Использование электроприборов в инженерных системах

УДК: 697.27

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРОВ В ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМАХ

Е.В. Лепилина, И.Ю. Шелехов

В статье представлен анализ использования электроприборов в инженерных системах. Даны описания электроприборов, применяющихся в инженерных системах. Раскрыта актуальность применения новых типов нагревательных элементов с целью повышения надежности и экономичности работы инженерных систем, при этом уменьшая их стоимость.

Ключевые слова: электроприборы, энергоэффективность, полупроводниковые нагревательные системы.

THE USE OF ELECTRIC EQUIPMENT IN ENGINEERING SYSTEMS

E.V. Lepilina, I.Iy. Shelekhov

In the article we offered the analysis of the use of electric equipment in engineering systems. We described the electric equipment used in engineering systems. We revealed the topicality of the use of new types of heating devises to increase the reliability and efficiency in the work of engineering systems, trying to reduce their price at the same time.

Key words: electric equipments, energy efficiency, solid-state heating equipment.

Не смотря на то, что живем мы в новом тысячелетии, очень большой процент нашего населения не пользуется благами, которые были доступны в Х1Х-ХХ вв. Причем, речь идет о простых бытовых удобствах, таких как отопление, водоснабжение, водоотведение, приготовление пищи. Благоустройство жилых домов определяется наличием основных видов инженерного оборудования. Например, в Иркутской области всего 60,4 % жилья оборудовано одновременно водопроводом, водоотведением, отоплением, газом (или напольными электроплитами), горячим водоснабжением. Повышение степени благоустройства - длительный процесс, за семилетний период доля жилья, имеющего тот или иной вид оборудования, либо не изменилась, либо выросла на 1-3 %.

Строительство объектов коммунального назначения на территории Иркутской области осуществляется в незначительных объемах. Г еографические условия нашей области не позволяют полностью решить проблему отопления и горячего водоснабжения, 31 % жилой площади обогревается электроотопительным оборудованием. Население Иркутской области ежегодно строит на собственные и заёмные средства около 140 тыс. кв. м. (24,5 % от ввода жилья по области). По мнению различных экспертов, рынок электроводонагревателей в России растет на 10 % ежегодно, однако 50 % рынка занимает импортный товар [1].

Кроме этого, происходит замена устаревшего и изношенного оборудования, замена устаревших электронагревательных приборов по МЭК 335-1-76 должна происходить через каждые 10 лет.

Отопительным (нагревательным) прибором определяются возможности любой системы водяного отопления, так как в конечном итоге через отопительные приборы идет возмещение теплопотерь помещения. В настоящее время на практике используется не только достаточно много типов приборов, но и различные марки приборов каждого типа. Это объясняется обилием конструктивных, строительных, эксплуатационных, эстетических и тому подобных требований, предъявляемых как к системам отопления в целом, так и к отопительным приборам, которые размещаются непосредственно в отапливаемых помещениях любого назначения.

На сегодняшний день рынок электрообогревателей предлагает широкое разнообразие отопительных приборов, но при всём многообразии приборов классифицировать их можно по следующим параметрам [2]:

- способ теплоотдачи;

- тип нагревательной поверхности;

- величина тепловой инерции;

- материал, из которого изготовлен отопительный прибор;

- высота отопительного прибора.

В свою очередь, по способу теплоотдачи отопительные приборы могут быть конвективными (конвекторы и ребристые трубы), радиационными (потолочные излучатели) и конвективно-радиационными (секционные и панельные радиаторы, гладкотрубные приборы).

Конвективные обогреватели, а именно конвекторы состоят из двух элементов: трубчато-ребристого нагревателя и кожуха. Кожух конвектора не только декорирует нагреватель, но и способствует повышению теплопередачи благодаря увеличению подвижности воздуха у его поверхности. При конвективном способе обогрева циркуляция воздушных потоков происходит таким образом, что температура воздуха на уровне пола на несколько градусов ниже температуры воздуха под потолком, т. к. теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается вниз. Поэтому при конвективном способе отопления основная масса тепла скапливается под потолком.

