IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ В ШКОЛЕ
Артамонова П.Д.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


1.Введение

Никакой вид энергии не обходится

так дорого, как её недостаток.

(Гоми Баба).

В течение последних десятилетий стало очевидно, что человеческая деятельность оказывает существенное негативное влияние на природу. Это создало не только местные и региональные экологические проблемы, но и начало отражаться на глобальном уровне, ускорило процессы изменение климата на планете. К сожалению, мы редко задумываемся над тем, как и сколько мы тратим энергии для решения конкретных задач. Зачастую мы используем слишком много энергии там, где можно её сэкономить. Моя работа поможет понять физические принципы энергосбережения и научиться применять их на практике. Нам предстоит узнать, как организовать свою деятельность и использовать доступные технологии для того, чтобы экономно расходовать энергию. .[1,2].

Объект исследования - энергетическое состояние школы.

Предмет исследования - практические мероприятия по энергосбережению в школе для снижения неоправданных потерь энергии, уменьшение затрат на её потребление.

Цель работы: выяснить механизмы потерь энергии, тепла, воды и предложить способы сделать школу энергоэффективной.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

 изучить программу энергосбережения и повышения энергетической эффективности школы на 2012 – 2015 годы;

 провести анализ потребления энергоресурсов и экономических затрат МБОУ СОШ №2 за 2016 год;

 выполнить тепловизионное обследование ограждающих конструкций;

 провести эксперимент установки теплоотражающих экранов за отопительными приборами;

 провести эксперимент, направленный на снижение расходов водоснабжения.

 разработать и распространить информационные листы в школе по экономии электроэнергии.

Гипотеза: предположим, что применение энергосберегающих методов сэкономит энергоресурсы и материальные расходы школы.

Практическая значимость. Применяя физические законы при изучении энергосбережения и энергоэффективности в школе, мы формируем практические навыки при изучении физики. Проведённыйанализ в ходе исследовательской работы на потребление энергоресурсов и экономических затрат за 2016 год, а также экспериментально проверенные способы снижения энергоресурсов в дальнейшем будут использованы в реализации программы по повышению энергоэффективности школы. Данные методы могут использовать и другие школы. Энергосбережение в школе имеет огромный потенциал. Необходимо с детства приучать к бережному отношению к электроэнергии, теплу, воде .

2.Материалы и методы исследования

Сбор материала мы начали в октябре 2016 года в школе №2, в рамках Недели энергоэффективности. Мы участвовали в мероприятиях по энергосбережению: классные часы, акции «Экономим электроэнергию», распространение информационных листов.

Основную информацию, мы нашли, изучив документы школы №2: программу энергосбережения и повышения энергетической эффективности на 2012 – 2015 годы; журналы учёта показаний за 2015-2016 год по электроэнергии, холодной и горячей воды, тепла; документы экономических затрат на потребление энергии. В Интернете на сайтах государственной информационной системы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности мы познакомились с правовыми документами в области энеогоэффективности. Мы узнали, что в ссоответствии с требованиями, изложенными в п.1, ст.24 ФЗ №261 от 23.11.09 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», муниципальное учреждение обязано обеспечить снижение потреблённой им воды, тепловой энергии, электрческой энергии и т.д. в течении 5 лет, не меньше чем на 15% от объёма фактически потреблённого им в 2009 году.[10]

Провели анализ потребления энергоресурсов и экономических затрат школы за 2016 год, построили диаграммы и сделали выводы. (Приложени 1 табл.1-5; диаграммы 1-5).

В целях подтверждения нашей гипотезы в декабре 2016 года провели эксперимент, направленный на снижение расходов водоснабжения. В ходе которого расчитали оптимизацию водопотребления путём установки в санитарных комнатах(туалетах) ёмкостей для снижения потребления воды. . (Приложение 2,термограмма 1-4, фото автр 1-2).

