3. Применение вычислительной техники для расчета и оптимизации проектирования электротехнологических процессов и оборудования

Для расчета электротехнологических установок в сельском хо­зяйстве используют ЭВМ. Это связано с тем, что часто бывают нужны более точные данные расчетов при создании новой техни­ки или оборудования. Для получения этих данных применяют ме­тод последовательного приближения, который легко реализовать при использовании ЭВМ.

В специальной литературе приведена схема алгоритма расчета трубчатых электри­ческих нагревателей (ТЭНов) на ЭВМ, позволяющая ускорить вы­числительные операции (рис. 2.53). При ее рассмотрении и анали­зе видно, что расчет существенно отличается от описанных выше и более точен.

Вначале диаметр проволоки спирали предварительно выбира­ют по рабочему току, пользуясь таблицей токовых нагрузок. При­няв определенное значение диаметра (блок 5), рассчитывают па­раметры спирали и нагревательного элемента (блоки 6, 7). При наличии ограничений на габаритные размеры ТЭНа проверяют возможность размещения спирали в трубке (блок 8) и при необхо­димости корректируют ее параметры (блок 13).

Если при проверочном расчете (блок 9) температура трубки или спирали превышает допустимые отклонения, корректируют диаметр проволоки и исходную температуру спирали, уточняют другие ее параметры, чтобы обеспечить необходимую точность расчета. Диаметр проволоки спирали, а также другие ее парамет­ры (диаметр спирали, шаг, число витков, длина спирали, темпе­ратура трубки, температура спирали, активная длина нагревате­ля), удовлетворяющие допустимым отклонениям, выводят на пе­чать (блок 11),

4. Рекомендации по экономии электроэнергии

Экономия электроэнергии при освещении жилья. Экономии дос­тигают рациональным использованием естественного освещения.

Для улучшения естественного освещения комнат делают свет­лой отделку стен и потолка. В этом случае лучи света, попадая на светлые поверхности, многократно отражаются, что усиливает ос­вещенность.

Естественная освещенность зависит от потерь света при про­хождении его через оконные стекла. Сильно запыленные стекла поглощают до 30 % света, поэтому необходимо держать стекла в чистоте.

Значительное количество электроэнергии напрасно расходует­ся днем в квартирах первых этажей из-за посадок зелени перед окнами. Для улучшения естественного освещения и экономии электроэнергии деревья высаживают на расстоянии 5 м от стен жилого дома, а кустарники не ближе 1,5 м.

Максимальное использование естественного освещения — один из важных путей уменьшения расхода электроэнергии на ис­кусственное освещение.

Способы искусственного освещения позволяют менять освещен­ность за счет переключения светильников, изменения их положе­ния в пространстве, а также за счет регулирования светового пото­ка источника света по силе и направлению.

Между различными источниками света, используемыми для ос­вещения, имеется большая разница в световой отдаче, определяе­мой в люменах на 1 Вт расходуемой мощности, лм/Вт: лампа нака­ливания — 12; галогенная лампа — 22; люминесцентная лампа — 55; ртутная лампа выского давления — 55; галогенная лампа высокого давления — 80; натриевая лампа высокого давления — 95.

Значительную экономию электроэнергии при использовании ламп накаливания могут дать следующие мероприятия:

- замена двух ламп меньшей мощности на одну несколько боль­шей мощности; например, замена двух ламп мощностью 60 Вт каждая на одну мощностью 110 Вт уменьшает при той же осве­щенности потребление электроэнергии на 12 %;

- применение местного освещения рабочих мест;

- поддержание допустимого напряжения; для правильной рабо­ты ламп необходимо, чтобы отклонение напряжения не выходило за пределы 2,5 % и +5 % номинального; при снижении напряже­ния на 1 % световой поток уменьшается на 3...4 %;

- периодическая замена ламп к концу срока службы из-за сниже­ния их светового потока на 15 %;

- использование криптоновых ламп накаливания, имеющих све­товую отдачу на 10 % выше, чем у ламп накаливания с аргоном;

- периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осве­тительной арматуры; не чистившиеся в течение года лампы и люс­тры пропускают на 20 % света меньше;

- снижение уровня освещенности в подсобных помещениях, ко­ридорах применением ламп меньшей мощности;

- применение светорегуляторов, позволяющих изменять уровень освещенности;

- использование реле времени для отключения настольных ламп и других светильников через определенное заданное время;

- замена абажуров, поглощающих значительное количество света и собирающих пыль;

- отключение ненужных электроосветительных приборов.

