Оптимизация систем электроснабжения в жилых домах с электроотоплением

В жилых домах с электрическим отоплением из-за значительной мощности обогревателей резко возрастает нагрузка систем электроснабжения, в том числе и квартирных вводов. Однако, учитывая большую тепловую инерционность объектов регулирования, одновременно со стабилизацией температуры в помещениях легко можно решать вопросы выравнивания графика энергопотребления. В ряде случаев это позволяет перейти на электроотопление квартир без какого-либо увеличения максимальной нагрузки их ввода. Для этого необходимо регулировать число одновременно включенных обогревателей в зависимости от величины текущей нагрузки [1,2].

Для оптимизации нагрузки при электроотоплении необходимо определить закон электропотребления всех остальных (прочих) бытовых электроприемников. При большом числе бытовых электроприемников закон распределения нагрузки Рб квартирного ввода согласуется с нормальным [3], плотность распределения которого где /д и <т6 - среднее значение и среднеквадратическое отклонение нагрузки квартирного ввода соответственно.

Основные параметры нормального закона распределения: Р_б и о₆ могут быть определены по нормативным табличным данным удельных максимальных (расчетных) нагрузок на одну квартиру жилого дома [4]. Теоретически при большом числе (ТУ-э-со) квартир за счет несовпадения максимумов нагрузок удельные нагрузки /5_тахудС'У^ coif's - Однако за счет влияния одновременно действующих факторов, например праздничные дни, нагрузки даже при N->® несколько варьируют и среднеквадратичное их отклонение не равно нулю [3]:

o_&n(N^*)=0,1NP₆ .          (2)

При нормированном отклонении tx значения максимальных нагрузок могут быть определены по соответствующим выражениям:

для одиночной квартиры

^бтахудО)”'^ "^Х^б ’          (3)

для N квартир

Р_б max ул W=^ Н_х(0,1Рб +^) -    (4)

Значения удельных максимальных нагрузок в зависимости от числа квартир приведены в [4]. Из совместного решения уравнений (2)-(4) можно найти значения основных параметров нормального закона распределения:

Электроэнергетика

р ^p^^w ^бтахудО)

(1+О,1ГЛ)Рбтах (1)-Р6тах W аб=----г---■            — ^N . (6)

^1+ОД1х>ЛД\ух

В расчетах за максимальную (расчетную) нагрузку на вводе в квартиру (без электроотопления) принимают Рбтах =Рбгаахуд(1).

Например, для квартир с электрическими плитами мощностью 8,5 кВт согласно табличным данным [4] Р_б max уд (1) = Ю кВт, Р_{б тах уд} (1000) = = 1,19 кВт. При t_x=3 основные параметры нормального закона распределения составят Рб =0,7 кВт ;о_б=3,1 кВт .

При регулировании максимума нагрузки квартирного ввода необходимо, чтобы нагрузка в любое время не превышала установленного Р_тах, значение которого должно удовлетворять неравенству Рщах^Рбтах- Наибольший интерес представляет наименьшее значение максимальной нагрузки Р_тах ^=/б max • Обозначим через Р(Р_бтах)Т время, за которое Р_б принимает все свои значения в диапазоне мощностей от 0 до со. Здесь Я/бтах^ J Д^рбЖ " функция распределе- 0

ния. Тогда длительность интервала времени, в течение которого значения Р_б попадают в диапазон мощностей (/§ _max-(т+1)Р₀) <Р_б<(P_6max-rnP₀) , где Р_о - установленная мощность обогревателя, т = 1, 2,..., М - число одновременно включенных обогревателей,         определится         как

ЯРбтах-^о)-^шах-0и+1)р_о) _г

F(P6max)

Для произвольного числа М обогревателей баланс энергий теплопоступлений и теплопотерь, когда на каждом интервале времени непрерывно включено максимально допустимое число обогревателей, можно представить как

^(^бтах -МР^Т + X ^[^Х^бтах -™^РоУ ^т='                       (7)

-^бтах -(т+1)Р0)]Т=^Р(Рбтах)Г, где Рпот - мощность теплопотерь.

Выражение (7) преобразуется к одному из видов: м

Х^бтах-^о)

р_П0Т=^5ЕЧ^—;---^р_о, (8)

^бтах) М У^р(т^ро)

РооТ=^?7^Ро. (9)

‘ v бтах )

На рисунке приведены графики зависимости суммарной мощности обогревателей Р_ох(Р_б) и нагрузки квартирного ввода P_L =Р_б +Р₀% для числа обогревателей М = 4 и М — >со при Д_их=7б_тах-

Г рафики нагрузок при Р_тах =Р_{б тах}

Как следует из графиков (см. рисунок), единичная мощность обогревателей

P=^L.       (Ю)

0 М+1

Чем меньше установленная мощность каждого обогревателя и чем больше их число, тем лучше удается сгладить график нагрузки квартирного ввода.

Выражения (9) и (10) позволяют определить допустимые теплопотери помещений РП0Т в зависимости от числа обогревателей М. Определим крайние значения теплопотерь, которые соответствуют наименьшему и наибольшему числу обогревателей: М=1 и М-+* . Полученные результаты сведены в таблицу, по данным которой можно сделать следующее выводы. При большом числе обогревателей по сравнению с одиночным допустимые теплопотери помещений увеличиваются почти в четыре раза при неизменной максимальной мощности квартирного ввода. Следует заметить, что при регулировании мощности квартирного ввода при М-+<» закон распределения потребляемой мощности Ро2 обогревателями, как и закон распределения мощности прочих бытовых электроприемников, согласуется с нормальным с основными параметрами    Рои =Р5 тах-Рб, сто5;=аб, гбо=-1, где PoxH

Файда Е.Л., Файда Л.Ф., Варганов В.В.

Соотношение установленной мощности обогревателей и теплопотерь помещений ^ПР^И^тах ^— ^бтах ^и ^(^бтах) ^— 1

	MPJ Р6тю	PnoJ ^G шах	М PJ РПОТ
м=\	0,5	0,25	2,0
М-^со	1,0	^^^бтах	1, если ^бшах ^^о

На рисунке приведены графики нагрузок для обогревателей с одинаковой установленной мощностью. При этом наибольшее изменение нагрузки квартирного ввода при регулировании мощности электроотопления с увеличением числа обогревателей снижается в Л/+1 раз. Однако еще более сглаженный график нагрузки можно сформировать при том же числе обогревателей и с той же их общей установленной мощностью, если значения единичных мощностей обогревателей образуют геометрическую прогрессию со знаменателем, равным 2.

Полученные результаты применимы и для оптимизации систем электроснабжения индивидуальных домов с электроотоплением, а также при использовании в качестве теплогенераторов одно-и многоступенчатых электрических котлов.

Выводы

• 1.    Увеличение числа обогревателей при снижении их единичной мощности позволяет сформировать более сглаженный график нагрузки квартирного ввода и за счет этого увеличить теп-лопоступления при ограниченной максимальной нагрузке квартирного ввода.

• 2.    Полученные выражения позволяют при заданной максимальной нагрузке квартирного ввода

• 3.    Предложен простой способ определения основных параметров нагрузки квартирного ввода по нормативным данным удельных расчетных нагрузок, что может быть использовано для оптимизации систем электроснабжения на стадии проектирования.

Оптимизация систем электроснабжения в жилых домах с электроотоплением для произвольного числа обогревателей определить их единичную мощность и допустимые теп-лопотери помещений.