В январе 2017 года провели экспримент по установке теплоотражающих экранов за отопительными приборами, необходимых для снижения потребления тепловой энергии и экономических затрат. (Приложение 3-4, термограмма 1-4,фото автор.1,2,3).

В 2017 году выполнили тепловизионное обследование ограждающих конструкций школы. Цель: определить приведённое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций и в местах с установленным теплоотражающим экраном за отопительными приборами. (Приложение 2,термограмма 1-4, фото автр 1-2).

Разработали и распространили информационные листы по сбережению электроэнергии в санитаных комнатах, кабинетах, столовой, коридорах здания школы.

Методами исследования моей работы стали:

 поиск и систематизация информации из разных источников;

 сравнительный анализ документов;

 построение диаграмм, экономические расчёты;

 постановка эксперимента и наблюдение за его течением.

  1. Закон сохранения энергии и понятие энергосбережения

Самый простой способ уменьшить загрязнение окружающей среды — беречь энергию, или, другими словами, расходовать энергию более разумно. Одним словом это называется «энергосбережение». [4] Экономить энергию должно все человечество и каждый человек в отдельности. Используя меньше не возобновляемых источников энергии, мы уменьшаем количество вредных выбросов в атмосферу. [1]

Потребление энергии человечеством непрерывно растет. В седьмом классе мы познакомились с законом сохранения энергии. Количество энергии в природе постоянно. С понятием энергии мы сталкиваемся всякий раз, когда хотим изучить какой-либо процесс, происходящий в природе. Световая, тепловая, звуковая,механическая, электрическая энергии – это различные формы энергии, которые тесно связаны друг с другом. В чем же связь? Каждый раз, когда происходит какое-то изменение в окружающем нас мире, энергия меняет форму.

В замкнутой системе количество энергии остается постоянным. Энергия не возникает ниоткуда и не исчезает бесследно, она может лишь переходить из одной формы в другую. Описывая такой переход, обычно говорят о расходовании энергии.

Россия, несмотря на продолжительные трудности, осталась «энергетической сверхдержавой» - обладателем одним из самых больших в мире потенциалов энергетических ресурсов. На ее территории, составляющей примерно 10% суши Земли с населением всего 2,6% от мирового, сосредоточено свыше 32% разведанных запасов газа, 13% нефти и 25% угля. Но даже при таком изобилии, проблема ресурсосбережения – одна из ключевых для России.[7]

Энергосбережение - это наиболее дешевый «источник» энергии. 23 ноября 2009 года Д. А. Медведев подписал принятый ранее Госдумой закон федеральный закон № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». [10] Следовать принципу «сделать больше с меньшими затратами» будет выгодным для всех. Школы являются серьезными потребителями энергии: электрической и тепловой. Почти все учебные здания строились достаточно давно, когда об экономии задумывались немногие.

  1. Энергосберегающие технологии в школе: применение и эффективность

В настоящее время затраты на энергетические ресурсы составляют существенную часть расходов многих учреждений. В условиях увеличения тарифов и цен на энергоносители их расточительное неэффективное использование недопустимо. Создание условий для повышения эффективности использования энергетических ресурсов становится одной из приоритетных задач развития учреждений. Для оценки финансовых затрат на потреблённые энергоресурсы (тепловая, электроэнергия, водопроводная вода) мы провели анализ оплаченных счетов школы №2 за 2015-2016 год. [3] Сводные данные по энергопотреблению и финансовым затратам представлены в таблицах и диаграммах (Приложение 1, таблица 1-3, диаграмма 1-3).

Выводы: анализ приведённых данных потребления энергоресурсов показывает, что суммарные затраты на энергоресурсы в 2016 году выше, чем в 2015 году и составили 8821,6 тысяч рублей:

- на оплату электрической энергии приходится 743,7 тысяч рублей;

- на оплату тепловой энергии приходится 7 933,6 тысяч рублей;

- на оплату водопроводной воды 144,3 тысяч рублей.

