsou kotle zavěšeny na společném nosném rámu. Dodávané typy hydraulických rozdělovačů Thermset ke kaskádám z kondenzačních kotlů: CELK. VÝKON KASKÁDY / POČET KOTLŮ

UMÍSTĚNÍ ANULOIDU

45 KD THERMSET LINE

90 / 2

P

45 KD THERMSET LINE

135 / 3

P

45 KD THERMSET LINE

180 / 4

P

45 KD THERMSET LINE

225 / 5

P

45 KD THERMSET LINE

270 / 6

P

45 KD THERMSET LINE

90 / 2

L

45 KD THERMSET LINE

135 / 3

L

45 KD THERMSET LINE

180 / 4

L

45 KD THERMSET LINE

225 / 5

L

45 KD THERMSET LINE

270 / 6

L

TYP ROZDĚLOVAČE

14

6/2007

Příklad legendy označení typu hydraulického rozdělovače Thermset :

45 KD THERM SET LINE L

180 / 4 Počet kotlů v kas kádě (4 ks ) Celkový výkon kas kády (180 kW ) Umís tění anuloidu (na levé s traně) Rozmís tění kotlů (Line - v jedné řadě) Typ kotlů zařazených v kas kádě (Therm 45 KD)

PŘÍKLADY PROVEDENÍ HYDRAULICKÝCH ROZDĚLOVAČŮ THERMSET

15

6/2007

Zabezpečovací zařízení kotelny Způsob zajištění teplovodního zdroje tepla (kotelny a otopné soustavy) je dán ČSN 06 0830. Její současná verze ponechává značnou volnost projektantům, jakým způsobem soustavu ÚT a kotelnu zajistí. Celkový objem vody v topném systému se mění dle její teploty. Voda je nestlačitelná, po svém ohřátí zvětšuje svůj objem a ten je nutno někam „uložit“. Pro zachycení změny objemu vody jsou používány expanzní nádoby, ve kterých je ukládán zvětšený objem vody, pojistné zařízení zajišťuje systém kotelny proti přestoupení dovoleného pracovního tlaku. Při určení objemu expanzní nádoby, návrhu pojistného ventilu a dimenze pojistného potrubí doporučujeme držet se výpočtu uvedeného v ČSN 06 0830. Objem expanzní nádoby (velikost expanzního prostoru) je tedy závislý na množství topného media v topném systému! U nově projektovaných soustav ÚT je určení objemu vody jednoduché. V tomto případě je objem vody dán součtem objemu vody v kotlích, potrubí, v otopných tělesech a v ostatním zařízení. Údaje o objemech vody daných částí zařízení uvádějí výrobci v projekčních podkladech a objem vody v potrubí je možno určit z tabulek rozměrů potrubí. Někteří výrobci expanzních zařízení nabízejí k výpočtu objemu topného média v systému software, který je ve většině případů volně stažitelný na jejich webových stránkách. Problém při výpočtu expanzního objemu nastává v případech, kdy je nutno zjistit objem vody ve stávající otopné soustavě, což je při nedostatku podkladů prakticky nemožné provést přesně. Při určení objemu vody u stávajících soustav se proto vychází ze zkušeností a z porovnání s nově provedenými soustavami. Objem vody v soustavě je přepočítán na 1 kW instalovaných otopných těles (ne tepelné ztráty objektu, či výkonu kotlů!): Systémy s deskovými tělesy .................... 9 - 12 litrů Systémy s článkovými tělesy...................14 - 16 litrů Systémy s konvektory ............................. 7 - 9 litrů Nižší hodnota je uvažována v soustavách menších nebo v soustavách s nucenou cirkulací topné vody a, vyšší hodnota v soustavách rozsáhlejších nebo se samotížnou cirkulací. Upozorňujeme, že je to vždy pouze odhad a je nutno postupovat velmi citlivě se zahrnutím všech možných vlivů! Dále je k této hodnotě nutno připočítat objem vody v kotlích. Při jakékoli nejistotě je vhodné při výpočtu uvažovat s vyšším objemem. Poddimenzovaná expanzní nádoba (malý expanzní objem) způsobuje značné potíže s kolísáním provozního tlaku (což může vést až k havárii), předimenzovaná expanzní nádoba je „pouze“ dražší, ale otopná soustava pracuje bez provozních potíží.

Řešení ohřevu TUV Již z úvodní kapitoly tohoto dokumentu je zřejmé, že pomocí kaskády složené z kotlů Therm 45 KD lze spolehlivě a efektně řešit i ohřev TUV. Ohřev TUV má také některá specifika, které je nutné k zajištění správné funkce dodržovat. Zásady pro výpočet zařízení sloužící k ohřevu TUV jsou uvedeny v ČSN 06 0320.

16

6/2007

Některá další specifika: -

připojení kotle k zásobníku se provádí přes trojcestný rozdělovací ventil (viz. obr.)

