Электрическое отопление Общие сведения

При электрическом отоплении получение теплоты связано с преобразованием электрической энергии. По способу получения теплоты электрическое отопление может быть с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую и с трансформацией электричества в теплоту в тепловых насосах.

Системы электрического отопления подразделяются на местные, когда электроэнергия преобразуется в тепловую в обогреваемых помещениях или в непосредственной близости от них, и центральные с электрокотлами.

По степени использования электроэнергии для отопления различают системы с полным покрытием отопительной нагрузки и с частичным ее покрытием в качестве как фоновой (базисной), так и догревающей частей системы.

Системы электрического отопления могут работать по свободному и вынужденному (например, только ночью) графикам.

Достоинствами систем электрического отопления являются высокие гигиенические показатели, малый расход металла, простота монтажа при сравнительно небольших капитальных вложениях, управляемость в широких пределах с автоматизацией регулирования. Возможность гиб­кого управления процессом получения теплоты позволяет создавать системы отопления, быстро реагирующие на изменение теплопотребности помещений.

Высокая транспортабельность создает условия для использования электрической энергии в системах отопления зданий и сооружений в отдаленных районах, не имеющих других источников теплоты, а отсутствие продуктов сгорания — в экологически чистых зонах.

К недостаткам электрического отопления относят высокую температуру греющих элементов, повышенную пожарную опасность. Распространение электрического отопления в стране сдерживается неэкономичным использованием топлива, а также ограниченным уровнем выработки электроэнергии. Отпускная стоимость энергии высокая из-за значительных капитальных вложений в электростанции и линии передач, потерь при транспортировании.

Полное электроотопление зданий требует значительного расхода электроэнергии. Годовой расход электроэнергии для отопления 100 м² площади гражданского здания колеблется от 35 на юге страны до 125 ГДж на севере.

Для уменьшения расхода топлива целесообразно применять отопительные установки с использованием тепловых насосов. Так, если принять расход топлива на ТЭЦ мощностью 150 МВт за единицу, то на тепловых станциях расходуется топлива: районных—1,25, домовых—1,42; для электрического отопления с приборами прямого преобразования в теплоту требуется затратить топлива 1,6— 2,3, а при электрическом отоплении с тепловыми насосами — всего 1,08.

Целесообразность применения электрического отопления в конкретном случае определяют путем сравнения технико-экономических показателей различных вариантов отопления здания. При сравнении исходят из стоимости топлива или электроэнергии с учетом их транспортирования и потерь при этом, коэффициента использования топлива, стоимости сооружения и эксплуатации систем отопления и теплоснабжения. Принимают также во внимание возможность регулирования теплоотдачи приборов и понижения температуры помещения в нерабочее время. Оценивают улучшение социально-гигиенических условий при применении электроотопления.

В современных условиях применение электрического отопления экономически целесообразно в районах расположения крупных гидростанций, а также при отсутствии местного топлива (отдаленные районы Восточной Сибири, Крайнего Севера). В будущем следует ожидать использования электроэнергии для отопления рассредоточенных потребителей сельских районов страны.

Электрические отопительные приборы

Электрические приборы с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую, как и обычные отопительные приборы (см, гл. 4), подразделяют по преобладаю­щему способу теплоотдачи на радиационные, конвективные и радиационно-конвективные. При температуре греющей поверхности ниже 70 °С их относят к низкотемпературным, выше 100 °С

высокотемпературным.

Рис. 14.1. Греющий кабель в перекрытиях зданий

3 9 10 If

а

а-замоноличенный; б — в воздушной прослойке; в — замоноличенный под воздушной прослойкой; 1— покрытие пола; 2 — стяжка толщиной 20— 30 мм; 3 — замоноличивающий слой толщиной 40—50 мм; 4 — греющий кабель; 5 — звуко-теплоизоляция; 6 — несущая железобетонная плита; 7 — воздушная прослойка толщиной 40—50 мм; 8 — лага; 9 — настил пола толщиной 20мм; 10— замоноличивающий слой толщиной 20 мм; 11 — воздушная прослойка толщиной 30 мм

Электроотопительные приборы могут быть стационарными и переносными (напольными, настольными, настенными, потолочными); безынерционными и с аккумуляцией теплоты; нерегулируемыми и со ступенчатым, бесступенчатым и автоматическим регулированием. В зависимости от конструкции электрические отопительные приборы называют электроконвекторами, электрокалориферами, элект-ротепловентиляторами. Выпускают также электрические печи, подвесные панели, греющие обои, панели с греющим кабелем.