Радиационные тепловые приборы представлены в виде ИК-панелей, теплоизлучающих зеркал, потолочных излучателей.

Этот вид отопления в России появился сравнительно недавно, хотя в Европе излучающие обогреватели изготавливают уже более 20 лет. В настоящее время ситуация по-

немногу меняется - российские покупатели постепенно начинают приобретать новинки отопительного оборудования.

Принцип работы излучающих обогревателей или ИК-панелей происходит на основе теплового излучения, т. е. приборы испускают со своей поверхности длинноволновые тепловые лучи, которые аналогичны солнечным, что в свою очередь приводит к обогреву поверхностей, находящихся в поле их действия.

Нагретые тепловыми лучами поверхности отдают так называемое вторичное тепло окружающему воздуху. Таким образом, при лучистом отоплении не расходуется лишняя энергия на обогрев воздуха, и это является его главным преимуществом.

Температура в помещении, отапливаемом длинноволновыми лучами, может быть относительно низкой, но люди на себе этого не почувствуют, поскольку ощущение комфорта создается не столько температурой окружающего воздуха, сколько теми лучами, которые попадают на открытые участки человеческого тела и греют подобно солнцу.

Комбинированные, или конвективно-радиационные, обогреватели представляют собой маслонаполненные электрорадиаторы, передача тепла в которых происходит за счет конвекции масла и теплового излучения от нагретой поверхности корпуса.

В нижней части комбинированного аппарата имеется радиатор, нагревающий масло. Конвекция масла происходит следующим образом: Масло разогревается и поднимается вверх, а холодное стекает по уже остывшим стенкам радиатора вниз.

Регулируются маслонаполненные радиаторы с помощью электромеханических терморегуляторов. Разброс температур составляет 7 °С, а это дает большие потери энергии. Несмотря на все негативные моменты, маслонаполненные радиаторы довольно популярны в нашей стране. Это обусловлено их дешевизной и большим сроком службы.

Наиболее известные и качественные масляные радиаторы выпускает фирма Delonghi (Италия). Модельный ряд этой фирмы имеет несколько серий: Dragon, Formula one, Rapida, Radia. Каждая серия имеет характерный дизайн и модели мощностью от 1,0 до 2,5 кВт, в том числе с таймером и вентилятором. Так же на рынке представлены достаточно качественные, но более дешевые радиаторы Omas, General, Ufesa и др.

По типу нагревательной поверхности отопительные приборы могут быть с гладкой и ребристой нагревательной поверхностью.

По величине тепловой инерции отопительные приборы можно разделить на: аппараты с малой тепловой инерцией, конвекторы, имеющие небольшую массу и емкость, способные быстро изменять теплоотдачу при регулировке входящего теплоносителя и аппараты с большой тепловой инерцией; секционные радиаторы с большим объемом воды и медленно изменяющие теплоотдачу.

По материалу изготовления выделяют отопительные приборы:

- металлические (стальные, медные, чугунные, алюминиевые);

- керамические;

- пластмассовые;

- комбинированные.

Отопительные приборы также характеризуются по показателям высоты и могут быть высокими с размером более 65 см, средними, с показателями 40-65 см, низкими -размером 20-40 см и плинтусными - не менее 20 см.

Электронагревательные приборы должны соответствовать требованиям по электро-и пожаробезопасности, также должны отвечать всем необходимым экологическим, социальным, экономическим и другим нормам. Так как процесс нагрева является самым энергоемким, то приборы должны соответствовать требованиям энергоэффективности. Современные электронагревательные приборы с электронным управлением позволяют сэкономить от 3 до 30 % электроэнергии.

По данным статистики [3], на территорию России ежегодно ввозится нагревательного (отопительного) оборудования на сумму около 250 млн. долл. США, при этом Россия экспортирует на запад всего на 2,1 млн долл. США и на 17,2 млн долл. США в страны

СНГ. Это обусловлено тем, что отечественное оборудование относится к низкоэффективному оборудованию и основное его распространение происходит на территории нашей страны, тем самым обеспечивается излишний перерасход тепловой и электрической энергии.

