Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Траковская СОШ» Красноармейского района
Чувашской Республики
«Расчет стоимости тепловых потерь при открывании школьных дверей
во время отопительного сезона»
Выполнила:
Дмитриева Ольга
Павлова Ярослава
ученицы 8 А класса
руководитель:
Голубев Михаил Дмитриевич
учитель физики
с. Красноармейское
2015 год
Содержание
Введение……………………………………………………………….…3
Основная часть…………………………………………………………...4
Вывод……………………………………………………………………..5
Практическая значимость для ОУ………………………………….….6
Заключение……………………………………………………………….6
Список литературы……………………………………………………....7
Введение
Холодные зимы, постоянно растущие цены на энергоносители и угроза энергетического кризиса заставили потребителей всерьез задуматься об экономии энергии. В нашей школе уже в некоторых кабинетах установлены пластиковые окна, которые, безусловно, лучше старых удерживают тепло. Я заметила клубы холодного воздуха, каждый раз устремляющиеся внутрь помещения при открывании входной двери, они навели меня на мысль, что существенные потери тепла происходят именно при открывании дверей.
Чтобы нагреть вошедший в помещение холодный воздух, необходимо затратить определенное количество энергии, для чего требуется сжечь некоторое количество топлива. Так как цены на энергоносители растут, и плата за потребляемые источники топлива растет, и составляет значительную часть бюджета, а проблема экономии тепла и финансов очень актуальна, этой проблемой решили заняться и мы.
Цель: Рассчитать стоимость потерь энергии при открывании дверей школы, и разработать рекомендации школе по тепловому сбережению.
Результатом будут расчеты стоимости потерь энергии.
Этот продукт поможет достичь цели проекта, так как расчеты наглядно покажут затраты и стоимость энергетических потерь.
Задачи:
провести обзор литературы по вопросу расчета потерь энергии и их предотвращения;
смоделировать алгоритм исследования;
вычислить расход количество теплоты, расход сгораемого топлива и стоимость потери энергии в денежном эквиваленте, происходящих при открывании дверей школы;
проанализировать полученные данные.
разработать рекомендации для уменьшения энергопотерь в зимний режим работы школы.
Способы решения задач:
изучение и анализ литературы;
сбор фактических данных;
обработка статистических данных;
систематизация и обобщение собранного материала.
Основная часть.
В курсе физики 8 класса обсуждается значение тепловых явлений для жизни человека и человечества в целом. Безусловно, проблема рационального использования природных ресурсов, и топлива в том числе, наиболее остро стоит перед человеком XXI века. В связи с этим, экономия энергии – электрической, тепловой – это важнейшая проблема, решение которой вполне по силам каждому из нас. Таким образом, в своей работе нам бы хотелось выяснить, какова стоимость потерь тепла при открывании дверей школы в зимний период, предложить способы по экономии ресурсов.
Изучив основы молекулярно-кинетической теории и физику тепловых явлений, смоделирован эксперимент. Будем считать, что в помещение при открывании дверей входит холодный воздух, объем которого можно вычислить как объем параллелепипеда, ширина которого соответствует ширине дверного проема.
Эксперимент мы проводили три раза при разных температурах, для более точного установления потока воздуха и в расчетах взяли среднее значение.
Итак, требуется вычислить стоимость топлива, расходуемое на одно открывание двери. Чтобы упростить работу, форму вошедшего потока воздуха можно принять за прямоугольный параллелепипед. Первая часть задачи - определить массу холодного воздуха, попавшего в теплое помещение школы. Для этого мы проделали описанные ниже действия.
1. Высоту воздушного параллелепипеда определил с помощью зажженной свечи, поднимая её от нижнего края двери до уровня, когда пламя свечи не отклоняется и горение происходит спокойно.
2. Ширина параллелепипеда определяется шириной дверного проёма.
3. Длину параллелепипеда определим экспериментально – сидя на стуле напротив двери по ощущениям: если не чувствуется холодного воздуха, то на этой границе и фиксируется длина параллелепипеда.
Результаты измерений:
Среднее значение температуры -16,3оС как раз является наиболее частой температурой воздуха на улице во время отопительного сезона. Расчет оплаты за тепло в отопительный сезон специалисты администрации района берут эту температуру.
Определил объем параллелепипеда по формуле:
V=a*b*c
V=1, 3 м. *0, 8 м. *5 м. =5, 2 м3
Далее вычислил массу воздуха, воспользовавшись уравнением
Менделеева-Клапейрона:
P [pic] V=m/M*RT m=PVM/RT
m=105 Пa*5,2 м3*0,029кг/моль/8.31Дж/(моль*К)*(273-16,3)К =7,07 кг.
А теперь по формуле Q=cm(t2-t1) найдем количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха от -16,3 оС до комнатной температуры 20 оС.