-

doba přestavení použitého trojcestného ventilu musí být maximálně 8 vteřin

-

připojení je nutné provést co nejblíže pod kotlem

-

výkon kotle, na který je připojen zásobník TUV by měl odpovídat výkonu topné vložky či teplosměnné plochy v zásobníku. Při předimenzování kotle vzhledem k topné vložce pak dochází k přetápění topné vody v tomto okruhu s následným cyklováním kotle.

-

ohřev TUV lze zajišťovat všemi řízenými kotli. Pouze kotel řídicí neumí ohřívat zásobník.

Příklad:

Kaskáda složená ze 4 kotlů THERM 45 KD. Jeden kotel je řídicí – nadřazený všem ostatním. Ostatní tři kotle jsou kotle řízené. Ke všem třem řízeným kotlům je tedy možné přes trojcestný ventil připojit zásobník na TUV.

Pojmy jako např. řídící kotel, řízený kotel atd. jsou popsány v kapitole regulace

-

Připojení trojcestného rozdělovacího ventilu je nutné provést následujícím způsobem (viz obr.):

-

Ohřev TUV má vždy přednost před ohřevem topného systému. Tzn. že při poklesu teploty TUV v zásobníku kotel automaticky přestaví trojcestný rozdělovací ventil z topného systému do topné vložky zásobníku a zahájí ohřev TUV.

17

6/2007

Doba ohřevu vody v zásobnících Therm Následující tabulka byla získána empirickým měřením doby natopení zásobníku za podmínek, kdy byl napuštěn studenou vodou (10°C) a poté natopen na teplotu nastavenou zásobníkovým termostatem na 60°C. Časy jsou v minutách.

Typ zásobníku

Objem Ohřev TUV TUV o °C [l]

Therm 55 nerez Therm 60 Therm 100 OKC 125 NTR OKC 160 NTR OKC 200 NTR OKC 200 NTRR OKC 300 NTRR OKC 400 NTRR OKC 500 NTRR OKC 750 NTRR OKC 1000 NTRR

55 58 95 120 160 210 200 292 380 470 731 958

50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50

výkon vložky [kW] 25 17 24 24 24 24 24/24 38/22 43/16 49/21 49/18 60/18

Výkon kotle [kW] 45 doby natopení zásobníků v minutách nevhodné nevhodné nevhodné nevhodné nevhodné nevhodné 14 22 28 35 54 71

Připojení zásobníku k přívodu studené vody Připojení přívodu vody musí být provedeno dle ČSN 06 0830 – zabezpečovací zařízení pro ústřední vytápění a ohřívání TUV, s osazením všech předepsaných armatur (viz obr.) U-uzávěr na přívodu studené vody Z-zkušební kohout K-zpětný ventil P-pojistný ventil M-tlakoměr E-expanzní nádoba (doporučená) Mimo tyto předepsané armatury je ještě možné osadit na přívod studené vody expanzní nádobu, která pokryje expanzi TUV při natápění zásobníku a zabrání tak otevírání pojistného ventilu. Je však nutné použít expanzní nádobu určenou k tomuto účelu! V žádném případě se nesmí použít expanzní nádoba určená pro topné systémy! (jiné tlaky, jiný materiál…) Zásobníky, které nemají zvláštní vypouštěcí otvor, musí mít na přívodu TUV osazen T kus s vypouštěcím ventilem. Výměník zásobníku je připojen ke zdroji topné vody (např. plynový teplovodní kotel) a termostat řídí ohřívání TUV. Vhodným zapojením pomocí trojcestného rozdělovacího ventilu a čerpadla zdroj topné vody ohřívá teplou užitkovou vodu zcela automaticky a upřednostňuje její ohřev. Aby se dosáhla požadovaná teplota TUV, nastavená na termostatu ohřívače, musí být teplota topné vody min. o 5°C vyšší (doporučujeme 15°C). Zásobníky pracují na tlakovém principu. V nádobě je neustále tlak vody z vodovodního řadu. Tento způsob umožňuje odběr TUV i v místech s větším tlakovým spádem od zásobníku. Při dlouhých rozvodech TUV doporučujeme použít cirkulační systém. Všechny připojovací rozvody je třeba řádně tepelně zaizolovat. Studená voda se připojí na vstup označený modrým kroužkem nebo nápisem "VSTUP TUV." Pojistný ventil se montuje podle přiloženého návodu. Teplá voda se připojí na vývod označený červeným kroužkem nebo nápisem "VÝSTUP TUV". Topný okruh se připojí na označené vstupy a výstupy výměníku ohřívače a v nejvyšším místě se namontuje odvzdušňovací ventil. 18

