Электроприемники жилых зданий.

Современные жилые здания насыщены большим количеством различных электроприемников. К ним относятся различные осветительные и бытовые приборы и силовое электрооборудование. Рост энергетики и объема производства электроэнергии в значительной мере способствует расширению номенклатуры и увеличению количества электроприборов, применяемых в быту.

Электроприборы, все в большей степени используемые в квартирах жилых зданий, обеспечивают сокращение затрат труда на ведение домашнего хозяйства и повышение комфорта современного жилища.

Электроприемники жилых зданий могут быть подразделены на две основные группы: электроприемники квартир и электроприемники общедомового назначения. К первым относятся осветительные и бытовые электроприборы. Ко вторым относятся светильники лестничных клеток, технических подпольев, чердаков, вестибюлей, холлов, служебных и других помещений, лифтовые установки, вентиляционные системы, различные противопожарные устройства, элементы диспетчеризации, переговорно-вызывные уст­ройства (домофоны), кодовые замки и т. п.

Электроприемники квартир. Электрическое освещение квартир осуществляется с помощью светильников общего и местного освещения, как правило, с лампами накаливания. Однако в настоящее время разрабатываются и внедряются бытовые светильники с люминесцентными лампами, применение которых позволит резко повысить освещенность в квартирах без увеличения расхода электроэнергии при значительно большем сроке службы этих ламп. Однако их широкое внедрение требует улучшения цветопередачи таких ламп. Для общего освещения жилых комнат применяются многоламповые светильники различных конструкций с лампами накаливания мощностью 40—100 Вт, для освещения вспомогательных помещений — одноламповые светильники 25—60 Вт, для ванных комнат разработан и внедряется светильник с люминесцентной лампой мощностью 20 Вт.

Бытовые электроприборы по назначению можно условно разделить на следующие характерные группы: нагревательные для приготовления пищи, для обработки и хранения продуктов, хозяйственные (для ухода за бельем и одеждой, уборки помещений, электроинструменты и др.), культурно-бытовые, санитарно-гигиенические, бытовые кон-

диционеры воздуха, водонагреватели, приборы для отопления помещений.

Нагревательные приборы для приготовления пищи: электроплиты с программными устройствами и без них, жарочные шкафы, электроплитки, электропечи, тостеры, шашлычницы, скороварки, самовары, чайники, электропечи высокий частоты и т. п. Кухонные электроплиты и жарочные шкафы устанавливаются стационарно, остальные приборы большей частью являются переносными.

Стационарная напольная электроплита состоит из металлического корпуса с конфорками, установленными на рабочем столе, жарочного шкафа и регулировочной аппаратуры. Конфорки изготавливаются двух видов: из трубчатых нагревательных элементов (ТЭНов) и чугунные. Отечественные плиты выпускаются с чугунными конфорками. Чугунные конфорки состоят из корпуса с запрессованными в специальную изоляционную массу спиралями из нихрома или других материалов с высоким удельным сопротивлением. Выводные концы спиралей подключаются к винтам, установленным на термостойкой керамической колодке. Температура на поверхности конфорки 350—450 °С.

Трубчатый нагревательный элемент представляет собой специальную трубку, внутри которой (по оси) расположена нагревательная спираль, находящаяся в уплотненной изоляционной массе на основе периклаза. Температура на поверхности ТЭНов может достигать 400—600 °С. Указанные температуры на поверхности конфорок характерны при работе на полную мощность и наличии нормального теплоотвода. При отсутствии на конфорке сосуда, потребляющего тепло, температура на поверхности конфорки возрастает и при длительном включении, что иногда имеет место, когда жильцы используют плиту для обогрева помещения, срок службы конфорки резко сокращается. Работа конфорки на полную мощность необходима только до момента доведения блюда до кипения, дальнейший процесс приготовления пищи требует значительно меньшей мощности, что достигается соответствующей установкой положения переключателя. Для экономии энергии необходимо использовать посуду с толстым дном, плотно прилегающим к поверхности конфорки. В отличие от конфорок, передача тепла которых происходит за счет теплопроводности, тепло в жарочных шкафах передается за счет конвекции и излучения от нагревательных элементов, располагаемых внизу и в верхней части шкафа.

Коэффициент полезного действия электроплит с чугунными конфорками составляет примерно 65, с ТЭНами - 75%. Пределы регулирования температуры жарочного шкафа от 50 до 300 °С.