Существенной экономии электроэнергии достигают примене­нием светильников, использующих люминесцентные лампы. Лю­минесцентная лампа имеет по сравнению с лампой накаливания в 4...5 раз более высокую световую отдачу и в 5...8 раз больший срок службы. Так, светоотдача люминесцентной лампы в 20 Вт равна светоотдаче лампы накаливания 150 Вт.

Если заменить в трехкомнатной квартире площадью 45...50 м² обычные лампы накаливания на люминесцентные, то можно сэ­кономить примерно 1500 кВт ч в год. Это значительный резерв экономии электроэнергии.

Экономия электроэнергии при приготовлении пищи. Наиболее энер­гоемкий и универсальный прибор, предназначенный для приготов­ления пищи, — электрическая плита. Выпускают плиты напольные и настольные. Установленная мощность напольных плит — 3,6...8 кВт.

Настольные электроплиты по устройству и основным техничес­ким характеристикам подобны напольным и отличаются от них меньшим числом конфорок, меньшим объемом жарочного шкафа и отсутствием шкафа для посуды.

При выборе плиты следует иметь в виду, что электроплиты мощностью 3,6...5 кВт с тремя конфорками и жарочным шкафом обеспечивают потребность семьи из 4...5 человек. Приобретение плит большей мощности целесообразно лишь при семье с количе­ством более 5 человек.

Наиболее распространены простые электроплитки с одной или двумя конфорками, обычно с переключателями мощности, обес­печивающими от одной до семи ступеней нагрева. Мощность од-ноконфорочных электроплиток 0,8...2,6 кВт, двухконфорочных 1,8...3 кВт. Электроплитки имеют также различные конфорки, из которых наиболее эффективны и совершенны — трубчатые (на ТЭНах).

Имеются электроплитки с таймером, позволяющим автомати­чески регулировать время их работы.

Основные рекомендации при использовании электроплиток:

- наиболее эффективны и совершенны электроплиты с трубча­тыми конфорками, которые быстро нагреваются, экономичны, долговечны, а их спиральная форма обеспечивает хороший кон­такт с дном посуды; для повышения КПД трубчатой конфорки под ней следует устанавливать отражатель из полированного не­ржавеющего листа;

- желательно использовать одну конфорку для приготовления нескольких блюд, поскольку на разогрев конфорок уходит много энергии; следует обязательно использовать крышки для посуды, что на 20 % снижает расход электроэнергии и сокращает затраты времени на приготовление пищи;

- необходимо заливать минимальное количество воды для варки овощей; например, при варке картофеля вода должна лишь не­много покрывать клубни;

- замороженные продукты, прежде чем положить на сковородку или противень, следует предварительно разморозить до комнат­ной температуры;

- жарочный шкаф или духовку следует использовать ддя приго­товления по очереди нескольких блюд; включенная духовка без надобности не должна открываться; при правильном пользовании духовкой расход электроэнергии сокращается на 30...40 %;

- для рационального использования энергии при кипячении воды необходимо ее ровно столько, сколько требуется; плотное прилегание дна к конфорке, наличие в чайнике крышки, тонкие алюминиевые стенки — все это обеспечивает быстрое кипячение и экономию электроэнергии; для нагрева небольшого количества воды следует пользоваться электрочайником или тефалью, КПД которых гораздо выше (более 90 %).