6/2007

Elektrické připojení zásobníku TUV ke kotli. Kondenzační kotle Therm 45 KD se spínacím napětím zásobníkového termostatu 24V DC se propojují se zásobníkem pouze dvojlinkou v provedení „lanko“ (nesmí se používat drát) a vyžadují zásobníkový termostat se zlacenými kontakty. 6.4 Návrh systémového čerpadla Návrh systémového čerpadla je ve své podstatě jednoduchý, ale nelze jej podceňovat. Předimenzované čerpadlo může způsobovat problémy stejně jako čerpadlo poddimenzované. Tepelný příkon do soustavy ÚT a tepelný spád topné vody udává potřebné množství topné vody, jehož oběh v systému musí čerpadlo zajistit. Z katalogových listů výrobců čerpací techniky je zvoleno vhodné čerpadlo, jehož charakteristika odpovídá požadovaným výkonovým parametrům na dopravní množství. Na pracovní křivce čerpadla je určen optimální pracovní bod, kterým je dán tlak, jež je schopno čerpadlo při daném dopravním množství vyvodit. Tento tlak je dále uvažován pro výpočet celého systému ÚT při hydraulických výpočtech potrubí. Tím je dán pracovní bod čerpadla a pracovní charakteristika systému ÚT. Na základě přenášeného výkonu je určeno hmotnostní dopravní množství mdop (kg/sec) nebo objemové dopravní množství mobj (l/sec) čerpadla. Základní vztah pro množství tepla využitelného z topné vody je dán hmotnostním množstvím vody, měrnou tepelnou kapacitou vody (měrným teplem) a rozdílem teplot (ochlazením vody při předání tepla):

Q = m dop .c.∆t

(J)

Úpravou lze získat vztah pro výpočet hmotnosti vody, při daném množství tepla které z vody získáme jejím ochlazením. Hmotnost vody vypočteme ze vztahu:

mdop =

Q c.∆t

(kg)

kde: Q = přenášené množství tepla (J) mdop = hmotnost vody (kg) c = měrné teplo vody (J/kg.°K), kdy při např. střední teplotě vody tm = 80 °C je c = 4230 J/kg.°K ∆t = ochlazení vody - rozdíl mezi vstupní a výstupní teplotou - po předání tepla (°C)

6.5 Návrh odvodu spalin Odvod spalin kondenzačních kotlů zapojených do kaskády je možné řešit dvěma způsoby: Prvním způsobem jsou samostatné koaxiální odvody spalin. Alternativou samostatných kouřovodů jsou oddělené systémy 2x80mm (zvlášť je přiváděn vzduch a zvlášť jsou odváděny spaliny). Druhým způsobem odvedení spalin z kotlů THERM 45 KD zapojených do kaskády je využití sdružených odvodů spalin. Všechny kotle připojené na sdruženou kouřovou cestu musí být povinně osazeny zpětnými 19

6/2007

komínovými klapkami, které svou konstrukcí zamezí možnému průniku spalin do prostoru kotelny přes kotle, které právě nejsou v provozu. Při návrhu společných kouřovodů je nutné zohlednit následující podmínky: -

každý kotel je osazen zpětnou spalinovou klapkou spádování sběrače je min. 5 % ke kotlům a odvodu kondenzátu přívod spalovacího vzduchu je přímo z místnosti komín je veden vnitřním prostorem objektu a je obestavěn spalinová cesta je provedena v souladu s ČSN 73 4201

Součástí nabídky originálního příslušenství kotlů Therm 45 KD jsou základní sady sdružených odvodů spalin pro dva, tři a čtyři kotle, které vytvářejí předpoklady pro splnění výše uvedených podmínek. Při použití kaskádových systémů odkouření je nutné uvažovat s dostatečným větráním kotelny! Systém je jednoplášťový a slouží pouze k odtahu spalin. Vzduch pro spalování je odebírán přímo z prostoru kotelny!

Provedení sdružené spalinové cesty Materiál a provedení spalinové cesty musí odpovídat ČSN 73 4201:2002. Nízká teplota spalin kondenzačních kotlů umožňuje použít následující materiály pro spalinovou cestu: nerezová ocel, hliník (ČSN 73 4201:2002, tabulka A1) a plasty. Zejména plasty v posledním období značně vytlačují ostatní materiály z důvodu snadné montáže, manipulace a příznivé ceny. Spalinová cesta musí být těsná (tlaková třída P1, P2 podle ČSN EN 1443). Zvláštní důraz je kladen na odvod kondenzátu. Vodorovná část spalinové cesty musí mít sklon nejméně 5 % směrem ke kotlům a odvodu kondenzátu. Napojení kotlů musí být provedené tak, aby nebyl kondenzát ze společného kouřovodu odváděn do kotlů (do prvního kotle). Na nejnižším místě společného kouřovodu musí být umístěný odvod kondenzátu, opatřený snadno čistitelným sifonem. Spalinová cesta musí být opatřena dostatečným počtem těsných kontrolních otvorů tak, aby bylo možné běžně dostupnými prostředky provést její kontrolu (obr. 3). Svislá část spalinové cesty musí být vyvedená nad střechu podle ČSN 73 4201 čl. 6.8 (min. do výšky 0,5 m).

