Снижение расхода электроэнергии в электроустановках зданий - Приборы для приготовления пищи

Электроплиты предназначены для приготовления пищи в домашних условиях. Применение электроплит вместо газовых плит и плит на твердом топливе позволяет: существенно улучшить санитарно-гигиенические условия в кухне и квартире из-за отсутствия вредно действующего на людей угарного газа СО и других продуктов неполного сгорания газа и твердого топлива; повысить взрыво- и пожаробезопасность зданий (особенно для домов повышенной этажности); осуществить частичную автоматизацию процесса приготовления пищи путем использования терморегуляторов, термоограничителей и приборов программного управления, что обеспечивает экономию времени на ведение домашнего хозяйства. Технико-экономические расчеты показывают, что удорожание противопожарного оборудования в домах высотой 10 и более этажей с газовыми плитами существенно превышает затраты на установку и эксплуатацию электроплит.
Электроплиты сегодня — самые энергоемкие потребители электроэнергии в квартирах. Годовое электропотребление одной электроплитой составляет 1100— 1300 кВт-ч. Поэтому рациональное пользование электроплитами является одним из источников экономии электроэнергии. В стране устанавливают и эксплуатируют электроплиты с чугунными конфорками и жарочным шкафом следующих типов: «Лысьва 6»—«Лысьва 10», «Томь», «Электра» отечественного производства, а также плиты производства СФРЮ, НРБ, Финляндии и других стран; их технические параметры приведены в табл. 2.4.

Стационарные электроплиты (рис. 2.1) состоят из следующих частей: корпуса 1, жарочного шкафа 2, панели управления 3 с регулирующей аппаратурой, конфорок 4—6. Конфорки устанавливают на рабочем столе 7 и в нерабочем состоянии закрывают сверху декоративной крышкой. У электроплит «Лысьва» и «Томь» крышки отсутствуют.

Таблица 2.4. Технические параметры стационарных электроплит


Рис. 2.1. Внешний вид стационарной электроплиты
На панели управления расположены ручки переключателей мощности конфорок и жарочного шкафа, сигнальные лампы. На этой же панели у ряда конструкций расположены выключатель освещения жарочного шкафа, ручка терморегулятора, розетка для включения бытовых кухонных приборов, а также аппаратура программного управления— таймер. Внизу электроплиты размещен ящик 8 для хозяйственных нужд.

Корпус плиты изготовлен из листовой стали и покрыт с внешней стороны белой или цветной эмалью. Рабочий стол плиты с конфорками присоединен к боковым стенкам с помощью шарнирного устройства, обеспечивающего возможность его легкого подъема при осмотре и ремонте. В последние годы наметилась тенденция улучшения эстетического оформления электроплит: применения декоративной отделки дверцы жарочного шкафа и передней панели управления под ценные породы дерева, нержавеющей сталью, термостойкими пластмассами, красочное оформление надписей и т. д.
Конфорки состоят из чугунного корпуса, в пазах которого запрессованы нагревательные спирали из нихрома или другого сплава высокого сопротивления. Изоляционным материалом в конструкциях отечественных конфорок служит периклаз. В последнее время в качестве изоляционного материала стали использовать композицию на основе талька, которая по своим электроизоляционным и теплотехническим параметрам близка к периклазу. Выводы спиралей прикреплены к колодке с винтовыми или безвинтовыми зажимами для присоединения проводов монтажа. Конфорки крепят к поверхности стола с помощью хромированных колец или колец из нержавеющей стали, которые уменьшают теплопотери через корпус и обеспечивают защиту плиты от попадания внутрь жидкости.

Жарочный шкаф представляет собой стальную коробку, обогреваемую с помощью нагревателей преимущественно из плоских трубчатых нагревательных элементов (ТЭН). Мощность нагревателей жарочного шкафа 1800—2400 Вт в зависимости от объема. Мощность нижнего нагревателя несколько больше верхнего, благодаря чему достигается равномерное распределение температуры внутри шкафа. Объем жарочного шкафа в электроплитах различной конструкции составляет 0,13— 0,06 м3. Нагреватели жарочного шкафа могут располагаться как внутри, так и вне его, непосредственно у пода и верха. В последние годы переходят к внутреннему расположению верхнего нагревателя, что повышает экономичность и технологические возможности шкафа.
Для снижения тепловых потерь шкаф покрыт слоем теплоизоляции из минеральной ваты или другого материала, обернутого алюминиевой фольгой. Дверцы шкафа выполняют двухслойными с теплоизоляцией, проложенной между ними. В дверцу шкафа монтируют жаропрочное смотровое стекло. Шкаф освещается лампой накаливания, включаемой обычно с помощью отдельного выключателя.

