W ostatnich latach coraz bardziej popularnym rozwiązaniem stają się kompletne układy kaskadowe wiszących kotłów kondensacyjnych. W porównaniu do dotychczas stosowanych rozwiązań w postaci dużych gabarytowo, stojących kotłów żeliwnych pozwalają one zoptymalizować koszty inwestycji i eksploatacji obiektu.
Mała powierzchnia a duża moc
Kompletne układy kaskadowe są bardzo często stosowane w trakcie modernizacji instalacji. Zastosowanie kilku kompaktowych kotłów wiszących pozwala osiągnąć łączną moc nawet 700-900 kW. Urządzenia zamocowane najczęściej na stelażach umieszczonych przy ścianie zajmują kilka razy mniej miejsca niż dotychczasowe 2-3 żeliwne kotły stojące. Dzięki temu z pomieszczenia o powierzchni czasem kilkudziesięciu metrów kwadratowych odzyskujemy dużą część, którą możemy przeznaczyć na inne cele. Znacznie łatwiej jest rozmieścić urządzenia w kotłowni i ewentualnie dokonać kolejnego etapu modernizacji, np. zastosowania kolektorów słonecznych do wspomagania instalacji. Wiadomo, że wiąże się to z zastosowaniem dużej pojemności zbiorników buforowych czy pojemnościowych podgrzewaczy wody. W starej kotłowni bardzo trudno o realizację tego typu przedsięwzięcia z powodu braku miejsca. Natomiast po zastosowaniu kompaktowej kaskady kotłów wiszących jest to możliwe i pozwala uniknąć umieszczania zbiorników w innym pomieszczeniu i generowania strat ciepła na przesyle pomiędzy zbiornikami, a instalacją.
Kaskady a pobór powietrza do spalania
Kompaktowe układy kaskadowe są również bardzo często stosowane w nowych obiektach, gdzie czasami występuje duże zapotrzebowanie na ciepło, a inwestor dąży do ograniczenia powierzchni pomieszczeń pomocniczych, niezwiązanych z prowadzoną działalnością. Jest to możliwe szczególnie w przypadku, gdy kotły nie będą pobierały powietrza do spalania z pomieszczenia. W takim przypadku wg rozporządzenia „Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” kubatura kotłowni o mocy od 60 do 2000 kW lub większej jest określana „indywidualnie, przy uwzględnieniu warunków technicznych i technologicznych, a także wymagań eksploatacyjnych”. Biorąc pod uwagę to, że do zapewniania prawidłowego montażu, eksploatacji i konserwacji wiszących kotłów kondensacyjnych wystarczająca jest bardzo mała przestrzeń, projektując tego typu kotłownię nie jesteśmy ograniczeni wskaźnikiem maksymalnego obciążenia cieplnego 4650 W/m3, który obowiązuje w przypadku kotłów z otwartą komorą spalania.
Możliwość budowy kompaktowych kotłowni dachowych czy kontenerowych
Znacznie mniejsza wymagana kubatura do zamontowania kompaktowego układu kaskadowego sprawia, że to rozwiązanie jest często stosowane w postaci kotłowni dachowej czy kontenerowej. Stosuje się wówczas bardzo często kaskadę kilku kotłów z krótkimi przewodami powietrzno-spalinowymi, za pomocą których dostarczane jest powietrze do spalania i usuwane są spaliny. Takie rozwiązanie pozwala na optymalne wykorzystanie przestrzeni w budynku i obniżenie kosztów całej inwestycji. Zapewnia również wysoki poziom bezpieczeństwa dzięki możliwości dalszej pracy instalacji, np. w przypadku awarii jednego z kotłów. Biorąc pod uwagę to, że kaskada kotłów wiszących składa się często nawet z 5-6 urządzeń, to w porównaniu do stosowanych dotychczas 2-3 stojących kotłów żeliwnych przestój jednego z urządzeń ma znacznie mniejszy wpływ na zapewnienie wymaganej ilości energii dla instalacji.