20

6/2007

Komponenty odkouření systému 80/125 určené pro samostatné odkouření kondenzačních kotlů 45 KD

Redukční příruba na 80/125 + odběrná místa 45 KD - skl.č. 27468

Koleno prodluž. 90° skl.č. 24676

Prodloužení l = 1000 mm skl.č. 26431 Prodloužení l = 500 mm skl.č. 24675

Koleno prodluž. 45° skl.č. 26432

Střešní komínek k systému 80/125 skl.č. 26433

Trubka ukončovací sání – výdech skl.č. 27003

Díly univerzální pro odkouření o průměrech 80/125 i 2x80

Průchodka střechou šikmá – olovo Ø 125mm skl.č. 20206

Průchodka střechou šikmá – plast Ø 125mm skl.č. 20364

21

Průchodka střechou rovná – plast Ø 125mm skl.č. 20363

6/2007

Komponenty odkouření systému 2x80 určené pro dělené odkouření kondenzačních kotlů 45 KD

Trubka - sání l = 1000 mm skl.č. 26435

Prodloužení l = 1000 mm skl.č. 26141 Prodloužení l = 500 mm skl.č. 24666

Koleno 45° skl.č. 26142

Trubka - výdech l = 1000 mm skl.č. 26144

Rozdělovač na 2x80 skl.č. 27472 – 45 KD

Koleno 90° skl.č. 26143

Střešní komínek skl.č. 26145

22

6/2007

Základní sada sdruženého odvodu spalin pro dva kotle THERM 45 KD

23

6/2007

Popis jednotlivých prvků sady odkouření pro 2 kotle (skl. č. 42198):

1) Kotlová příruba včetně přisávací mřížky 2) Adaptér DN 80/110 včetně zpětné klapky a obtoku kondenzátu Adaptér se zpětnou klapkou slouží pro zpřechodování různých průměrů. Součástí adaptéru je zpětná klapka, která zamezuje nadměrnému návratu kondenzátu zpět do spotřebiče. Regulování optimálního návratu kondenzátu do spotřebiče je zajištěno malým přepouštěcím otvorem uvnitř adaptéru. 3) Koleno DN 110/87,5° 4) Odbočka DN 125/110 s revizním otvorem 5) Revizní kus DN 125 včetně odtoku kondenzátu Sadu je možné použít oboustranně – vyústění na levou i pravou stranu. 24

6/2007

Základní sada sdruženého odvodu spalin pro tři kotle THERM 45 KD

Sadu je možné použít oboustranně – vyústění na levou i pravou stranu. 25

6/2007

Popis jednotlivých prvků sady odkouření pro 3 kotle (skl. č. 42199):

1) Kotlová příruba včetně přisávací mřížky 2) Adaptér DN 80/110 včetně zpětné klapky a obtoku kondenzátu Adaptér se zpětnou klapkou slouží pro zpřechodování různých průměrů. Součástí adaptéru je zpětná klapka, která zamezuje nadměrnému návratu kondenzátu zpět do spotřebiče. Regulování optimálního návratu kondenzátu do spotřebiče je zajištěno malým přepouštěcím otvorem uvnitř adaptéru. 3) Koleno DN 110/87,5° 4) Odbočka DN 160/110 s revizním otvorem 5) Revizní kus DN 160 včetně odtoku kondenzátu

26

6/2007

Základní sada sdruženého odvodu spalin pro čtyři kotle THERM 45 KD

Sadu je možné použít oboustranně – vyústění na levou i pravou stranu. 27

6/2007

Popis jednotlivých prvků sady odkouření pro 4 kotle (skl. č. 42200):

1) Kotlová příruba včetně přisávací mřížky 2) Adaptér DN 80/110 včetně zpětné klapky a obtoku kondenzátu Adaptér se zpětnou klapkou slouží pro zpřechodování různých průměrů. Součástí adaptéru je zpětná klapka, která zamezuje nadměrnému návratu kondenzátu zpět do spotřebiče. Regulování optimálního návratu kondenzátu do spotřebiče je zajištěno malým přepouštěcím otvorem uvnitř adaptéru. 3) Koleno DN 110/87,5° 4) Odbočka DN 160/110 s revizním otvorem 5) Revizní kus DN 160 včetně odtoku kondenzátu

28

6/2007

Další příslušenství: Přečerpávací stanice: Kompaktní přečerpávací stanice se zabudovaným zpětným ventilem. Určeno pro přečerpávání kondenzátu z kotlů a kaskádových kotelen umístěných pod úrovní kanalizace. Napětí : U = 230 V Průtok čerpadla: Q = 0,42 m3/h Dopravní výška: H = 5,4 m Obj. číslo: 36 522

