книги из ГПНТБ / Электрические сети жилых зданий

годаря применению кондиционеров в южных районах США летний максимум нагрузки почти в 1,5 раза выше зимнего. Кроме того, включение в сеть местных кондицио­ неров приводит к относительно низким значениям коэф­

фициента мощности.

В СССР освоена модель автономного кондиционера «Азербайджан-4» и ведутся разработки более совершенных автономных кондиционеров, которые в будущем смогут получить достаточно широкое распространение, особенно в южных районах страны.

Тепловые насосы. Принцип теплового насоса может быть использован не только в конструкциях кондиционе­ ров и холодильников, но также и для отопления помеще­ ний. Для этих целей могут найти применение компрессион­ ные и полупроводниковые тепловые насосы.

К о м п р е с с и о н н ы й тепловой насос имеет два сосуда, заполненных фреоном или другой* жидкостью, кипящей при низких температурах, перекачиваемой ком­ прессором из одного сосуда в другой. В первом сосуде поддерживается более низкое давление, в другом — более высокое. Фреон закипает в сосуде, называемом испарите­ лем, отбирая тепло у воздуха охлаждаемой комнаты. Во втором сосуде пары фреона конденсируются и отдают скрытую теплоту парообразования наружному воздуху.

При отоплении тепловыми насосами электрическая энергия затрачивается на отбор тепла от среды с более низкой температурой и передачу ее в среду с более высокой температурой. При благоприятных климатических усло­ виях можно передать 2 000 ккал тепла и более при затрате 1 кВт-ч электроэнергии. Схема работы теплового насоса в режиме охлаждения показана на рис. 1-1, а, а в режиме отопления — на рис. 1-1, б.

П о л у п р о в о д н и к о в ы е теплЮвые насосы ра­ ботают, как обратимые тепловые генераторы, принцип работы которых сводится к следующему. Если через ба­ тарею термоэлементов пропустить постоянный ток, то в результате контактной разности потенциалов одна группа термоэлементов поглощает энергию из окружаю­ щей среды, охлаждая ее, другая — выделяет энергию и на­ гревает окружающую среду. При достаточно высокой электропроводности и низкой теплопроводности приме­

10

ненных материалов количество энергии, перекачиваемой насосом, может в несколько раз превышать количество энергии, затрачиваемой внешним источником.

Рис. 1-1. Схема работы теплового насоса «воздух — воздух»

врежимах охлаждения (а) и отопления (6).

А— наружный змеевик (конденсатор); В — внутренний змеевик (испари­

тель); 1 — наружный воздух; 2 — комнатный воздух; з — компрессор; 4 —четырехходовой вентиль; 5 — регулирующий вентиль; 6 — вентилятор.

Внастоящее время изготовляются компрессионные тепловые насосы. Весьма перспективны полупроводнико­ вые насосы.

Вжилищном хозяйстве, по-видимому, найдут некоторое применение индивидуальные квартирные тепловые на­

11

сосы производительностью примерно 3 000 ккал/ч, снаб­ женные пиковыми нагревательными элементами для до­ полнительного подогрева. Для исключения пользования пиковыми нагревателями в часы максимума нагрузки энергосистемы последняя осуществляет блокировку с по­ мощью циркулярного телеуправления. Необходимо под­ черкнуть, что применение телеуправления требует выде­ ления никовых нагревателей в отдельную группу, питаю­ щуюся через контактор. Подчеркнем, что практическое применение таких систем в перспективе следует считать целесообразным лишь в тех районах, где это может быть технически и экономически обосновано.

Электрическое отопление. Применение электрического отопления жилых помещений для большинства районов нашей страны, особенно при теплоснабжении от тепло­ электроцентралей, в настоящее время экономически не оправдывается. Однако уже сейчас электрическое отопле­ ние находит ограниченное применение в районах с избыт­ ком гидроэлектроэнергии, дорогим привозным топливом, а также в некоторых южных районах страны, имеющих плюсовые температуры в зимнее время.

Кроме того, электроотопление находит применение в курортных зонах, где требуется особая чистота воздуха.

За рубежом в последние годы электрическое отопление получает все большее распространение (Швеция, Швейца­ рия, Норвегия, Англия, США и т. д.). Развитию этого вида отопления способствует применение льготных тарифов

вчасы провала суточных графиков нагрузки энергосисте­ мы, освоение промышленностью аккумуляционных ото­ пительных приборов, дороговизна топлива в некоторых странах и другие, чаще всего, коммерческие факторы.

Если учитывать все же благоприятные перспективы развития новых способов получения дешевой электро­ энергии в будущем, а также возможность использования электроотопления для заполнения графиков нагрузки энергосистем, оно может получить распространение и в некоторых районах нашей страны. Поэтому целесообразно

вданной главе дать краткое описание известных в настоя­ щее время устройств электрического отопления [Л.6].