Рис. 2.2. Зависимость перерасхода электроэнергии ∆А от деформации дна посуды Δh
Рис. 2.3. Зависимость удельного расхода электроэнергии Ауд и времени нагрева t от объема нагреваемой воды V на конфорках различного диаметра:
1 — диаметром 145 мм, мощностью 1 кВт; 2— диаметром 180 мм, мощностью 1,5 кВт; 3 — диаметром 200 мм, мощностью 2 кВт. Сплошными линиями обозначен удельный расход электроэнергии, пунктирными — время нагрева воды до закипания

С точки зрения технологических возможностей приготовления пищи жарочный шкаф позволяет наиболее полно использовать все преимущества электропищеприготовления. Экономичность применения жарочного шкафа определяется эффективной теплоизоляцией и возможностью комбинировать лучистый и конвекционный нагрев. Для использования преимущества инфракрасного нагрева в жарочный шкаф встраивают гриль с высокотемпературным нагревателем мощностью 1,2—2 кВт. Рациональным является устройство жарочного шкафа с низкотемпературным нагревателем, расположенным под подом, и с высокотемпературным нагревателем, установленным на своде, внутри жарочного шкафа. Температура верхнего нагревателя при этом должна быть не ниже 700 °C. Переключатель дает возможность отдельно включать: нижний и верхний нагреватели, а терморегулятор автоматически поддерживает заданную температуру в шкафу при включении только нижнего или обоих нагревателей. Современные модели электроплит снабжены лампочками, сигнализирующими о включении отдельных элементов или электроплиты в целом.
Для снижения расхода электроэнергии на приготовление пищи на электроплитах необходимо применять специальную посуду с утолщенным обточенным дном диаметром, равным диаметру конфорки или несколько большим его: для конфорок диаметром 145 мм — посуду с диаметром 145—160 мм, для конфорок диаметром 180 мм — посуду с диаметром 180—200 мм. Экономия электроэнергии при использовании такой посуды — 10—20% (рис. 2.2).
С увеличением объема нагреваемой жидкости КПД конфорок возрастает. Для наименьшего расхода электроэнергии следует нагревать до кипения 2—3 л жидкости на конфорках диаметром 145 мм, 3—5 л—на конфорках диаметром 180 мм. Конфорки диаметром 220 мм экономически целесообразно применять только при нагреве больше 6 л жидкости, а также для жарения на больших сковородках (рис. 2.3).
Важным резервом экономии электроэнергии, потребляемой электроплитой, является повышение числа ступеней регулирования мощности конфорок с 3 до 6, т. е. применение 7-ступенчатых переключателей с трехспиральными конфорками вместо 4- и 5-ступенчатых с двухспиральными конфорками. Экономия электроэнергии (в среднем 4—6%) достигается за счет снижения мощности нижней ступени до 10—15 % номинальной (100— 250 Вт), необходимой для поддержания технологического процесса варки пищи после закипания.
Еще большая экономия достигается применением бесступенчатых механических или полупроводниковых регуляторов мощности или автоматического регулирования рабочей температуры конфорок. Исследованиями установлено, что по сравнению с вариантом применения 7-ступенчатых переключателей внедрение бесступенчатых переключателей или регуляторов позволяет экономить на каждую электроплиту дополнительно 5—7 % электроэнергии, а общий расход электроэнергии электроплит снизить до 1000—1050 кВт-ч/год.
Принцип бесступенчатого регулирования мощности состоит в изменении относительной продолжительности цикла «включено на полную мощность — отключено». Основным элементом регулятора является биметаллическая пластина, связанная с механическим прерывателем. Пластина нагревается теплом, выделяемым нагревательным резистором мощностью 2—6 Вт, включенным параллельно нагревательному элементу конфорки или встроенному непосредственно в ее корпус. Изменяя положение ручки переключателя, можно регулировать относительную продолжительность периодов «включено — отключено», а следовательно, и среднюю мощность конфорки.
Более совершенным методом регулирования мощности является автоматическое управление мощностью конфорок в зависимости от температуры дна наплитного сосуда. Среди известных конструкций таких регуляторов наиболее распространены два: с манометрическим датчиком температуры и с измерительным резистором. Однако при бесступенчатом регулировании повышаются требования к надежности работы контактов, которые коммутируют номинальный ток конфорки при общем числе циклов, равном нескольким сотням тысяч [4].