6.6 Regulace Základem správně a ekonomicky fungující kaskádové kotelny a potažmo i celého topného systému je správná volba regulačního systému kaskádové kotelny. Opět i jako v případě hydraulické části kotelny a třeba i odkouření se jedná o jednoduchou „skládačku“, kde každá věc má svoje místo. S předchozích kapitol již víme jak kaskáda funguje a z čeho se skládá. Nyní se seznámíme se systémem regulace a jednotlivými možnostmi regulace kaskádové kotelny. Základním prvkem komunikace mezi kotli je komunikační rozhraní, takzvaný interface, který zajišťuje přenos dat mezi řídícími elektronikami kotlů. V kaskádách se využívají dva typy interface. Interface IU05 a IU04.10. Kotle zapojené do kaskády se rozlišují na kotle řídící a kotle řízené. Kotel řídící je vždy pouze jeden. Všechny ostatní kotle v kaskádě jsou kotle řízené. Používané interface v kaskádách z kotlů Therm

Interface IU 05

Interface IU 04.10

K dalším hlavním komponentům regulace kaskádové kotelny obecně patří: 1) teplotní čidlo - snímá teplotu topné vody na výstupu z anuloidu 2) venkovní čidlo – měří venkovní teplotu při aktivní ekvitermní regulaci 3) programovatelný regulátor – využívá se k regulaci kaskády kotlů, nastavení časových programů atd. 4) stykač čerpadla – slouží ke spínání systémového čerpadla topného systému

29

6/2007

ad 1)

Čidlo topného systému: Čidlo se zasune do integrované jímky na výstupní větvi topné vody z HVDT (anuloidu) do topného

systému.

ad 2)

Venkovní čidlo: Venkovní čidlo snímá venkovní teplotu a tuto informaci dále posílá do řídicího

kotle kaskády. Řídicí kotel s touto informací dále pracuje při nastavení optimálního výkonu celé kaskády. Připojuje se na konektor X6 na řídicí elektronice kotle. Venkovní čidlo se umisťuje na severní stranu objektu do výšky minimálně dva metry nad úrovní terénu. Venkovní čidlo by nemělo být umístěno v blízkosti oken či dveří, aby nebylo ovlivňováno sálajícím teplem.

ad 3)

Programovatelný regulátor: U kondenzačních kaskádových kotelen se k řízení kaskády

využívá nadřazený regulátor, který s řídícím

kotlem

komunikuje

přes

OpenThem.

Připojuje

v kaskádě rozhraní se

přes

interface IU05.

THERM RC 03

PT 55

ad 4)

Stykač čerpadla: Systémové čerpadlo kaskády je řízeno spínáním s řídicího kotle. Je však

nutné, vzhledem k možnému přetížení odrušovacího filtru na řídicí elektronice řídicího kotle, připojit čerpadlo přes relé 230V~. Cívka relé se zapojí na konektor X19 (piny 1 a 3) DIMS01-TH01 řídicího kotle. V praxi se toto jednoduše řeší způsobem vyobrazeným na obrázku. Čerpadlo systému je jednoduše zapojeno do zásuvky, která je spínána řídicím kotlem právě přes uvedený stykač.

30

6/2007

Řízení s nadřazeným regulátorem a venkovním čidlem (ekvitermní regulace) Všechny výpočty požadované teploty topného systému obstarává nadřazený regulátor THERM RC 03 popř. regulátor PT 55 (viz obr.), dle zvoleného způsobu regulace (servisní nastavení regulátoru). Hodnota požadované teploty je předána do interface IU05, kde je dále zpracována z hlediska požadovaného výkonu kotelny (zvolen optimální počet pracujících kotlů a jejich modulace). Interface IU05 je připojen do elektroniky řídícího kotle. Do všech ostatních kotlů se připojí interface IU04.10. Všechny použité interface se vzájemně propojí dvoužilovým vedením. Informace mezi řídicím a řízenými kotli jsou předávány obousměrně po sériové lince (RS 485) právě prostřednictvím interface IU04.10.

Regulace s vnějším regulátorem Therm RC 03 (PT 55) a venkovním čidlem Osazení interface do kotlů – IU05 na řídicím kotli, IU04.10 na řízených kotlích Nastavení automatiky DIMS03-TH01: -

U všech kotlů nastavit servisními tlačítky parametry 3 a 4 na nulu (doběh čerpadla a anticyklační čas).

-

Řídicí kotel: SW1 Čidlo venkovní teploty připojeno, přepínač parametrů na řídící elektronice kotle (SW1) 1, 4, 5, 6 = OFF; 2, 3 = ON, svorky prostorového termostatu propojeny (je samozřejmě možno využít vnější kontakt pro nucené vypnutí) .

-

Řízené kotle: Přepínač parametrů na řídící elektronice kotle (SW1) 1 – 6 = OFF, svorky prostorového termostatu propojeny.

