Анализ потребления электроэнергии в жилых помещениях многоквартирных домов
Проблемы энергосбережения для России особенно актуальны потому, что расход энергии на производство ВВП в стране в 2-3 раза, а по некоторой продукции в 6-7 раз выше, чем в индустриально развитых странах.
Жилищно-коммунальное хозяйство это один из крупнейших и неэффективных потребителей энергоресурсов.
Это объясняется, в первую очередь, большим количеством мелких потребителей, по данным работы [1], на долю потребителей с напряжением 0,4 кВ приходится более 92% всех абонентов.
Данные потребители с невысокой организацией электропотребления и технического обслуживания электрических сетей и электроустановок.
Описание предметной области электропотребления
Принятый в ноябре 2009 году Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [2].
Закон предполагает проведение энергосбережения как в промышленности, так и в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Несмотря на то, что со времени принятия закона прошло уже много лет, энергосбережение в ЖКХ намного отстает от промышленности. Поскольку энергосберегающие технологии пока еще не стали нормой как для вновь строящихся объектов, так и уже эксплуатируемых.
Анализ показывает [3], что сегодня потребление электроэнергии в жилищном секторе, а именно:
- Бюджетные учреждения.
- Административными зданиями.
- Другие непроизводственные объекты.
Электропотребление указанных объектов соизмеримо с потреблением некоторых отраслей экономики, а именно более 20% от всего потребления.
При этом в последние годы наметился рост электропотребления как населением, так и другими непроизводственными потребителями.
Поэтому энергосбережение в ЖКХ и других подобных сферах позволило бы снизить нагрузку на энергосистему и получить значительный экономический эффект.
Однако в бюджете нет необходимых финансовые средств на проведение первичного (причем обязательного) энергоаудита и последующих энергосберегающих мероприятий.
Несовершенна и нормативно-техническая база энергосбережения, несмотря на принятые в последние годы постановления правительства и приказы министерств и ведомств.
Приказом министерства регионального развития РФ [4] предусмотрено нормирование с 1 января 2013 г. электропотребления для вновь сооружаемых и реконструируемых жилых зданий.
При этом годовое электропотребление определяется с учетом вида плит и годового числа часов использования мощности установленного оборудования, в частности:
- Для домов с газовыми плитами удельная расчетная мощность составляет 0,01 кВт/м 2 и ТК=3000 ч.
- Для квартир с электроплитами удельная расчетная мощность составляет 0,015 кВт/м 2 и ТК=3500 ч.
Результаты проведенных исследований в области электропотребления
Для проверки соответствия рекомендуемых норм фактическому состоянию нами проведены исследования в 10 домах с электрическими и в 10 домах с газовыми плитами с равной суммарной площадью квартир.
Результаты изысканий приведены в таблице 1:
Как видно из результатов исследований, фактическое электропотребление оказалось выше расчетного и эта разница выше для домов с газовыми плитами.
Это можно объяснить тем, что практически наряду с газовыми плитами жильцами данных квартир используются электрочайники и микроволновые печи.
На основании полученных данных построили годовые графики потребления электроэнергии, рисунок 1:
Анализ годового графика электропотребления показывает:
- Что вид графика определяет осветительная нагрузка, продолжительность работы которой зависит от продолжительности светового дня.
- Снижение нагрузки летом также объяснимо сезоном отпусков и дачным сезоном.
Снижения электропотребления до нормируемого уровня можно достичь энергосберегающими мероприятиями, такими как:
- Использование устройств регулирования освещенности.
- Замена ламп накаливания на люминесцентные или светодиодные.
- Повышением культуры использования электроэнергии жильцами помещений.
- Использование электроприемников (холодильников, стиральных машин, кондиционеров и другие) с более высоким классом энергоэффективности (А) и другие.
Однако применение современной бытовой техники влечет за собой ряд проблем.
Так в различных электронных приборах происходит генерация высших гармоник, а возникающий при этом сдвиг между током и напряжением на основной частоте определяет потребление реактивной мощности.
Это приводит к увеличению потерь электрической энергии в сетях, необходимости иметь дополнительные источники реактивной энергии в питающей сети, что, в свою очередь, требует увеличения пропускной способности сети.
Расчет электрических потерь и пропускной способности линий показывает, что снижение коэффициента мощности cosϕ с 1 до 0,8 потребует увеличения сечения проводников на 25%, а потерь на 50%.