За рубежом применяются автоматизированные плиты, в которых устанавливают бесступенчатые регуляторы мощности конфорок и программные устройства для жарочного шкафа. При этом расход электроэнергии сокращается на 15—20%. Необходимо отметить большое преимущество электроплиты по сравнению с газовой в санитарно-гигиеническом отношении, так как газовые плиты вследствие неполного сгорания газа выделяют в окружающее пространство вредные примеси.

Работами Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова (АКХ) установлено, что оптимальной мощностью электроплиты является 7—7,5 кВт, что обеспечивает при наиболее целесообразном режиме приготовления всех видов пищи наименьший расход электроэнергии. Одним из новых видов нагревательных приборов для приготовления пищи являются индукционные плиты, в которых нагрев сосуда осуществляется за счет вихревых токов, возникающих в сосуде под действием электрического поля высокой частоты. Такие плиты оборудованы специальным встроенным преобразователем частоты и индукционными катушками. Коэффициент полезного действия таких плит достигает 90 %. В шкафах сверхвысокой частоты (СВЧ) нагрев продукта, находящегося внутри шкафа, происходит во всем объеме за счет энергии поля частотой примерно 2500 МГц, что сокращает срок приготовления отдельных блюд в 8— 10 раз. СВЧ шкафы используются как дополнение к плите.

Приборы для обработки и хранения продуктов. К ним относятся холодильники (компрессионные, абсорбционные, полупроводниковые), морозильники, универсальные кухонные электроприводы, картофелечистки, мясорубки, миксеры, кофемолки, соковыжималки и т. п. Большинство из перечисленных приборов специального описания не требует. Отметим лишь некоторые особенности бытовых холодильников.

Наиболее распространенными (80%) являются компрессионные холодильники. К недостаткам компрессионных холодильников относится шум при работе электродвига­теля.

Абсорбционные холодильники (20 %) свободны от этого недостатка, однако они менее экономичны. Недостатком таких холодильников является их сравнительно малая хо- лодопроизводительность при значительно большем потреблении энергии по сравнению с компрессиоными. Полупроводниковые холодильники пока еще распространения не получили.

Хозяйственные приборы. К ним относятся: стиральные машины (неавтоматические, полуавтоматические, автоматические), пылесосы, полотеры, утюги, посудомоечные ма-шины, электроинструмент, швейные машины и т. п.

Культурно-бытовые приборы: телевизоры, магнитофоны, радиоприемники, радиолы, проигрыватели, кинопроекторы, диапроекторы, электромузыкальные инструменты, электрифицированные игрушки. Отметим, что указанная группа приборов, особенно телевизоры, чувствительны к колебаниям напряжения, в связи с чем широко применяются местные стабилизаторы напряжения, главным образом феррорезонансные. Улучшая работу телевизоров, стабилизаторы ухудшают режим работы сети в целом, снижая коэффициент мощности и увеличивая потери энергии. В настоящее время у населения имеется свыше 25 млн. стабилизаторов и автотрансформаторов, на что расходуется до 600 млн. кВт ч. в год; кроме того, на их производство приходится тратить большое количество электротехнической стали и меди. Таким образом, использование этих устройств экономически невыгодно для народного хозяйства. Более целесообразным следует считать применение специальных устройств для регулирования напряжения в электрических сетях города.

Санитарно-гигиенические приборы: вентиляторы, увлажнители воздуха, фены, ионизаторы, надплитные кухонные фильтры, электробритвы, машинки для стрижки волос,
щипцы для завивки волос, приборы для массажа, электрогрелки, электроодеяла, ультрафиолетовые и другие облучатели и т. п..

Бытовые кондиционеры. За последние годы в нашей стране организовано производство и внедряются в быт комнатные стационарные кондиционеры. Электрические сети жилых зданий, сооружаемых в районах, где среднемесячная температура воздуха в 13 ч летнего дня, достигает 25ºС и более, рассчитываются на использование таких кондиционеров для улучшения микроклимата в квартире. Бытовой кондиционер типа БК-1500 компрессионного типа, потребляет мощность 1,3 кВт.

Электроводонагреватели (ЭВН). Существует два типа водонагревателей: проточные и емкостные.