Pro využití vlastností regulace je nutno do příslušné svorkovnice řídicího kotle připojit čidlo venkovní teploty THERM Q 01. Ohřev zásobníků TUV je zpřístupněn na všech řízených kotlích. Technické doporučení při připojování řízení kaskády (regulátor OT – interface IU05) Pro vlastní vedení mezi kotlem a regulátorem se použije dvoužilové vedení o max. délce 50 m a max. odporu 2 x 5Ω Ω, které zároveň zajišťuje elektrické napájení regulátoru (nepotřebuje baterie). Propojovací kabel nesmí mít souběh ani pokud možno křížení se silovým vedením! K zamezení rušení komunikace je nezbytné použít kroucený pár nebo stíněný pár vodičů! 31

6/2007

Stínění kabelu se musí vzájemně propojit a uzemnit nejlépe na faston ukostření (X3) k automatice řídícího kotle DIMS03 (stínění nesmí být zemněno na kostru v několika místech!).

Technické doporučení pro propojení řízených kotlů v kaskádě mezi interface IU 04.10 Propojovací kabel nesmí mít souběh ani pokud možno křížení se silovým vedením! V elektricky rušených prostředích je nutné užívat kroucené nestíněné páry vodičů (twist) nebo stíněný kabel. Stínění kabelu mezi kotli se musí vzájemně propojit a uzemnit nejlépe na faston ukostření (X3) k automatice kotle DIMS 03 (stínění nesmí být zemněno na kostru v několika místech!).

Vlastnosti přenosové linky: Počet instalovaných vodičů vedení: Typ kladení el. vedení: Max. délka vedení: Max. odpor vedení: Polarita:

Mezi IU 05 a regulátorem 2 bipolární (*) 50 metrů 2*5Ω volná

Mezi kotli (RS 485) 2 bipolární (*) 5 metrů 2*5Ω polarizovaný

Činnost při poškození regulátoru Therm RC 03 (PT 55) nebo přerušení komunikace (např. přerušené vedení) V případě přerušení komunikace mezi IU05 a regulátorem přejde po uplynutí časové sekvence pokusů o opětné navázání spojení (cca 60s) k přenesení regulace teploty topného systému do interface IU05. Ten pokračuje v řízení kaskády dle vlastní ekvitermní křivky v závislosti na nastavení faktoru „K“, který se nastavuje točítkem teploty topné vody na ovládacím panelu řídicího kotle. Jakmile je komunikace s regulátorem obnovená, systém se vrátí do standardního běhu. Sklony ekvitermy

KONFIGURACE PŘEPÍNAČŮ NA INTERFACE Pro zajištění komunikace kotlů je potřeba po zapojení interface do kotlů provést správné nastavení jednotlivých přepínačů. Pole 1 Pole 2 až Pole 5

- nastavení pracovního způsobu – nastavení řízení kaskády pro kondenzační nebo klasické kotle (viz. tabulka níže) - u řídicího kotle - počet řízených kotlů v kaskádě - u řízeného kotle - adresa pořadí kotle v kaskádě 6/2007 32

Pole 6 Pole 7 Pole 8

- nevyužito - u řídicího kotle - u řídicího kotle

- ON = zákaz protáčení čerpadla top. systému - ON = zákaz rotace kotlů v kaskádě

V kaskádovém systému musí být pouze jeden řídicí kotel. Nastavený počet řízených kotlů (na řídicím kotli) musí korespondovat s jejich počtem v kaskádě. Pole 1 TYP KASKÁDOVÉ KOTELNY OFF KONDENZAČNÍ KOTLE ON KLASICKÉ KOTLE Příklad pro kaskádu 8 kotlů: Pole 1

Pole 8

ON

ON

ON

ON

OFF

Pořadí kotle v kaskádě 1

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

2

1

1. řízený kotel

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

3

2

2. řízený kotel

OFF

ON

ON

OFF

OFF

4

3

3. řízený kotel

OFF

ON

OFF

ON

OFF

5

4

4. řízený kotel

OFF

ON

OFF

ON

OFF

6

5

5. řízený kotel

OFF

OFF

ON

ON

OFF

7

6

6. řízený kotel

OFF

ON

ON

ON

OFF

8

7

7. řízený kotel

Pole 1 Pole 2

Pole 3

Pole 4

Pole 5

Adresa řízeného kotle (Pole 2– 5) řídí 7 kotlů

řídící kotel

Nastavení DIP přepínačů pro sestavy kotlů od 2 do 16 kotlů najdete v zadní části dokumentu.