В рамках исследований выяснились следующие моменты в отношении приборов учета:
- Следует отметить, что во многих обследованных квартирах установлены индукционные счетчики электрической энергии, которые в сетях с нелинейной нагрузкой производят некоторый переучет энергии за счет протекания высших гармоник и переход решает данные проблемы.
- Однако и при переходе от индукционных счетчиков к электронным (микропроцессорным) возможны недоучеты и переучеты потребляемой электроэнергии в зависимости от характера нагрузки и напряжения сети (синусоидальное или несинусоидальное).
Выходом из создавшейся ситуации может быть применение микропроцессорных приборов учета, позволяющих раздельно учитывать электроэнергию, потребляемую на основной частоте и по которой производится ее оплата, и энергию высших гармоник.
Подключение таких счетчиков к автоматизированной системе коммерческого учета послужило бы основой для создания «Умных сетей» (Smart Grid).
В результате проведенных обследований в многоквартирных домах выяснилось:
- Что в электрических сетях практически всех домов имеется значительная (до 40-50%) несимметрия нагрузки по фазам.
- Это объясняется некачественной и несвоевременной ревизией лестничных электрощитков.
- Чаще всего происходит выгорание клеммных зажимов из-за ослабления затяжки жилы кабеля и ее окисление. Кабель от выгоревшей клеммы подсоединяют к любой целой.
- Иногда все квартиры (3-4) на лестничной площадке оказываются подключены к одной фазе.
- Несимметрия нагрузки приводит к появлению тока в нулевом проводе, величина которого иногда превышает ток фазы, что влечет за собой дополнительные потери электроэнергии.
Потребление электроэнергии
Расход электроэнергии — это показатель, отражающий фактическое потребление ресурсов в единицу времени. Является численной мерой, которая выражается в киловатт-час. Позволяет узнать точное потребление электроэнергии, израсходованной для обеспечения полноценной работы оборудования, бытовых приборов.
Формула для расчета расхода электроэнергии
Чтобы вычислить электроэнергию, которая фактически расходуется, следует умножить мощность каждого включавшегося прибора на время, в течение которого он функционировал. Таким образом:
Общее количество израсходованных кВт.ч = мощность оборудования (кВт) × время (час).
Эта формула используется для расчета постоянной нагрузки на сеть, которая не должна превышать предельно допустимый уровень. В большинстве квартир для бесперебойной работы электроприборов достаточно от 1,5 до 3 кВт. В настоящее время в соответствии с нормативами выделяется от 5 до 7 кВт, а при наличии электрической плиты — от 9 до 11 кВт.
Чтобы узнать расход за прошедший период в денежном эквиваленте, необходимо знать тариф за один кВт электроэнергии, установленный в конкретном регионе. Значения в разных населенных пунктах могут различаться. Таким образом:
Стоимость израсходованной электроэнергии (руб.) = общий расход (кВт.ч) × тариф (руб. за 1 кВт).
Примеры расчета
Посчитаем потребление электроэнергии на конкретных примерах. Рассмотрим кондиционер, пылесос и телевизор:
- Мощность кондиционера составляет от 0,7 до 1,3 кВт. При эксплуатации в течение 7 часов в день уйдет от 3,5 до 8 кВт.ч. Если стоимость 1 кВт составляет 5 руб., то суммарные расходы в сутки составят от 17,5 до 40 руб.
- Средняя мощность пылесоса в зависимости от модели составляет от 0,65 до 2,2 кВт. Если среднее время работы в день составляет 0,2 часа, то общее потребление будет в диапазоне от 0,16 до 0,55. Теперь полученные кВт.ч. нужно умножить на цену 5 руб. Получается от 0,8 до 2,75 руб. за 12 минут.
- Мощность телевизора составляет от 0,1 до 0,3 кВт. Если прибор работал в течение 5 часов, то кВт.ч. равны 0,5-1,5. Стоимость потребленной энергии составит от 2,5 до 7,5 руб.
Для примера подсчета потребления электроэнергии взяты приблизительные интервалы времени. Сколько тратится по дому или квартире, следует оценивать по приборам учета.
Необходимо снять показания счетчика (иногда следует рассчитывать дневные и ночные тарифы по электросчетчику). Затем следует вычесть из зафиксированного значения показатель потребления электричества с прошлого месяца. Полученное значение — это общее количество кВт.ч за текущий период. Для расчета стоимости достаточно результат умножить на тариф.