- Преподавателю
- Физика
- Проект на тему Тепловые потери при открывании дверей (10 класс)
Проект на тему Тепловые потери при открывании дверей (10 класс)
Раздел | Физика |
Класс | 10 класс |
Тип | Другие методич. материалы |
Автор | Егорова Г.П. |
Дата | 29.10.2015 |
Формат | doc |
Изображения | Есть |
МБОУ «Красноподгорная средняя общеобразовательная школа»
Краснослободского муниципального района
Республики Мордовия
VI научно-практическая конференция исследовательских и проектных работ учащихся
«ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУКИ»
«Тепловые потери
при открывании школьных дверей»
Выполнила: ученица 10 класса
Быстрова Света
Руководитель: учитель физики
Егорова Г.П.
2015г.
Содержание
-
Введение……………………………………………………………….…3
-
Основная часть…………………………………………………………...4
-
Теоретическая часть…………………………………………………5
-
Практическая часть ………………………………….….6
-
-
Заключение……………………………………………………………….6
-
Список литературы……………………………………………………....7
-
Введение
В курсе физики обсуждается значение тепловых явлений для жизни человека и человечества в целом. Проблема рационального использования тепловых ресурсов, наиболее остро стоит перед человеком. А топливные ресурсы истощаются. В связи с этим, экономия тепловой энергии - это важнейшая проблема. Так как плата за потребляемые источники топлива растет, и составляет значительную часть бюджета, то проблема экономии тепла очень актуальна. Поэтому я решила заняться этой проблемой и выяснить, какова стоимость потерь тепла в зимний период в своей школе, предложить способы по экономии тепла.
Гипотеза: если уменьшить потери тепла, то это приведет к экономии бюджета.
Цель: Рассчитать стоимость тепловых потерь в своей школе и предложить способы по экономии потерь тепла.
Объект: школа
Предмет: тепловые потери
Задачи:
-
Изучить литературу по вопросу расчета тепловых потерь
-
Вычислить стоимость тепловых потерь в денежном эквиваленте и в пересчете на количество расходуемого топлива
-
Проанализировать полученные данные.
-
Внести предложения для уменьшения тепловых потерь.
Методы:
-
изучение и анализ литературы;
-
сбор фактических данных;
-
обработка статистических данных;
-
систематизация и обобщение собранного материала.
II. Основная часть
2.1 Теоретическая часть
В нашей школе установлены пластиковые окна, которые хорошо удерживают тепло. Но я заметила, что холодный воздух, каждый раз устремляется внутрь помещения при открывании входной двери. Это навело меня на мысль, что потери тепла происходят именно при открывании входной двери. Поэтому я изучила литературу по вопросу расчета тепловых потерь. И использовала знакомые мне формулы.
Ведь, чтобы нагреть вошедший в помещение холодный воздух, необходимо затратить определенное количество энергии, для чего требуется сжечь некоторое количество топлива.
Q=cm(t2-t1) - количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха
m=Q/q- масса газа
Для того, чтобы рассчитать стоимость тепловых потерь при открывании входной двери школы необходимо знать массу холодного воздуха поступившего через дверь. Поэтому я использовала уравнение Менделеева-Клапейрона: PV=m/M*RT, m=PVM/RT. Для определения массы холодного воздуха, необходимо знать объем V=a*b*c. Для этого я нашла высоту вошедшего воздуха с помощью зажженной свечи, поднимая ее от нижнего края двери до уровня, когда горение свечи происходило спокойно. Ширину вошедшего воздуха определила по ширине дверного проема, а длину - сидя на стуле напротив двери. Если не чувствовался холодный воздух, то я фиксировала длину. А так же формулу объема газа V =m/ρ.
2.2 Практическая часть.
Эксперимент я проводила три раза в месяц при разных температурах, и взяла в расчетах среднее значение за отопительный период с ноября по март.
Результаты измерений: (среднее за отопительный сезон с ноября по март)
№ экс.
температура
высота а, м.
ширина в, м.
длина с, м.
Ноябрь(среднее)
-13
2,3
0,8
3,5
Декабрь(среднее)
-21
2,38
0,8
4,2
Январь(среднее)
-26,6
2,57
0,8
4,6
Февраль(среднее)
-13,3
2,32
0,8
3,53
Март(среднее)
-4,7
2,15
0,8
3
среднее
-15,72
2,34
0,8
3,77
Среднее значение температуры -15,72оС как раз является наиболее частой температурой воздуха на улице во время отопительного сезона.
Затем я вычислила объем вошедшего воздуха:
V=a*b*c
V=3,77м*0,8м*2,34м=7,1м3
Далее вычислила массу воздуха, воспользовавшись уравнением
Менделеева-Клапейрона:
PV=m/M*RT m=PVM/RT
m=105πa*7,1м3*0,029кг/моль/8.31Дж/(моль*К)*(273-15,72)К =9,63 кг.
А теперь по формуле Q=cm(t2-t1) нашла количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха от -15,72 оС до комнатной температуры 18оС. В интернете я нашла что природный газ (Сухой газ ) состоит преимущественно из метана. Поэтому я взяла удельную теплоемкость метана.
Q= 4,838*103 Дж/ (кг* оС) *9,63 кг *(18 оС- (-15,72оС)) =1,57*106 Дж
С помощью формулы Q=q*m нашла массу газа: m=Q/q, которую необходимо сжечь для нагревания холодного воздуха вошедшего при одном открывании двери.
m= 1,57*106 Дж/ 4,4*107 Дж/кг=0,036 кг = 36 грамм
С учетом КПД отопительного котла реально необходимая масса газа составляет mм=0,036кг/0,92=0,0391кг = 39,1 грамма.