Несвоевременная замена неисправных конфорок приводит к перерасходу электроэнергии (3—5%). Перегорание в конфорке одной или двух спиралей нарушает режим регулирования — минимальная ступень мощности увеличивается в 2—3 раза. При расслоении, растрескивании или вспучивании чугуна нарушается плотный контакт поверхности конфорки с дном наплитного сосуда, что также вызывает перерасход электроэнергии, аналогичный перерасходу при пользовании посудой с изогнутым дном.
Индукционные электроплиты представляют новое направление в конструировании. Нагрев наплитного сосуда здесь осуществляется за счет вихревых токов, возникающих в нем под действием электрического поля, создаваемого встроенным преобразователем высокой частоты. Коэффициент полезного действия индукционных электроплит выше, чем обычных, а срок службы определяется сроком службы преобразователя частоты. Такие плиты отечественная промышленность пока не выпускает.
Важным достижением следует признать электроплиты с нагреваемой рабочей поверхностью из специальной жаропрочной керамики — пирокерамического материала ситалла. Особенностью этого материала является высокая теплопроводность в вертикальном и низкая в горизонтальном направлениях, большая термо- и влагостойкость. Поверхность электроплиты покрывают сплошным настилом из ситалла, на котором рисунком обозначены места нагрева. Под настилом располагают нагревательные элементы, обычно из нихромовой ленты, намотанной на стержень из изоляционного материала, инфракрасные нагреватели, спираль в трубке из кварцевого стекла и ТЭН. Применение ситаллового настила существенно увеличивает срок службы электроплит за счет облегчения режима работы нагревательных элементов без контакта с пролитой жидкостью, холодными наплитными сосудами и т. д., а также за счет высоких эксплуатационных качеств ситаллового настила. Эстетические и экономические параметры электроплит с ситалловым настилом намного выше, чем обычных электроплит, а трудоемкость замены нагревательных элементов гораздо ниже. В СССР начат выпуск настольных электроплиток с ситалловым настилом.
Путями дальнейшего повышения технико-экономических показателей стационарных электроплит являются: расширение технологических возможностей электроплит за счет встраивания в пространство жарочного шкафа дополнительных приспособлений — гриля, вертела; применение экспресс-конфорок, устройств автоматического и программного управления элементами электроплиты; внедрение способов, облегчающих содержание электроплит в хорошем санитарно-гигиеническом состоянии, и в частности пиролитического метода (нагрева до температур 450 °C и более) очистки жарочного шкафа, а также переход на более экономичные ТЭН конфорки, имеющие КПД в пределах 0,7—0,85.
Электроплитки. Кроме стационарных электроплит для приготовления пищи используют двухконфорочные электроплиты с жарочным шкафом, одно- и двухконфорочные электроплитки, жарочно-пекарские шкафы и различные специализированные приборы типа электрокастрюль, электросковородок, электрошашлычниц и т. д. Из всех указанных приборов наиболее массовыми являются переносные электроплитки. В настоящее время на 100 семей в среднем приходится 32 электроплитки, которые в основном используют в качестве дополнительного прибора в домах с плитами на твердом топливе и сжиженном газе, на дачах и садовых участках.
Электроплитки выпускаются четырех типов: с чугунными, штампованными стальными и трубчатыми конфорками и с ситалловым настилом. Чугунные конфорки такие же, как и у стационарных электроплит, имеют мощность 800, 1000 и 1200 Вт. Основную массу электроплиток составляют электроплитки со штампованными конфорками. Такие конфорки конструктивно аналогичны чугунным, но их корпус выполнен из стального листа методом штамповки, в корпусе в изоляционной массе запрессованы нагревательные спирали.

Таблица 2.5. Сравнительные параметры конфорок

Трубчатые конфорки выполнены из одного, двух или трех ТЭН, согнутых в виде витков спирали. Для улучшения контакта с посудой рабочая поверхность ТЭН выполняется плоской. Снизу ТЭН размещается отражатель из нержавеющей стали, концентрирующий тепловой поток на дне наплитного сосуда. В табл. 2.5 приведены сравнительные данные указанных типов конфорок, в том числе чугунной экспресс-конфорки быстрого нагрева. Низкий КПД штампованных конфорок и большое время их разогрева приводят к перерасходу электроэнергии и большим затратам времени. В настоящее время перерасход электроэнергии электроплитками со штампованными конфорками оценивается не менее чем в 1 млрд. кВт-ч в год. Поэтому переход на выпуск электроплиток с трубчатыми конфорками оправдан как с точки зрения общей энергосберегающей политики, так и с точки зрения затрат населения, которые окупаются пониженным расходом электроэнергии за 3—5 лет.