Łatwiejsza konserwacja, niższe koszty przeglądów
Zastosowanie kaskady kotłów wiszących pozwala często również na obniżenie kosztów konserwacji instalacji. Jest to możliwe pomimo tego, że dawne np. 2 kotły zostały często zastąpione 5-6 nowymi jednostkami. Wynika to głównie ze znacznie łatwiejszego dostępu do czyszczenia wymienników ciepła w kotłach kondensacyjnych. W przeciwieństwie do starych jednostek żeliwnych nie wymaga to czasem nawet kilku godzin pracy przy czyszczeniu wymiennika ciepła i palnika. Zastosowanie odpowiednich preparatów pozwala skrócić czas czyszczenia wymiennika nawet do kilkunastu minut. W związku z tym cała operacja dla układu kaskadowego może zostać wykonana w znacznie krótszym czasie niż miało to miejsce w przypadku starych urządzeń. W niektórych systemach kaskadowych, w szczególności w obiektach, które charakteryzują się wysokim, stałym zapotrzebowaniem na ciepło istnieje możliwość wykonania przeglądu poszczególnych kotłów bez wyłączania z eksploatacji całej instalacji. Ułatwia to ustalenie odpowiedniego terminu do wykonania konserwacji i dostosowania go do czasu pracy i obciążenia kotłów.
Różne warianty instalacji
Szczególnie podczas modernizacji instalacji możemy natrafić na trudności w wyborze odpowiedniej lokalizacji kotłów. Przykładowo stare kotły były zamontowane na środku pomieszczenia, a na powierzchni ścian umieszczone zostały rozdzielacze i rury instalacji. Chcąc dokonać prostej modernizacji bez znacznej przebudowy instalacji nie możemy więc zamontować kotłów przy ścianie. W takim przypadku pomocną jest możliwość zastosowania tak zwanego układu kaskadowego, blokowego, w którym kotły są montowane na stelażach umieszczonych z dala od ściany. Przy czym dla dobrego wykorzystania przestrzeni kotły są montowane na stelażach w dwóch rzędach skierowanych „plecami” do siebie. Dzięki temu kaskada 2, 4 czy 6 kotłów zajmuje bardzo mało miejsca, a kolektory zbiorcze są bardzo krótkie.
Niższe koszty montażu
Dzięki bogatemu wyposażeniu kompaktowych układów kaskadowych uzyskuje się również redukcję kosztów i czasu montażu. Z reguły kotły wyposażone są w kompletne zestawy podłączeniowe z pompami obiegowymi, zawory odcinające, zawory zwrotne i zawory bezpieczeństwa. Pod kotłami montowane są prefabrykowane kolektory wodne i kolektor gazowy. Kotły z kolektorami łączy się za pomocą dostarczanych zestawów podłączeniowych. Kolektory są często dostarczane wraz z odpowiedniej wielkości sprzęgłem lub wymiennikiem ciepła, z którego wyprowadzana będzie dalsza część instalacji. Znaczne skrócenie czasu montażu zapewnia też oferowana często w komplecie modułowa izolacja cieplna zestawów podłączeniowych, kolektorów i sprzęgła czy wymiennika ciepła. Zamiast żmudnego docinania poszczególnych odcinków izolacji i łączenia wystarczy zamontować dostarczane izolacje modułowe. Zapewnia to znacznie lepszą szczelność, skuteczność i estetykę całej instalacji. Nie bez znaczenia jest też to, że w celu późniejszego wykonania konserwacji, związanego, np. również z opróżnieniem poszczególnych kotłów z wody bardzo łatwo jest zdemontować i ponownie zamontować poszczególne elementy izolacji.