ляется на: а) прямое с применением приборов, выделяю­ щих джоулево тепло (электрообои, электроплинтусы, pa-

12

диаторы, панели, калориферы); б) прямое аккумуляцион­ ное, использующее для накапливания тепла ночной провал графика нагрузки энергосистемы и отдающее тепло круг­ лосуточно (греющие кабели, утопленные в полу, стенах или потолке, а также специальные аккумуляционные электропечи); в) смешанное, в котором сочетаются аккуму-

')

Рис. 1-2. Схема устройства элоктроотоиления с по­ мощью нагревательного кабеля.

а — нагревательный кабель; б — разрез теплого пола; в — принципиальная схема включения нагревательного элемента пола; 1 — обмазка из термопласта; 2 — свинцовый чулок;

12—железобетонное перекрытие; Р — рубильник; К — блокконтакт контактора управления электроотоплением; Л — лампа, сигнализирующая об отключении электроотопления.

ляционное отопление с приборами, непосредственно вы­ деляющими тепло; г) непрямое отопление тепловыми на­ сосами.

2. Ч а с т и ч н о е э л е к т р о о т о п л е н и е слу­ жит для догрева помещений в особенно холодные дни при помощи переносных приборов сравнительно небольшой мощности (отражательные печи, электрокамины, радиато­ ры, тепловентиляторы и т. д.).

На рис. 1-2 схематически показана конструкция нагре­ вательного кабеля и разрез перекрытия с нагревательными

13

кабелями. Такое перекрытие используется для устройства аккумуляционного электроотопления. На рис. 1-3 в ка­ честве примера электроотопления показана схема акку­ муляционной электропечи с регулируемой теплоотдачей. Такие печи требуют значительной площади (примерно до 1 м2 жилой площади при мощности 5 кВт), что является их недостатком. Кроме того, по зарубежным данным стои­

мость печей высока и достигает 25—30 руб. за 1 кВт мощности.

Электрические нагреватели во­ ды. Существующие конструкции можно разделить на две группы: а) проточные нагреватели; б) ем­ костные.

П р о т о ч н ы е н а г р е в а ­

Несмотря на серьезные преимуще­ ства по сравнению с емкостными, проточные нагреватели, включение которых обычно совпадает по вре­ мени с максимумом энергосистемы, не имеют перспектив для приме­ нения в условиях массового ?килищного строительства.

Е м к о с т н ы е н а г р е в а т е л и являются прак­ тически почти единственным рациональным типом электри­ ческих приборов для приготовления горячей воды. Они имеют емкость 100—160 л и потребляют до 3 кВт. Суще­ ствуют и аккумуляционные кухонные водонагреватели меньшей производительности и мощности. В настоящее время промышленностью начат выпуск аккумуляционных нагревателей емкостью 100 л.

Преимущества емкостных нагревателей по сравнению с прямоточными сводятся к следующему. Благодаря акку­ муляции тепла они могут включаться в часы провалов графиков нагрузки, а расходуемая ими энергия оплачи­ ваться по сниженному тарифу. Кроме того, включение нагревателей в часы провалов графика дает возможность не увеличивать расходы на устройство внутридомовой и наружной электросетей, чего нельзя избежать, применяя

14

прямоточные нагреватели. Кроме того, исключается не­ рациональный расход воды.

Недостаток емкостных нагревателей заключается в низ­ кой водопроизводительности, исключающей, например, возможность принять ванну для всех членов семьи в один и тот же день. .

В СССР емкостные электронагреватели пока не полу­ чили распространения, однако их применение, по-види­ мому, будет перспективным в районах с избытком электро­ энергии, привозным топливом, а также при введении двухставочного тарифа. При горячем водоснабжении от ТЭЦ применение электроводонагревателей, как правило, экономически нецелесообразно.

1-3. ОБЩЕДОМОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ

К общедомовым электроприемникам относятся: а) осве­ тительные установки лестничных клеток, технических подпольев, чердаков, вгестибюлей, холлов, мусорокамер, машинных помещений и шахт лифтов и т. д.; б) силовые установки грузовых и пассажирских лифтов, вентиляцион­ ных систем, устройств дымоудаления и в отдельных слу­ чаях насосов хозяйственного и противопожарного водо­ снабжения; в) усилители для коллективных телевизионных антенн и трансформаторы для радиотрансляции; г) пыле­ сосы и другие машины для уборки лестниц и коридоров.