Существующий эффект может быть получен в результате мо­дернизации электроплит и электроплиток путем замены в них штампованных конфорок на конфорки из трубчатых нагреватель­ных элементов, а также оснащении их 7-ступенчатыми переклю­чателями мощности взамен 4...5-позиционных; это позволяет уменьшить расход электроэнергии на 20...25 %.

Значительные удобства, экономию времени и энергии дает применение скороварок. Время приготовления блюд сокращается в 3 раза и упрощается технология их приготовления; расход элект­роэнергии сокращается примерно в 2 раза.

Следует отметить неоспоримые преимущества микроволновых печей типа «Электроника». В этих печах разогрев и приготовление продуктов происходят за счет поглощения ими энергии электро­магнитных волн. В целом время разогрева пищи составляет 2...4 мин.

Экономия электроэнергии при пользовании электробытовыми приборами. Основные электробытовые приборы в жилище: элект­рические холодильники, стиральные машины, утюги, пылесосы, электроотопительные приборы. С некоторыми оговорками сюда же можно отнести радиотелевизионную аппаратуру и средства связи.

Холодильники — весьма энергоемкие приборы в быту. За год, в зависимости от типа и модели, они потребляют от 250 до 1300 кВт -ч электроэнергии. Правильная эксплуатация холодиль­ника сокращает потребление электроэнергии на 15...20 %, а чрез­мерно охлажденная камера, как и повышенная температура возду­ха около холодильника, создадут ее перерасход. При перестановке терморегулятора на 1 °С в сторону повышения температуры по­требление электроэнергии уменьшается в среднем на 8 %. После трехкратного открывания двери холодильника потребление элект­роэнергии возрастет на 1 %.

У стиральных машин главное правило, обеспечивающее эконо­мичность стирки, — полная загрузка машины. Наиболее эконо­мичны, с точки зрения потребления электрической энергии, авто­матические машины, включение и выключение которых происхо­дит строго по программе. При этом надо следить за соответствием заданных режимов работы виду обрабатываемой ткани.

У утюга с регулятором температуры продолжительность разог­рева сокращается с 15...20 мин до 6...7 мин, а расход электроэнер* гии при работе снижается более чем на 20 %.

Для эффективной работы пылесоса большое значение имеет хо­рошая очистка пылесборника. Забитые пылью фильтры затрудня­ют работу пылесоса, уменьшают тягу воздуха, увеличивают расход энергии и дополнительно нагревают электродвигатель.

Прежде чем использовать дополнительные электроотопитель­ные приборы в помощь центральной отопительной системе, сле­дует утеплить окна и балконную дверь. В противном случае это вызовет в сильные морозы потери энергии более чем на 30 %.

Экономией воды, даже холодной, достигают экономии элект­роэнергии, поскольку воду подают мощными электронасосами.

Радиотелевизионная аппаратура на селе — значительный потре­битель электроэнергии. Для уменьшения времени работы радио­телевизионной аппаратуры целесообразно более полное использо­вание радиотрансляционной сети или радиоприемника, работаю­щего в FM-диапазоне. В первом случае мощность, потребляемая трехпрограммным громкоговорителем от сети переменного тока, составляет 4...5 Вт. Если указанной сети нет, следует пользоваться малогабаритным батарейным приемником или телевизором.

Важный фактор экономии электроэнергии — использование различных средств автоматики.

К наиболее распространенным устройствам относят различно­го типа реле времени, например в стиральной машине, скоровар­ке, настольной лампе и т. д. Заводы выпускают реле времени с уд­линителями, которые можно приобрести отдельно и включить с любым электробытовым аппаратом.

Эффективно применение светорегуляторов в системе освеще­ния на базе симисторов. Кроме того, применение подобных регу­ляторов напряжения дает хорошие результаты и в бытовой техни­ке, поскольку появляется возможность изменять частоту враще­ния вентилятора, регулировать обороты двигателя стиральной или швейной машины, электродрели и за счет этого сокращать расход электроэнергии.

Использование мобильных телефонов и системы Интернет для регулирования электротехнологических процессов и оборудова­ния также должно быть рациональным с точки зрения экономии электрической энергии или других энергоресурсов.