Панели электрического отопления с греющим кабелем делают совмещенными со строительными конструкциями и приставными к ним В панели закладывают греющие провода или кабели диаметром 2—6 мм. Провода обогревательные с полиэтиленовой (ПОСХП) или поливи-нилхлоридной (ПОСХВ) изоляцией выполняют из оцинкованной стальной проволоки диаметром 1,1 или 1,4 мм. Кабели нагревательные с магнезиальной изоляцией и стальной оболочкой (КНМС) выпускают с токопроводящими жилами из нержавеющей стали (С), никеля (Н) и нихрома (НХ). За рубежом известны греющие кабели, в которых токо-проводящая жила выполнена из сплавов, обладающих низким температурным коэффициентом сопротивления, что значительно упрощает тепловые расчеты. В настоящее время разрабатывают принципиально новую конструкцию кабелей, теплоотдача которых определяется только напряжением питания.Наибольшее распространение получили потолочно-на-польные системы электроотопления, при которых кабель или провод закладывается в междуэтажное перекрытие. При значительных теплопотерях дополнительные нагревательные панели размещают в нижней зоне вертикальных ограждений (высотой до 0,5 м) помещения.

В общественных зданиях применяют замоноличивание греющего кабеля в конструкцию пола Для помещений, где возможно увлажнение пола, над греющим кабелем предусматривают укладку экранирующей сетки, которая предотвращает вынос электрического напряжения на поверхность пола. Термическое сопротивление слоев, расположенных между кабелем и покрытием пола, принимают в пределах 0,045—0,2°С-м^а/Вт.

В жилых зданиях, а также в детских учреждениях греющий кабель располагают в воздушной прослойке для выравнивания температуры поверхности пола; при этом менее вероятно местное перегревание кабеля. Для интенсификации конвективного теплообмена в воздушной прослойке в углах помещения оставляют вентиляционные отверстия, перекрытые решетками. Недостатком конструкции является перерасход кабеля из-за уменьшения его теплоотдачи.

.ТОм-м (тераом-метр) — единица удельного электрического сопротивления, равная 10¹ Ом-м

Для отопления отдельных помещений используют электронагревательные печи ПЭТ. В печи под перфорированным кожухом помещены на фарфоровых колодках трубчатые электронагревательные элементы (ТЭН) мощностью 0,5—1 кВт. Температура поверхности ТЭН на 130—150 °С выше температуры окружающего воздуха. При монтаже печи как в горизонтальном, так и вертикальном положении (с электропитанием снизу) к болту зазем­ления присоединяют заземляющий провод.

Переносные электроотопительные приборы применяют для дополнительного отопления жилых и общественных зданий, садовых домиков. В нашей стране ежегодно выпускают около 2 млн. электроприборов 30 типоразмеров.

Распространенным электроотопительным прибором является электрокамин, который по исполнению может быть настенным, напольным, универсальным. Нагревательные элементы бывают сосредоточенными или линейными с температурой 750—800 °С.

Выпускают электрокамины чисто функциональные, предназначенные только для отопления, и декоративно-функциональные, являющиеся, кроме того, частью интерьера. На рис. 14.4 показана конструкция функционального электрокамина со сферическим отражателем. Для изме­нения направления радиационного теплового потока отражатель может поворачиваться. В декоративно-функциональном электрокамине (рис. 14.5) имитируется горение дров. Теплый воздух вращает вертушку с прорезями, и на панель и экран падают блики света от красной лампы.

Электрорадиаторы делают напольными (с промежуточ­ным теплоносителем минеральным маслом) мощностью 0,5—1,25 кВт. Они бывают панельными (рис. 14.6) и сек­ционными, когда корпус собирается из отдельных секций, сваренных между собой.

Теплоотдача электрорадиатора излучением составляет 50% общего теплового потока. Максимальная температура поверхности радиатора достигает 110 °С, а средняя — 85— 95 °С. Электрорадиаторы, как правило, имеют термоограничитель, отключающий прибор при достижении температуры 130 °С на корпусе. Выносной терморегулятор, ко­торым укомплектовано большинство электрорадиаторов, позволяет поддерживать необходимую температуру в обогреваемом помещении.

В электроконвекторах теплоотдача осуществляется преимущественно (90%) естественной конвекцией. Наиболее распространенной является напольная модель (рис. 14.7).

Рис. 14.5. Декоративно-функциональный электрокамин

а — вид спереди; б — вид сбоку; 1— деревянный корпус; 2 — металлическийкорпус; 3 — панель имитации дров; 4 — декоративно-защитная решетка; 6 —полупрозрачный экран; 6 — вертушка; 7 — кронштейн о иглой; 8 — краснаялампа; 9 — отражатель; 10 — патрон; П — нагревательные элементы

Рис.14.6.Электрорадиатор панельного типа

1— герметичный корпус, заполненный маслом; 2 — регулятор температуры; 3 — шнур питания; 4 — ТЭН

Электроконвектор мощностью 0,75—1,25 кВт представляет собой корпус, внутри которого расположены нагревательные элементы — спираль из сплава высокого сопротивления (как правило, нихрома) или трубчатый электронагреватель. Температура открытой спирали 600—900 °С, трубчатого нагревателя — 450—500 °С. Температура выходящего из конвектора воздуха не превышает температуры окружающего воздуха более чем на 85 °С. Новые конструкции конвекторов оснащают терморегуляторами.

Электротепловентилятор — отопительный прибор с теплоотдачей при вынужденной конвекции, создаваемой встроенным вентилятором