Проточные нагреватели нагревают воду непосредственно при ее потреблении. Они характеризуются сравнительно малыми габаритами при большой водопроизводительности. Однако такие ЭВН потребляют большую мощность (15— 20 кВт). Недостатком проточных нагревателей является то, что их включение совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы.

Емкостные нагреватели по конструктивному исполнению можно подразделить на два типа: быстродействующие нагреватели с относительно небольшой вместимостью бака (5—10 л) и аккумуляционные с большой вместимостью бака, достигающей 300 л и более и имеющие теплоизоляцию бака. Емкостные водонагреватели потребляют меньшую мощность, чем проточные, но длительность нагрева воды значительно возрастает. Так, например, в аккумуляционных нагревателях время нагрева воды до 85°С достигает 8 ч. Нагреватели вместимостью 100—160 л потребляют мощность не более 3—4 кВт. Малообъемные нагреватели включаются незадолго до потребления воды и могут оказаться включенными в часы максимальных нагрузок энергосистемы.

Аккумуляционные водонагреватели включаются в периоды минимальных нагрузок системы, как правило, в ночное время. Применение аккумуляционного водонагрева экономически выгодно энергоснабжающим организациям. За рубежом в целях стимулирования потребления электроэнергии в часы провала графиков нагрузок применяются сниженные тарифы на электроэнергию на этот период, что дает огромную выгоду и потребителям.

В СССР выпускаются электронагреватели типа УНС (аккумуляционные низкого давления настенные) вместимостью 10, 40, 60 и 100 л, УАП (аккумуляционные атмосферного давления напольные) вместимостью 60 и 100 л и БАС (быстродействующие атмосферного давления настенные) вместимостью 6 и 10 л. Мощность нагревательного элемента водонагревателя УНС 1,2 кВт. Водонагреватели имеют встроенные автоматические устройства для отключения нагревательного элемента при достижении температуры воды 85 °С.

Электрическое отопление. Применение электрического отопления жилых помещений для большинства районов нашей страны, особенно при теплоснабжении от теплоэлек-троцентралей, в настоящее время экономически не оправдывается. Однако уже сейчас электрическое отопление находит применение в районах с избытком гидроэлектроэнергии, дорогим привозным топливом, в некоторых южных районах страны, имеющих плюсовые температуры в зимнее время, в курортных зонах.

Благоприятные перспективы развития новых способов получения электроэнергии в будущем определяют целесообразность ее использования для заполнения графиков на­грузки энергосистем. Поэтому необходимо в данной главе рассмотреть в самых общих чертах известные в настоящее время устройства электроотопления.

Системы электрического отопления жилых зданий можно подразделить на две группы: полное электроотопление и частичное электроотопление. При полном электроотоплении все необходимое количество тепла поступает в помещение от одного энергоносителя — электричества. При частичном отоплении основное потребление тепла идет из системы централизованного или децентрализованного отопления, а при пиковых нагрузках недостатки тепла покрываются приборами электроотопления. Полное электроотопление может осуществляться централизованно от электрокотлов или децентрализованно -индивидуальными отопительными электроприборами.

Электрокотлы могут работать в режиме непосредственного отопления круглосуточно или в аккумуляционном режиме, при котором они подключаются к электросети только в часы провала графиков нагрузки. В последнем случае рядом с котлом устанавливается бак с хорошей, теплоизоляцией с теплоаккумулирующей жидкостью (водой). При индивидуальном отоплении приборы устанавливаются, как правило, в каждой комнате квартиры, в отдельных случаях возможно отопление нескольких комнат одним прибором.

По принципу преобразования электрической энергии в тепловую электроотопительные приборы могут быть подразделены на приборы прямого отопления и тепловые насосы.

В первых происходит прямое преобразование электроэнергии в тепло, во вторых—отбор тепла у среды с более низкой температурой и передача его среде с более высокой температурой.

Следует различать электроотопительные приборы непосредственного действия, в которых тепло сразу же поступаете помещение, и приборы с аккумулированием тепла, в которых преобразование электроэнергии и накопление тепла происходят в часы минимальных нагрузок электросети, а расход запасенного тепла — в течение длительного времени, в том числе и после отключения прибора. К первым относятся злектрорадиаторы, камины, конвекторы, греющие обои и плинтусы, тепловые насосы, ко вторым — аккумуляционные электропечи и греющие кабели, заделанные в строительные конструкции зданий. Кроме того, электроотопительные приборы различаются своим кон­структивным исполнением — напольные, настенные, настольные, универсальные и способом теплоотдачи — радиационные, конвективные и универсальные.

