Снижение расхода электроэнергии в электроустановках зданий - Электропотребление квартир

Глава вторая
ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ ЖИЛЫХ
ЗДАНИЙ И РЕЖИМЫ ИХ РАБОТЫ

1. Электропотребление квартир

Современный жилой дом является сложным инженерным сооружением. В общем случае каждый дом имеет систему холодного водоснабжения, электроснабжения, газо- и теплоснабжения. В домах с преимущественно централизованной системой теплоснабжения вместо газовых плит в ряде районов устанавливают электроплиты.
Электроприемники жилых зданий можно разделить на электроприемники квартир, электроприемники систем инженерного оборудования зданий и общедомовые осветительные установки. Последние, включающие лифты, насосы для подкачки воды, системы противопожарной защиты, являются такими же, как и для общественных зданий, и подробно рассмотрены в гл. 4.
Сегодня в квартирах потребляется около 6 % всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Среднее электропотребление одной семьей составляет 960 кВт-ч в год в домах с газовыми плитами и 2000 кВт-ч в домах с электроплитами. В городах потребление электроэнергии в 1,8—3 раза выше, чем в сельской местности, а в крупных городах — Москве, Ленинграде, Тбилиси, Киеве — в 1,5—2,5 раза. Внутриквартирное электропотребление непрерывно растет, что связано с расширением ассортимента, увеличением объема выпуска новых бытовых приборов и улучшением жилищных условий населения. Так, за 1971—1984 гг. внутриквартирное электропотребление увеличилось на 34 %. Более быстрыми темпами растет электропотребление в домах без централизованного отопления и горячего водоснабжения, медленнее — в домах с электрическими плитами.
Кроме уровня электропотребления решающую роль при проектировании и эксплуатации как внутридомовых электрических сетей, так и внешних сетей, питающих коммунально-бытовых потребителей, играет уровень электрической нагрузки. Формирование бытовой электрической нагрузки подчинено закону случайных событий. Это означает, что в реальных условиях включение тех или иных приборов как в одной, так и во многих квартирах взаимонезависимо. Нагрузка от бытовых приборов определяется 30-минутной мощностью, потребляемой одним или группой приборов, и вероятностью их включения в рассматриваемый период (вечер, день, сутки). Вероятность включения р каждого прибора определяется технологическим режимом его работы, т. е. расходом электроэнергии W за рассматриваемый период времени Т, и установленной мощностью Руст:
(2-1)
Приборы редкого пользования с небольшим потреблением электроэнергии обычно не оказывают влияния на уровень электрической нагрузки элементов сети. При числе квартир более 30 расчетную нагрузку на элемент сети определяют по формуле
(2.2)
где— установленная мощность всех электроприемников во всех квартирах; рr—средняя вероятность включения всех электроприборов в одной квартире; ta— нормированное отклонение в нормальном законе распределения (для внутридомовых электрических сетей ta=3, для внешних ta=2); п — число квартир, присоединенных к данному элементу электросети.
Основные данные по электропотреблению бытовых электроприборов, их участию в формировании электрического баланса квартир приведены в табл. 2.1.
Уровень электропотребления в квартирах обусловлен рядом объективных и субъективных факторов. К первым относят степень благоустройства жилья, климатические факторы; ко вторым — уклад жизни, состав семьи, ее доходы и т. п.

Таблица 2.1. Энергетические параметры бытовых электроприборов

Наиболее энергоемкими приборами сегодня являются электроводонагреватели, кондиционеры и электрические плиты, о которых будет подробно сказано ниже. Из других бытовых приборов следует выделить холодильники и телевизоры. Холодильники при сравнительно небольшой мощности в 90—260 Вт потребляют в год 300— 500 кВт-ч, так как включены практически круглогодично. Абсорбционные холодильники не имеют терморегулятора и поэтому работают непрерывно, а компрессионные холодильники с. терморегулятором потребляют электроэнергию 2—10 ч в сутки, что обеспечивает экономию электроэнергии 200—300 кВт-ч в год.
Телевизоры имеют несколько меньшее электропотребление. На сегодня достигнуто 100 %-ное насыщение ими квартир в городах и поселках городского типа. Поэтому потребление ими электроэнергии составляет ощутимую долю в общем внутриквартирном электропотреблении и в формировании вечернего максимума нагрузок распределительных электросетей 0,38/0,22 кВ. На работу телевизоров, особенно цветных, влияет качество электроэнергии и прежде всего уровень напряжения. По действующим нормам проектирования электрических сетей напряжение на зажимах бытовых электроприборов может отличаться от номинального не более чем на 5 %. В действительности за счет резкого колебания нагрузки в течение суток, неоптимальности схем и параметров сетей реальное значение напряжения в некоторых домах отличается от номинального на 10 и даже 15%. Это приводит к необходимости использовать устройства индивидуального регулирования напряжения — стабилизаторы напряжения.
В квартирах часто используют электромеханические регуляторы напряжения с ручным управлением и электромагнитные стабилизаторы. Промышленность выпускает регулировочные автотрансформаторы типа АБР-250 и АБР-400 мощностью 250 и 400 Вт с КПД 93 и 94 % соответственно. Встроенный указатель напряжения позволяет контролировать его значение с погрешностью не более 5%, что недостаточно для поддержания качественного телевизионного изображения. Большая погрешность, инерционность и наличие подвижных частей ограничивают применение указанных регуляторов. Более широкое распространение получили автоматические стабилизаторы электромагнитного типа, в частности феррорезонансные. Характеристики бытовых феррорезонансных стабилизаторов приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2. Характеристики феррорезонансных стабилизаторов напряжения