Wysoka sprawność, nawet jeśli brak kondensacji
Kompaktowa kaskada kotłów kondensacyjnych w porównaniu do 2-3 wiekowych stojących kotłów żeliwnych cechuje się oczywiście znacznie wyższą sprawnością. Jest tak również w przypadku, gdy kotły pracują w całym sezonie grzewczym ze stałą, wysoką temperaturą. Mimo, że w tym przypadku nie ma oczywiście mowy o kondensacji i wykorzystaniu ciepła utajonego, to i tak sprawność kotłów kondensacyjnych jest co najmniej o 8-10 % wyższa dzięki dokładnej kontroli procesu spalania i znacznie niższemu współczynnikowi nadmiaru powietrza. Dodatkowo znacznie mniejsza pojemność wodna oraz ciężar kotłów wiszących w porównaniu do starych kotłów żeliwnych powoduje, że niższe są straty ciepła do otoczenia. W szczególności jeśli weźmiemy pod uwagę, że przepływ wody przez poszczególne kotły odbywa się wyłącznie wtedy, gdy pracują ich palniki. Nie ma więc sytuacji odprowadzania ciepła do komina w niepracujących w danej chwili jednostkach. Dodatkowo na sprawność kotłów ma wpływ również stosowanie w układach kaskadowych energooszczędnych pomp obiegowych, których prędkość jest na bieżąco dostosowywana do aktualnej mocy kotłów. Dzięki temu jest możliwość utrzymywania niskiej temperatury powrotu i szczególnie w instalacjach wyposażonych w automatykę pogodową okresowo uzyskania kondensacji pary wodnej mimo zaprojektowania grzejników np. na temperaturę zasilania rzędu 70oC.
Wyższa sprawność kompaktowej kotłowni kaskadowej, szczególnie w przypadku wysokiej mocy sprawia, że roczne koszty eksploatacji kotłowni będą znacznie niższe i modernizacja może się zwrócić w ciągu kilku lat.
Warunki do uzyskania odpowiedniej sprawności i żywotności urządzeń
Oczywiście dla uzyskania wysokiej sprawności instalacji i długiej żywotności kotłów niezbędne jest zadbanie o odpowiednie warunki pracy urządzeń. W szczególności chodzi o zapewnienie odpowiedniej ochrony przed zanieczyszczeniami napływającymi z instalacji. W przypadku modernizacji starej instalacji w zależności od jej stanu technicznego należałoby rozważyć płukanie systemu, uzdatnienie wody i zastosowanie filtrów, a czasami wręcz oddzielenie kotłowni od instalacji za pomocą wymiennika ciepła. W nowych instalacjach oprócz zaprojektowania stacji uzdatniania wody i płukania instalacji warto zalecić zastosowanie środków chemicznych, które zabezpieczają przed wytrącaniem się osadów na powierzchni wymiennika ciepła i przeciwdziałają korozji elementów instalacji. Jest to szczególnie ważne w instalacjach o dużej pojemności wykonanych z tworzyw sztucznych. Wymiennik ciepła w kotle jest wówczas jednym z niewielu elementów metalowych o wysokiej temperaturze. W przypadku braku dbałości o czystość instalacji i jakość wody powstaje wysokie ryzyko osadzania się zanieczyszczeń na powierzchni wymiennika ciepła. Musi się to oczywiście przełożyć na spadek sprawności instalacji, wzrost kosztów eksploatacji, a z czasem również na wyższe koszty konserwacji i ewentualnych napraw.
Wybór odpowiedniego rozwiązania kaskady
Projektując instalację z kompletną kaskadą kotłów kondensacyjnych, po pierwsze należy wybrać odpowiednią konfigurację instalacji, czyli moc poszczególnych kotłów oraz układ hydrauliczny. Z reguły do wyboru mamy układ szeregowy z umieszczeniem kotłów w jednej linii, układ kątowy, gdy nie dysponujemy odpowiedniej długości ścianą lub blokowy, gdy musimy umieścić kotły z dala od ściany.
Następnie w zależności od rodzaju i stanu instalacji, którą kotłownia ma zasilać, wybieramy wersję ze sprzęgłem hydraulicznym lub wymiennikiem ciepła. Oferta rynkowa w zakresie kompletnych układów kaskadowych jest dziś na tyle szeroka, że o wiele łatwiej jest dziś skonfigurować kotłownię, która zapewni odpowiednie parametry, nie zajmując przy tym dużej przestrzeni w budynku. Wydaje się to dziś jednym z najlepszych rozwiązań zarówno dla nowych, jak i modernizowanych instalacji. Oczywiście zawsze niezbędna jest odpowiednia dbałość o zapewnienie optymalnych warunków pracy i regularna konserwacja instalacji.