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),
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;
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.
Литература:
1. Л.А. Баранов, В.А. Захаров. Электроосвещение и электротехнологии. М.: КолосС, 2006, с. 320-339.