Princip a popis komunikace kotlů: Specifikace: -

Interface IU05 je ve spojení s interface IU04.10 přes polarizovanou sériovou linku (RS 485)

-

Osmibitovým DIP-přepínačem se zadává počet kotlů v systému a pracovní mód

-

Dvě Led diody na IU05 signalizují stav sériové komunikační linky (RS 485)

IU05 obstarává ovládání celé soustavy ve spojení s: -

regulační elektronikou řídicího kotle DIMS03-TH01

-

interface IU04.10 řízených kotlů prostřednictvím sériové linky (RS 485)

-

regulátorem Therm RC03 (PT 55, TRONIC 2008 E) pomocí modifikované komunikace (Open-Therm)

Řídicí kotel ve spojení IU05 neumožňuje ohřev zásobníku TUV, a jsou k němu připojeny: -

Teplotní sonda systému - připojení na svorky teplotní sondy TUV (konektor X9)

-

Čerpadlo systému - připojení přes spínací relé na vývody ovládání 3-cest. ventilu (konektor X19)

-

Spínač činnosti kotelny (buď spínací kontakt přídavné regulace, nebo prostorový termostat) – připojení na svorky prostorového termostatu (svorkovnice X7)

-

Čidlo venkovní teploty – (svorkovnice X6)

33

6/2007

Interface IU05 spolupracuje s regulátorem Therm RC 03 (PT 55) a předávají si informace o: -

venkovní teplotě

-

modulaci teploty topení (požadovaná a reálná teplota topného systému)

-

stavu a příp. závadě každého kotle sestavy (indikace poruch)

-

povolení či zakázání ohřevu zásobníku TUV pro všechny řízené kotle

-

umožňuje nouzový režim v případě, že komunikace s RC03 (TRONIC 2008E) je přerušena činnost kaskády

Řešení poruchových stavů kaskádou 1. Porucha sériové komunikace Každý kotel, který nepřijímá signál z sériové linky se po 1 minutě přepne do lokálního režimu činnosti. 2. Poškození teplotních sond Při poruše teplotní sondy topného systému (zkrat, nebo přerušení) a sériová komunikace mezi kotli běží, jsou postupně spuštěny všechny kotle a pracují dle nastavené teploty na řídicím kotli popř. dle zadávané teploty z regulátoru. Řízení výkonu kotlů bude probíhat v celém jejich rozsahu modulace. Ohřev TUV u příslušného kotle zůstává v činnosti. Při poruše vnitřního čidla teploty topení je tento kotel (řídicí i řízený) odřazen z kaskádního řízení (viz návod k obsluze kotle). Při poškození čidla venkovní teploty je řízení teploty systému odvozeno od nastavení teploty na řídicím kotli popř. dle zadání z regulátoru (viz návody k obsluze regulátorů).

Řízení kaskády 1. Zpožděné zapálení Aby se předešlo současnému zapálení více kotlů při nárazovém zvýšení požadavku tepla, je do přiřazovací sekvence kotlů v kaskádě vsazen variabilní časový interval (dle teplotní diference mezi požadovanou a reálnou teplotou topného systému v rozsahu 20 – 180 sekund). Proto se kotle zapalují s nejvhodnějším časovým odstupem vzhledem k urychlení náběhu na požadovanou teplotu. 2. Čerpadlo systému Spíná těsně před zapálením prvního kotle v kaskádě. Vypíná 1 hodinu po vypnutí posledního kotle v kaskádě. Po každých 24 hodinách nečinnosti zapne interface řídicího kotle čerpadlo topného systému na 2 minuty (pro zamezení zalehnutí čerpadla). Tato funkce je volitelná nastavením dip-přepínače bit 7 (viz. nastavení).

34

6/2007

3. Cyklická rotace kotlů K optimalizaci opotřebení kotlů v kaskádě je systém vybaven cyklickou rotací kotlů. Posloupnost pořadí zapalování kotlů je rotovaná jednou denně a její povolení je v závislosti na nastavení dip-přepínače na řídicím kotli. Jestliže bit 7 dip-přepínače je ON, rotace je zakázaná – řídicí kotel je vždy první kotel v posloupnosti. Příklad pro 4 kotle (1 řídicí a 3 řízené): Den 1 2 3 4

Posloupnost zapnutí 0–1–2–3 1–2–3–0 2–3–0–1 3–0–1–2

Posloupnost vypnutí 3–2–1–0 0–3–2–1 1–0–3–2 2–1–0–3

4. Hlavní spínač kotelny Na svorky prostorového termostatu řídicího kotle je možné připojit spínač zapnutí kotelny (nadřazená regulace, limitní prostorový termostat atd.). Při sepnutém kontaktu spínače je povolen ohřev topného systému. Rozepnutím kontaktu je ohřev topného systému zastaven, v činnosti zůstává funkce protáčení čerpadla topného systému (po 24 h na dobu 2 min.) a samozřejmě funkce protimrazové ochrany jednotlivých kotlů. Stejný efekt má přepnutí řídicího kotle do režimu letního provozu (funkce ohřevu TUV zůstává zachována). 5. Signalizace provozu Kotel: Tok dat (příjem a vysílání) mezi signalizován svítícími šipkami „

procesorem kotle a příslušným interface je při provozu kaskády

“ na displeji ovládacího panelu kotle.