Электроотопительные приборы могут быть нерегулируемые и иметь ступенчатые, бесступенчатые и автоматические регуляторы.

Такая система используется в качестве полуаккумуляционного или аккумуляционного отопления в зависимости от конструкции пола. При электрическом обогреве удельная мощность составляет 120—150 Вт/м² пола. По гигиеническим соображениям температура на поверхности пола не должна превышать 25— 27 °С, поэтому на 1 м длины греющего кабеля мощность не должна превышать 20—25 Вт. Допустимая рабочая температура изоляции греющих кабелей (65—105 °С) обеспечивает их эксплуатацию примерно в течение 50 лет. Теплоаккумуляционные электрические печи в зависимости от конструктивного исполнения и характера теплоотдачи бывают трех видов.

В печах первого вида теплоаккумулирующий сердечник выполняют из жаростойкого бетона, магнезита, стеотита и других материалов, между которыми находятся нагревательные элементы. Снаружи размещается теплоизоляционный слой шамота, облицованный кафелем или пластмассой. Теплоаккумулирующий сердечник разогрева­ется до 300—600 °С, в то время как на поверхности печи температура не превышает 60—70 °С. Теплоотдача происходит за счет излучения и конвекции. Недостатком печей первого вида является отсутствие возможности регулирования теплоотдачи и понижение температуры к вечеру, что затрудняет их использование в жилых домах.

а— греющий кабель; б — разрез теплого пола; 1 — обмазка из термопласта; 2 — свинцовый чулок; 3 — силиконовая обмазка; 4 — стеклоткань; 5 — фольга; 6 — нагревательная жила; 7 —линолеум; 8 —настил (дерево); 9—кабель; 10 — цементная стяжка; 11— пенобетон; 12 — железобетонное перекрытие.

1 — теплоизоляционный слой; 2 — теплоаккумулирующий сердечник (например,
магнезитовый кирпич); 3 — нагреватели; 4 — канал нагретого воздуха; 5 —венти-
лятор.

Печи второго вида имеют в центральной части аккумулирующего сердечника воздушные каналы, снабженные специальными клапанами. Первоначально теплоотдача происходит с поверхности печи, а затем по мере снижения температуры в помещении клапаны могут приоткрываться и дополнительная теплоотдача идет за счет конвекции воздуха через каналы.

Наиболее совершенную конструкцию имеют печи третьего вида, в которых поток тепла через воздушные каналы осуществляется с помощью встроенного вентилятора. Теплоотдача с поверхности таких печи меньше, чем в печах первого и второго вида за счёт усиленной теплоизоляции. Управление включением и отключением электродвигателя вентилятора осуществляется терморегулятором.

Тепловые насосы. Особую группу перспективных систем электроотопления составляют так называемые тепловые насосы. Тепловые насосы бывают компрессионные и полу­проводниковые.

На рис. 3, а показана принципиальная схема компрессионного теплового насоса, работающего в режиме отопления. Система, состоящая из компрессора К, конденсатора А и испарителя Б заполнена фреоном или другой жидкостью, кипящей при низких температурах. Испаритель Б находится вне отапливаемого помещения, а конденсатор

А — внутри. Фреон, испаряясь в испарителе, отбирает тепло у наружного воздуха. С помощью компрессора фреон сжимается и в нагретом виде подается в конденсатор, с

поверхности которого отдает тепло в помещение. Жидкий фреон из конденсатора поступает в испаритель, где вновь испаряется, и процесс повторяется. Для циркуляции на­ружного воздуха в кожухе испарителя служит вентилятор В1, а для циркуляции комнатного воздуха в кожухе конденсатора — вентилятор В2, Этот же прибор может работать в режиме охлаждения в летнее время (рис. 3,б). Для этой цели служит переклю­чающий вентиль П, с помощью которого изменяется направление потока фреона, в результате чего конденсатор становится испарителем, а испаритель конденсатором, и процесс идет в обратном направлении. Стрелочками на рисунках показано направление протекания фреона. Тепловой насос может быть построен на основе принципа термоэлектрического генератора, заключающегося в том, что при прохождении постоянного тока через спай двух разнородных металлов в местах спая на одном конце происходит отдача, а на другом — поглощение тепла. Если холодный спай поместить в холодную среду, а горячий — в более теплую, то при прохождении тока холодный спай будет поглощать тепло из окружающей среды (наружного воздуха), а горячий — отдавать тепло в помещение.