Электрическое освещение. Для освещения лестниц и коридоров, холлов, вестибюлей, входов в здания до последнего времени почти повсеместно применяются лампы накаливания. В большинстве случаев в этих помещениях применялись одно- и двухламповые плафоны. В последнее время началось внедрение светильников (потолочных и встроенных) с люминесцентными лампами мощностью 20 и 40 Вт. Предпринимаются попытки создать светильники с люминесцентными лампами, встраиваемые в железобе­ тонные конструкции площадок лестничных клеток.

Применение для освещения лестничных клеток светиль­ ников с люминесцентными лампами, вызывая некоторое увеличение первоначальных затрат, удешевляет эксплуа­ тацию осветительной установки, не говоря уже о более высоких уровнях освещенности. Удешевление достига­ ется не благодаря экономии электроэнергии, так как в дан­ ном случае резкое повышение нормируемой освещенности до 50 лк против 10 лк при лампах накаливания не дает

15

экономии, несмотря на высокую светоотдачу люминесцент­ ных ламп. Эксплуатация удешевляется, так как люми­ несцентные лампы менее чувствительны к повышениям напряжения в электросети в ночные часы, вызывающим быстрый выход из строя ламп накаливания и необходи­ мость, их частой смены. Некоторым выходом из положения могло бы быть применение для освещения лестничных клеток ламп накаливания, рассчитанных на повышенное напряжение (237 В). Конечно, это привело бы к известному (20—25%) снижению уровней .освещенности, но удлинило сроки службы ламп. Однако подобные лампы пока выпу­ скаются в недостаточном количестве.

Освещение технических подпольев выполняется лам­ пами накаливания со светильниками в защищенном испол­ нении. Если по подполью прокладываются газопроводы, выключатели должны выноситься за пределы помещения. Нормально освещение в подпольях отключено и включа­ ется только при посещении их.

Освещение чердаков и машинных помещений лифтов выполняется защищенными светильниками с лампами накаливания. Выключатели обычно выносятся на лест­ ничную клетку.

Освещение входов в здания выполняется плафонами или уплотненными светильниками с лампами накаливания. Светильники встроены в конструкцию козырьков входа. В ряде случаев освещение входа в здание совмещают с осве­ щением прилегающего к дому внутриквартального проезда.

Наружное освещение. Существует ряд конструктивных решений устройства наружного освещения проездов с по­ мощью светильников, установленных на стене здания или на специальном кронштейне над козырьком входа. Для установки светильников наружного освещения на стене здания используются проемы лестничной клетки, обычно на высоте четвертого этажа. Для облегчения ре­ монта светильников и смены ламп (лампы ДРЛ 80—125 Вт или лампы накаливания 150—200 Вт) применяются вы­ движные кронштейны, убирающиеся через оконный проем на лестничную клетку. Управление наружным освещением автоматизируется и может осуществляться как центра­ лизованно с диспетчерского пункта городского управле­ ния наружным освещением, так и с помощью местного фо­ торелейного устройства. Оно устанавливается в здании и автоматически включает наружное и лестничное осве­ щение в зависимости от уровня естественной освещенности.

16

При выходе из строя того или другого устройства управле­ ние освещением осуществляется вручную.

К силовым электроприемникам жилых домов в первую очередь относятся электродвигатели и другое электрообо­ рудование пассажирских и грузовых лифтов. Наиболее употребительны в домах высотой 12 этажей и более пас­ сажирские лифты грузоподъемностью 350 кгс и грузовые и грузопассажирские 500 кгс. Для домов высотой девять этажей применяются лифты грузоподъемностью 240 и 350 кгс. Скорости лифтов в девятиэтажных домах 0,5 м/с; при большей этажности — 1 м/с.

Как правило, пассажирские лифты оборудуются двух скоростными асинхронными электродвигателями с корот­ козамкнутым ротором серии АС в малошумном исполне­ нии. В редких случаях, при небольшой грузоподъемности лифта (до 100—250 кгс) используют односкоростные элект­ родвигатели. Для особо крупных и высоких зданий могут применяться лифты с электроприводом, представляющим систему генератор—двигатель на постоянном токе, либо с вентильным приводом.

Для привода лифтов грузоподъемностью 350 и 500 кгс при скорости 1 м/с применяются электродвигатели типа АС-82-6/24 мощностью 7/1,75 кВт при ПВ = 60%. В сис­ тему электропривода лифта также входят электромагнит­ ный тормоз постоянного тока типа ПМП-201, мощностью 180 Вт при ПВ = 40% и понижающие трансформаторы для питания цепей управления, сигнализации и ремонт­ ного освещения. Напряжение сети управления 220 В, цепей сигнализации и ремонтного освещения 24 В.

