Проект на тему 'Тепловые потери при открывании дверей' (10 класс)

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

1. Введение……………………………………………………………….…3

2. Основная часть…………………………………………………………...4

   1. Теоретическая часть…………………………………………………5

   2. Практическая часть ………………………………….….6

3. Заключение……………………………………………………………….6

4. Список литературы……………………………………………………....7

1. 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 -15,72^оС 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 18^оС. 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- (-15,72^оС)) =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 m_м=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. ››

7. .

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