Q= 1*103 Дж/ (кг* оС) *7,07 кг *(20 оС- (-16,3 оС) =2,57*105 Дж
С помощью формулы Q=q*m находим массу природного газа: m=Q/q, которые необходимо сжечь.
m= 2,57*105 Дж/ 4,4*107 Дж/кг=0.006 кг = 6 граммов
Изучив литературу, выяснила, что коэффициент полезного действия тепловых установок (КПД) невысок, считаю, что 70% энергии, выделяющейся при мазута.
С учетом КПД отопительного котла реально необходимая масса мазута составляет mм=0,006 кг/0,7=0,0085кг = 8,5 граммов.
Стоимость 1тонны мазута равна 800 рублей, тогда стоимость одного открывания дверей (Ст) в школе стоит примерно
Ст=0,0085кг *800руб/тонна = 0,0068руб.= 0, 68 копейки
Вывод
В утренний «час пик», когда двери школы как говорят «не стоят на пятах» проходит около 710 школьников (в школе числятся 750 учеников, считаем, что 40 из них не приходят по болезни), 30 учителей, 10 человек обслуживающего персонала и около 50 человек – родителей школьников начальных классов. Всего непрерывно происходит 800 открываний двери, конечно, это только приблизительные подсчеты. Каждый из них не только входит, но и выходит, в разное, конечно, время, но открывание дверей происходит. Если учесть, что по каким то причинам кто-то зайдет еще пару раз, то за день расчетное значение количества открывания дверей возьмем за 1700 раз.
Рассчитаем стоимость: 0,0068 руб *1700= 11,56 руб, за месяц 346 руб., за три зимних месяца – 1040 рублей. Немалая сумма. Эта сумма эквивалентна по стоимости 1,3 тонны мазута, а следовательно, за три зимних месяца только одна наша гимназия тратит впустую тепло, выделяющееся при сгорании 1,3 тонны мазута.
Практическая значимость
Если задуматься об экономии в общегородском масштабе – вычисленные величины вполне впечатляют: если только в одной школе по самым приблизительным оценкам более тонны топлива расходуется на тепловые потери при открывании дверей, то, учитывая количество школ, садов, больниц, других общественных мест с большой проходимостью, становится очевидно, что проблема сохранения тепла является очень актуальной и важной.
Как же уменьшить расходы тепла при открывании дверей? Предлагаю использовать теплосберегающие занавеси на двери. Их уже используют на входных дверях в овощехранилища, встречаются они в помещениях крытых рынков, думаю, что было бы разумно использовать их в школе. Необходимы доводчики для закрывания дверей, использование тамбуров, двойных дверей, уплотнителей для предотвращения утечки тепла при закрытых дверях.
Проконсультировавшись в бухгалтерии гимназии, я выяснила, что по тарифам энергокомпании, поставляющей в гимназию тепло, стоимость 1Гкал тепла - 824 рубля 4 копейки. Из курса физики 8 класса известно, что 1Дж = 4,2 калории.
Зная, что удельная теплота сгорания мазута 4,4*107 Дж/кг, значит, при сгорании примерно 100 килограммов мазута выделится 1 Гкал тепла. Мы уже вычислили, что при открывании дверей расходуется теплота, примерно равная той, которая выделилась бы при сгорании 1,3 тонны мазута. Простые вычисления приводят нас к выводу, что за три зимних месяца было потрачено 13 Гкал тепла, стоимостью 13 * 824,04 = 10 700 рублей. Очевидно, что эта сумма завышена, ведь в стоимость 1Гкал тепла входит не только стоимость топлива, но и стоимость услуг коммунальных служб по «доставке» теплоты в учреждение. Тем не менее, очевидно, что расходы, связанные с утечкой тепла, безусловно, существуют.
Так же, в гимназии возможно и необходимо экономить и другой ресурс – электрическую энергию. Это - направление моих дальнейших исследований.
Заключение
В результате наших исследований и проведенных расчетов стало очевидно, что потери энергии при открывании дверей во время отопительного сезона приводит к существенным потерям тепла. Рациональный подход к экономии ресурсов просто необходим в наше время, когда топливные ресурсы истощаются, экономическое положение страны таково, что экономия тепла в зимнее время – это проблема каждого человека, гражданина.
Рекомендуется в каждом общественном помещении с большой проходимостью использовать энергосберегающие занавеси на двери; позаботиться об их оснащении доводчиками для своевременного закрывания; необходимо обустроить двери тамбурами, чтобы поступающий в помещение холодный воздух был не столь холодным, успевал нагреваться; в случае, если двери двустворчатые, то в особенно холодные дни следует одну створку держать плотно закрытой, осуществляя доступ в помещение через одну половину, чтобы объем холодного воздуха, поступающий в помещение был минимизирован.
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.