Вместо разнородных металлов могут быть использованы полупроводники, у которых тепловой эффект возникает на границе слоев с электронной и дырочной проводимостью.

Наиболее важное достоинство теплового насоса состоит в том, что количество передаваемой им энергии может в несколько раз превышать затраты энергии от внешнего источника. Количественно это может быть выражено отопительным коэффициентом

где Тгор, Тхол — температуры источника тепла (наружного воздуха) и воздуха, поступающего в помещение.

Теоретически отопительный коэффициент может достигать значения 30 и более, однако в реальных конструкциях он не превышает 4—5.

Отопительный коэффициент тем выше, чем меньше разность температур наружного и внутреннего воздуха. Поэтому наиболее целесообразно применение тепловых насосов в районах с мягкой зимой и жарким летом (с учетом обратимости их действия). Могут также найти применение в будущем тепловые насосы, снабженные дополнительными электронагревателями, отключаемыми с помощью циркулярного телеуправления в часы максимума энергосистем.

В России Энергетическим институтом им. Г. М, Кржижановского разработаны и прошли экспериментальную проверку полупроводниковые тепловые насосы теплопро-изводительностью 6, 12, 20 и 30 тыс. кДж/ч и холодопроизводительностью 4, 8, 13, 20 кДж/ч с потребляемой мощностью соответственно 0,6; 1,2; 2; 3 кВт. Внедрение тепловых насосов пока ограничено их высокой стоимостью, а также шумом от работы компрессора и вентиляторов.

2.2 Общедомовые электроприемники. К общедомовым приемникам относятся:

а) осветительные установки лестничных клеток, технических подпольев и подвалов, чердаков, вестибюлей, холлов, коридоров, мусорокамер, машинных помещений и
шахт лифтов, установки праздничной иллюминации, заградительные огни и т. д.

б) силовые установки грузовых и пассажирских лифтов, вентиляционных систем, устройств дымозащиты, в отдельных случаях — насосы противопожарного и хозяйст-
венного водоснабжения;

в) усилители и другая аппаратура систем коллективного приема телевизионных передач, трансформаторы радиотрансляции;

г) машины для механизированной уборки лестниц, коридоров и т. п.;

д) элементы диспетчеризации, кодовые замки, домофоны.
Электрическое освещение. Для освещения лестниц, вестибюлей, холлов, коридоров до последнего времени применялись лампы накаливания. В настоящее время внедряется люминесцентное освещение, позволяющее без перерасхода энергии создать более высокие уровни освещенности. Кроме того, люминесцентные лампы имеют существенно большой срок службы и менее чувствительны к колебаниям напряжения.

Для освещения прочих помещений применяются лампы накаливания. В технических подпольях, мусорокамерах, машинных отделениях лифтов, в насосных, на чердаках ис­пользуются светильники во влагозащищенном исполнении. При прокладке газопроводов в технических подпольях выключатели выносятся наружу.

Силовые электроприемники. К ним в первую очередь относятся электродвигатели и другие электроприемники лифтовых установок. В жилых домах в зависимости от этажности устанавливаются один, два или три лифта грузоподъемностью 350, 500 и 1000 кг. Скорости лифтов 0,5 м/с в девятиэтажных домах и 1; 1,4 и 2 м/с при боль­шей этажности.

Пассажирские лифты оборудуются, как правило, двухскоростными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами серии АС в малошумном исполнении. Для особо крупных и высоких зданий применяются лифты с электроприводом по системе генератор — двигатель на постоянном токе или электродвигатель постоянного тока, подключаемый к сети переменного тока через выпрямители. В систему электропривода лифта входят электромагнитный тормоз и аппаратура управления.

К силовым электроприемникам относятся электродвигатели вентиляторов и насосов, работающие в системах санитарно - технических и противопожарных устройств зданий, и различные электромагниты для открывания клапанов и люков систем дымоудаления зданий высотой более девяти этажей, а также аппаратура связи и сигнализации.