Interface IU05: Je osazen dvěma LED diodami (červená a zelená), které indikují tok dat v sériové lince (RS 485). Jelikož uvedený interface je určen pouze pro řídicí kotel, probleskují cyklicky obě diody (vysílání a příjem dat od řízených kotlů). Interface IU04.10: Je opět osazen dvěma LED diodami (červená a zelená). Při nastavení interface pro řídicí kotel blikají obě diody (viz interface IU05). U řízených kotlů bliká v kratších cyklech červená dioda (signalizuje toky dat v RS 485 pro všechny kotle). Zelená dioda signalizuje zpětný přenos dat z příslušného kotle (dle adresy kotle) a proto je její problesknutí v delších cyklech (odvislé od počtu kotlů v kaskádě).

35

6/2007

Komplexní řešení kotelny – systém TRONIC 2008E (podrobnější informace viz. projekční podklady)

Pro opravdu komfortní řízení kaskády kotlů je určen regulační systém s volně programovatelným regulátorem Tronic 2008E, který může zabezpečovat např. nezávislé řízení až 6 regulačních okruhů a v závislosti na jejich aktuálních požadavcích zasílat po interní komunikační lince povely pro řízení celé kaskády. Současně je schopen shromažďovat provozní data od technologických okruhů i od kaskády a zpřístupnit je (např. pomocí obvyklého sériového rozhraní RS232 nebo RS485, ale i pomocí GSM brány nebo telefonního modemu) pro případnou vzdálenou kompletní správu kotelny (tzv. dispečink). Další možnosti tohoto regulátoru: např. dálkové zpracování signálů, jednoduché programování, dálkové komfortní grafické zobrazení parametrů i jejich nastavování, registrace, archivace a správa dat, variantní časové programy atd. atd. Verze - tzv. balíčky - některých typických projektových případů, které jsou ve společnosti Thermona již k dispozici, obsahují návrhy hw i sw vybavení regulačního systému TRONIC 2008E a lze je doladit vždy přesně dle potřeby konkrétní řízené technologie, pokud se uživatel nespokojí „jen“ s některým ze standardních řešení. Systémy TRONIC 2008E lze programovat na obvyklém PC v grafickém prostředí WINLEDA. Tento komfortní software umožňuje

i

projektantům a uživatelům - neprogramátorům efektivně a rychle pracovat s řídicím programem pro danou aplikaci. Společnost Thermona nabízí tyto typizované varianty balíčků řídicího systému TRONIC 2008E pro kaskádové kotelny : Varianta č.1: 2 ekvitermě regulované topné větve- servopohony analogové 0-10V DC/24V - zabezpečení kotelny - havarijní ventil, signalizace zaplavení kotelny, úniku plynu, požáru; automatické dopouštění topného okruhu solenoidovým ventilem; řízení čerpadel topných okruhů, řízení cirkulace TUV Varianta č.2 : 2 ekvitermě regulované topné větve- servopohony tříbodové 230V ( př. Komextherm ) - zabezpečení kotelny - signalizace zaplavení kotelny, úniku plynu, požáru; řízení čerpadel topných okruhů Varianta č.3: 3 ekvitermě regulované topné větve-2x servopohony analog. 0-10V DC/24V, 1x servopohon tříbod. 230V - zabezpečení kotelny - havarijní ventil, signalizace zaplavení kotelny, úniku plynu, požáru; automatické dopouštění topného okruhu solenoidovým ventilem; řízení čerpadel topných okruhů, řízení cirkulace TUV Varianta č.4: 4-6 ekvitermě regulovaných topných větví- servopohony analogové 0-10V DC/24V - zabezpečení kotelny - havarijní ventil, signalizace zaplavení kotelny, úniku plynu, požáru; automatické dopouštění topného okruhu solenoidovým ventilem; řízení čerpadel topných okruhů, řízení cirkulace TUV

36

6/2007

7. PŘÍLOHA 1 - NASTAVENÍ PŘEPÍNAČŮ U INTERFACE IU05 A IU04.10 U SESTAV KOTLŮ

37

6/2007

38

6/2007

39

6/2007

40

6/2007

8. PŘÍLOHA 2 - UKÁZKA ČÁSTI PROJEKTU

Ukázka části projektu kondenzační kaskádové kotelny – 3x THERM 45 KD

41

6/2007

Ukázka části projektu kondenzační kaskádové kotelny – 3x THERM 45 KD

42

6/2007

43

REGULÁTOR TRONIC

ROZVADĚČ EL. / MaR

Ukázka části projektu kondenzační kaskádové kotelny – 3x THERM 45 KD

6/2007

THERMONA, spol. s r. o. Stará osada 258, Zastávka u Brna, 664 84 Tel.: +420 544 500 511 fax: +420 544 500 506 [email protected] www.thermona.cz 44

6/2007