Но, чтобы вычислить стоимость одного открывания двери, необходимо найти какой объем занимает масса газа по формуле V=m/ρ
V=0,039кг/0,8кг/м3=0,045м3
И так узнав у бухгалтера стоимость 1м3 природного газа, которая равна 5р.14коп., я вычислила стоимость одного открывания двери Стоимость=0,045 м3 *5,14руб/м3 = 0,2313 руб.= 23,13 копейки
Утром в школу через дверь входят приблизительно 90 учеников (в школе числятся 98 учеников, считаем, что 8 из них не приходят по болезни), 22 учителя, 13 человек обслуживающего персонала и около 6 человек - родителей школьников группы кратковременного пребывания. Всего непрерывно происходит 262 открывания двери, конечно, это только приблизительные подсчеты. Каждый из них не только входит, но и выходит. Если учесть, что по каким то причинам кто-то зайдет еще пару раз, то за день количество открывания двери я взяла за 270 раз.
Рассчитала стоимость потерь тепла за день: 0,2313 руб *270= 62,451 руб, за месяц 1873,53 руб., за отопительный сезон - 13114,71 рублей. Тогда я проконсультировалась с бухгалтером нашей школы и выяснила, что наша школа тратит в среднем за отопительный сезон с ноября по март - 182613,92 рубля.
На основании этого я сделала вывод: что стоимость тепловых потерь мала по сравнению с фактической стоимостью потребления. Но эта сумма равна по стоимости 2551,5м3 газа, а следовательно, за отопительный сезон только одна наша школа тратит впустую энергию, выделяющуюся при сгорании 2551,5 м3 газа.
Практическая значимость
Но если задуматься об экономии в масштабе района - вычисленные потери газа впечатляют. Если только в нашей школе 2551,5 м3 газа расходуется на тепловые потери при открывании двери, то, учитывая количество школ, садов, поликлиник, других общественных мест с большой проходимостью, становится, очевидно, что стоимость тепловых потерь немалая. Все это приводит к значительным расходам бюджета. Поэтому, проблема сохранения тепла очень актуальна.
Тогда как же уменьшить расходы тепла при открывании дверей?
Изучая этот вопрос в Интернет сети, я нашла ответ. Это установление тепловых воздушных завес над дверным проёмом. Они создают эффективный барьер в открытом проёме двери, который предотвращает нежелательное проникновение холодного воздуха с улицы. Скорость потока воздуха, создаваемого воздушной завесой должна быть достаточно велика, чтобы воздух достигал пола. При этом, малая часть воздуха направлена на улицу, а основной поток вдувается обратно в помещение. В этом случае, холодный наружный воздух обтекает потолок, создаваемый воздушной завесой, и отбрасывается на улицу, а тёплый воздух остаётся внутри помещения. При установлении теплозавес потери тепла могут, снижены до 70-90%. Правильно установленная тепловая завеса окупается за короткие сроки.
III. Заключение
В результате моих расчетов видно, что потери тепла при открывании дверей во время отопительного сезона существуют. Поэтому необходим рациональный подход к экономии ресурсов. Экономия тепла в зимнее время - это проблема каждого человека. Поэтому я предлагаю установить в школах, садах и других учреждениях над дверью тепловые завесы. Это значительно снизит потери тепла, что приведет к экономии бюджета.
Список используемой литературы
1. М.И. Блудов. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984г
2. А.С. Иванов. Мир механики и техники. М.: Просвещение, 1993г
3. А.С. Енохович Справочник по физике
4. А.В. Перышкин Физика 8 класс
5. Б.Я. Мякишев Физика 10 класс.
6. vashdom.ru›Информация›rfk_tepzav.htm
7. Расчет теплопотерь.services/consulting/engineering_…
Приложение
Результаты измерений: (Ноябрь)
№ экс.
температура
высота а, м.
ширина в, м.
длина с, м.
1
-6
2,25
0,8
3
2
-14
2,3
0,8
3,5
3
-19
2,35
0,8
4
среднее
-13
2,3
0,8
3,5
Результаты измерений: (Декабрь)
№ экс.
температура
высота а, м.
ширина в, м.
длина с, м.
1
-18
2,35
0,8
4
2
-22
2,4
0,8
4,3
3
-23
2,4
0,8
4,3
среднее
-21
2,38
0,8
4,2
Результаты измерений: (Январь)
№ экс.
температура
высота а, м.
ширина в, м.
длина с, м.
1
-23
2,4
0,8
4,3
2
-26
2,5
0,8
4,5
3
-31
2,8
0,8
5
среднее
-26,6
2,57
0,8
4,6
Результаты измерений: (Февраль)
№ экс.
температура
высота а, м.
ширина в, м.
длина с, м.
1
-20
2,4
0,8
4,2
2
-12
2,3
0,8
3,3
3
-8
2,25
0,8
3,1
среднее
-13,3
2,32
0,8
3,53
Результаты измерений: (Март)
№ экс.
температура
высота а, м.
ширина в, м.
длина с, м.
1
-7
2,25
0,8
3,1
2
-4
2,1
0,8
3
3
-3
2,1
0,8
2,9
среднее
-4,7
2,15
0,8
3