Применять электронное управление в приборах массового потребления экономически не выгодно, так как при этом вырастает его стоимость и резко падает спрос. Население предпочитает покупать недорогие отопительные приборы, не смотрит на его класс энергоэффективности. При этом вопрос по энергосбережению стоит очень остро, даже для нашего региона, где стоимость электроэнергии относительно невысокая. Альтернативным решением по увеличению энергоэффективности приборов является замена классических нагревательных элементов на полупроводниковые, где уровень изменения выделяемой мощности меняется по определенному закону и задается в процессе изготовления в зависимости от потребительских свойств. По сравнению с традиционными нагревательными элементами полупроводниковые более долговечны, стабильны, обладают большим коэффициентом полезного действия, кроме этого большая часть уникальных свойств композиционных резистивных материалов практически не используется [4].

Например: выход из строя нагревательных систем в подавляющем большинстве происходит в момент включения прибора, в этот момент «просаживается» напряжение, подгорают контакты на пускорегулирующем оборудовании и т. д. Данная ситуация не возникает, если нагревательный элемент плавно выходит на заданный уровень мощности, данный эффект, с применением полупроводников, возможно реализовать. Так же, нередки случаи возникновения пожара из-за неправильной эксплуатации нагревательных приборов, из-за отказа защитных устройств, которые при длительной эксплуатации теряют свои свойства. Применение сегнетоэлектрических полупроводниковых композиций позволяет ограничить предельный уровень температуры на теплопередающей поверхности, соответственно можно избежать пожароопасной ситуации [5].

В плане энергосбережения хотелось бы, чтобы нагревательный прибор выдавал столько мощности, сколько необходимо именно в данный момент, при этом отсутствовал бы эффект инерционности. Данный эффект реализуется управлением коэффициентом термического сопротивления полупроводниковых композиций.

Если не рассматривать нагревательный элемент как обособленное звено нагревательной системы, то возможно значительно улучшить эксплуатационные характеристики имеющихся отопительных приборов. Современная теория электропроводности, несмотря на её несовершенство, позволяет управлять свойствами полупроводниковых систем, менять эти свойства в зависимости от внешних факторов. Существующая нормативная документация законодательно определяет свойства и параметры всех нагревательных систем. Совмещение двух задач в единое целое, и использование уникальных свойств нагревателя, позволяет получить экономичные, и надежные системы жизнеобеспечения, соответствующие существующим стандартам, но при этом с более низкой себестоимостью. Это позволяет избежать недостатков известных нагревателей, таких как нестабильность их параметров, недостаточная надежность, узкий диапазон питающего напряжения и значений удельной электрической мощности, отнесенной к площади теплопередающей поверхности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Эксперт Северо-Запад. 2007. № 42 (344).

2. Отопительные приборы и поверхности : учебно-практ. пособие. М. : Изд. дом «Аква-Терм», 2012. 47 с.

3. Российский статистический ежегодник. 2008: Стат. сб. / Росстат. М., 2008. 815 с.

4. Шелехов И.Ю., Дрянов О.А. Новая конструкция нагревательного элемента [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 1. Режим доступа: www.science-education.ru/101-5389 (дата обращения: 05.02.2012).

5. Иоффе А.Ф. Физика полупроводников. Изд. АН СССР, 1957. С. 356-393, 403, 409-410.

Информация об авторах

Лепилина Е.В., магистрант кафедры «Г ородского строительства и хозяйства», Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Шелехов И.Ю., кандидат технических наук, доцент кафедры «Городское строительство и хозяйство», тел.: (3952) 40-54-74, e-mail: promteplo@yandex.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Information about the authors

Lepilina E.V., candidate for a master's degree, Urban development and economy; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

Shelekhov I.Yu., candidate of technical sciences, associate professor, Urban development and economy, tel.: (3952) 40-54-74, e-mail: promteplo@yandex.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.