Указанные стабилизаторы поддерживают выходное напряжение при постоянстве частоты питающего напряжения с точностью до ±1 %. Колебания частоты вызывают дополнительное изменение выходного напряжения на 1—3 %. К недостаткам стабилизаторов относится низкий коэффициент мощности из-за большого реактивного тока. Например, стабилизаторы УСН-200 мощностью 200 В-A имеют КПД 81 %, т. е. при работе на активную нагрузку мощностью 200 Вт потери в стабилизаторе составят 38 Вт. Ток, потребляемый из сети, возрастает с 0,91 до 1,4 А, а значение реактивного тока составляет 0,85 А. Таким образом, применение бытовых феррорезонансных стабилизаторов увеличивает в среднем в 1,5 раза ток в сети, в 2,25 раза потери мощности и электроэнергии и ведет к непроизводительным расходам электроэнергии. Поэтому работы энергоснабжающих организаций по повышению качества напряжения, сокращающее использование населением стабилизаторов, следует рассматривать как работы по экономии электроэнергии.
По мере выпуска различных бытовых электроприборов меняется структура внутриквартирного электропотребления. Если в 50-е годы потребление электроэнергии на освещение составляло 60—70 %, то к 1980 г. при применении в квартире электроутюга, холодильника и телевизора оно снизилось до 25—35 %, а в домах с электроплитами— до 10—15%. При полной электрификации быта, т. е. процессов приготовления пищи, нагрева воды и отопления помещений, расход электроэнергии квартирой достигнет 15 000—20 000 кВт-ч в год, в том числе на освещение — 6—8 %.
В последние годы промышленность освоила выпуск приборов повышенной мощности (более 1,3 кВт) и электропотребления. Большая часть этих приборов реализуется через торговую сеть. К ним относятся автоматические стиральные и посудомоечные машины с подогревом моющего раствора, кондиционеры, двухконфорочные электроплитки и электроплитки с жарочным шкафом и ряд других приборов. Расширение ассортимента бытовых приборов увеличивает нагрузки и потери напряжения во внутридомовых сетях и прежде всего в стояках и горизонтальных питающих линиях. Поэтому электросети почти всего жилищного фонда страны должны быть со временем переоборудованы под увеличенные уровни электрических нагрузок с прокладкой в квартирах групповых линий с заземляющим проводом. В табл. 2 «Инструкции по проектированию электрооборудования жилых зданий СН 544—82» указаны нормы удельных электрических нагрузок с учетом возможности установки в квартирах приборов повышенной мощности кратковременного пользования, таких как стиральные и посудомоечные автоматы. Применение кондиционеров требует увеличения норм удельных нагрузок на величины, приведенные в [3]. Вместе с тем указанные нормы не предусматривают использование в квартирах стационарных электроводонагревателей и установок полного электроотопления .
Для подключения кондиционеров в общей комнате у окна устанавливают розетку с заземляющим контактом на ток 10 А. Розетка должна включаться в групповую линию розеток на ток до 10 А или в смешанную групповую линию розеток на ток до 10 А и светильников общего освещения с прокладкой дополнительного заземляющего проводника. Номинальный ток плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя в этом случае должен быть увеличен с 16 до 25 А. В качестве заземляющего проводника применяют провод или жилу кабеля сечением, равным фазному. Заземляющий проводник присоединяют к нулевому проводу питающей сети (стояка) до отключающего аппарата, установленного перед счетчиком. Заземляющий проводник может быть общим для всех розеток с заземляющим контактом, установленных в квартире. В этом случае он должен присоединяться к заземляющему гнезду розеток без разрыва.
При прокладке третьей групповой линии для питания бытового прибора повышенной мощности необходима замена квартирных электросчетчиков, если они рассчитаны на ток менее 10 А.

Таблица 2.3. Возможные объемы снижения потребления электроэнергии бытовыми электроприборами

Рекомендуется применять однофазные счетчики типа СО-242-220, СО-1445-220 и СО-1446-220 на номинальные токи 10—30, 10—40 и 10— 34 А соответственно.
Экономия электроэнергии в квартирах определяется выпуском бытовых приборов с высоким КПД и коэффициентом мощности, применением различных средств автоматического регулирования и управления (терморегуляторов, термоограничителей, регуляторов мощности всех типов), а также степенью осведомленности жильцов о важности экономии электроэнергии в быту в масштабах страны.
В табл. 2.3 приведены возможные объемы снижения расхода электроэнергии в быту за счет рационального пользования бытовыми приборами и за счет изменения их конструкций. Уменьшение электропотребления холодильниками, автоматическими стиральными машинами, электроплитами и другими нагревательными приборами за счет рационального режима их работы сопровождается и снижением максимума нагрузки, в то время как телевизоры могут обеспечить снижение нагрузки только при переходе на новые конструкции. В общем случае за счет рационализации режима электропотребления семья может сэкономить 160—200 кВт-ч в год в домах с электроплитами и 80—130 кВт-ч в год в остальных домах, т. е. около 10 % годового расхода электроэнергии.

Техническое совершенствование приборов (выпуск полупроводниковых телевизоров, темнителей, фотовыключателей, усиление теплоизоляции холодильников, выпуск специальной посуды для электроплит) позволит снизить внутриквартирное электропотребление еще на 180— 300 кВт-ч в год, т. е. всего на 260—430 кВт-ч.
В домах с плитами на сжиженном газе и твердом топливе среднегодовое электропотребление выше, чем в домах с плитами на сетевом газе, прежде всего из-за применения электрических плиток и различных дополнительных электроприборов для приготовления пищи. Здесь резервом экономии следует считать переход на выпуск приборов с элементами автоматики, более гибкое регулирование мощности, применение конфорок с высоким значением КПД.