К силовым электроприемникам относятся электродви­ гатели вентиляторов и насосов, работающие в системах санитарно-технических и противопожарных устройств зда­ ний, и различные электромагниты для открывания клапа­ нов и люков систем дымоудаления зданий высотой более девяти этажей.

Глава вторая

УРОВНИ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ БЫТА

2-1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Уровень электрификации быта зависит от объема произ­ водства электроэнергии, наличия или отсутствия ограни­ чений на пользование электроэнергией для бытовых целей,

бибт ю г& г.н ' c c l y i !

развития производства бытовых электроприборов, ма­ териального благосостояния населения, обеспеченности трудящихся жилой площадью, тарифов на электроэнергию и некоторых других факторов. Основными количествен­ ными показателями, характеризующими уровень электри­ фикации быта, являются расход электроэнергии на душу населения или на семью в киловатт-часах в год, называе­

ловаттах. Последняя величина имеет решающее значение при проектировании как внутренних, так и внешних электрических сетей. Правильное определение электро­ потребления и электрических нагрузок и прогнозирование этих величин на расчетный период представляют весьма трудную задачу, поскольку их формирование носит слу­ чайный характер.

В последнее десятилетие сделан ряд попыток создания теоретической базы для расчетов электрических нагрузок и электропотребления на основе положений теории вероят­ ностей и математической статистики с одновременным про­ ведением в относительно широких масштабах натурных ис­ следований в различных районах страны. Как показали эти исследования, можно считать с достаточной для практики точностью, что процессы формирования электри­ ческих нагрузок подчиняются закону нормального распре­ деления. Это позволило при охвате сравнительно неболь­ шого количества объектов исследования получать досто­ верные обобщенные результаты для проектирования. Таким образом, создана реальная теоретическая база для правильного определения и прогнозирования на заданные сроки удельных расчетных электрических нагрузок и элек­ тропотребления в жилищном секторе.

Исключительная важность этих вопросов может быть пояснена следующим примером. Только в Москве для электроснабжения новых жилых и общественных зданий ежегодно сооружается до 250 городских трансформаторных подстанций мощностью по 800 кВ-А (2 X 400). Не менее половины мощности этих подстанций служит для покры­ тия электрических нагрузок собственно жилых домов. Ошибка только на 10% в определении электрических на­ грузок может привести к увеличению или уменьшению числа сооружаемых подстанций на 12—15 ежегодно, не говоря уже о соответствующем количестве кабельных линий.

18

Необоснованное завышение электрических нагрузок приводит к омертвлению материальных средств, а их зани­ жение — к необходимости реконструкции сети в неоправ­ данно короткие сроки. Немаловажное значение имеет

иправильное определение электропотребления, играющее существенную роль при составлении энергетических ба­ лансов и планировании развития энергосистем.

Вобласти определения и прогнозирования электри­ ческих нагрузок и электропотребления в СССР работают Ленинградский инженерно-экономический институт имени Пальмиро Тольятти (ЛИЭИ) и Ленинградский политехни­ ческий институт имени М. И. Калинина, Московский энергетический институт, Академия коммунального хо­ зяйства имени К. Д. Памфилова (АКХ), Московский научно-исследовательский и проектный институт типового

иэкспериментального проектирования (МНИИТЭП), Энергосетьпроект, Моспроект-1 и некоторые другие орга­ низации. Большой вклад в это дело внесли такие известные специалисты, как Б. Л. Айзенберг, И. С. Бессмертный,

Ю.М. Коган, В. С. Равдоник, Г. В. Сербиновский,

А.А. Тушина, Р. Я. Федосенко, Я. М. Червоненкис, Е. О. Штейнгауз и др. Их работы положены в основу нор­ мативных документов по проектированию городских электрических сетей (СН 167-61) и электрооборудования жилых зданий (СН 297-64), а также раздела ѴІІ-І ПУЭ.

Уровни электрификации быта. Целесообразно рассмот­ реть три уровня электрификации быта: 1. Для газифици­ рованных квартир (освещение, бытовые электроприборы). 2. Для квартир с кухонными электроплитами (освещение, бытовые электроприборы, стационарная кухонная электро­ плита). 3. Полная электрификация быта, включающая, помимо бытовых электроприборов и освещения, также приготовление пищи на стационарной кухонной электро­ плите, приготовление горячей воды с помощью электро­ водонагревателей, кондиционирование и электроотопление. В книге детально рассмотрены первые два уровня электри­ фикации. Что касается полной электрификации быта, то эти вопросы затронуты лишь в общих чертах.

2-2. НАСЫЩЕНИЕ КВАРТИР ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКАМИ

Началом электрификации быта в России следует считать последнее десятилетие XIX в. К этому времени в наиболее крупных городах Москве и Петербурге началось приме­

19