Наибольшая доля потребления энергоресурсов и финансовых затратприходится на теплопотребление, это обусловлено тем, что отопление здания учреждения организовано централизовано. А также наибольшая доля потребления электрической энергии в сравнении с 2015 годом и водоснабжения. Изучив программу энергосбережения и повышения энергетической эффективности МБОУ СОШ №2 на 2012-2015 годы [5], мы выяснили основные причины появления непроизводительных потерь теплоэнергоресурсов в учреждении:

- отсутствие автоматического управления теплоснабжением, что приводит к перерасходу тепловой энергии;

-разрегулированность работы тепловых сетей, нарушение целостности изоляции теплопотребляющего оборудования;

- устаревшая система электроснабжения и освещения;

- недовлетворительное состояние системы водоснабжения и отсутствие её изоляции.

  1.  
    1. Способы снижения затрат на тепловую энергию в школе. Эксперимент.

Для изучения потребления тепловой энергии, мы провели тепловизионное обследование ограждающих конструкций с применением тепловизора FLIR Т460.

Цель: выявить нерациональную потерю тепла, через ограждающие конструкции. Термографирование проводилось по предварительно намеченным участкам с покадровой записью термограмм и одновременной съёмкой этих участков тепловизором в вечернее время - 31.01.17 в 20.00 часов.(Приложение 2.Термограмма 1,2,3,4; фото 1,2)

Вывод: по результатам тепловизионного обследования ограждающих конструкций МБОУ СОШ №2 была выявлена большая потеря тепла через стены основного и дополнительного здания; через цоколь здания; неутеплёные окна; через стены, в местах установки радиаторов; через двери.

Изучив программу энергосбережения и повышения энергетической эффективности МБОУ СОШ №2 с 2012-2015 годы [5] мы познакомились с мероприятиями по энергосбережению. Одно из меропиятий по сохранению тепла – установка теплоотражающих экранов за отопительными приборами.

Основываясь на физическом законе излучения и эмиссии, все тела, температура которых выше абсолютного нуля излучают инфракрасное излучение. Количество поглощенных телом лучей выражается понятием эмиссии. [2]

Мы выдвинули гипотезу: благодаря способности тел поглощать тепловую энергию, можно применить материалы с низким коэффициентом эмиссиии излучения для сохранениятепла в помещениях, тем самым снизить расходы на потребление тепловой энергии школы.

Цель эксперимента: выяснить с помощью тепловизора и теплоотражающего экрана возможность сокращения теплопотерь в кабинетах школы.

Время проведения эксперимента:с 17.02.17 с 19.00 по 18.02.17 до 19.00

Ход эксперимента №1:

1.Измеряем температуру помещения и фиксируем в таблице (Приложение 4, таблица 1).

2. Алюминиевую фольгу на подложке из вспененного полиэтилена помещаем за радиатором на стену (Приложение 3, фото 1-2,термограмма 1,2).

3. Через сутки делаем спектральный снимок с улицы на тепловизоре FLIR Т460. (Приложение 3, фото 1-2,термограмма 1,2).

4. Заносим данные в таблицу, делаем вывод (Приложение 4, таблица 1).

Вывод: в результате проведённого опыта температура в помещении повысилась на 1 градус, а температура стены здания, где установлен тепловой экран по спектральному снимку повысилась на 2,5 градуса. Исходя из фактических данных по потреблению энергии и её оплате за 2016 год экономия от установки теплоотражающих экранов составит 2 %.[5] Оценка годового экономического эффекта установки теплоотражающих экранов представлена в программе школы по энергоэффективности [5] (Приложение 4.Таблица 2.)

  1.  
    1. Способы снижения затрат на потребление воды в школе. Эксперимент.

Здание снабжается холодной водой по одному вводу от ГОУП «Кандалакшаводоканал». Расход воды осуществляется на бытовые нужды : столовую, санитарные комнаты, уборку помещений, полив растений. В соответствии с фактическим расчётом потребления водных ресурсов за 2016 год и затрат на использование водоснабжения, экономия в отношении энергоресурсов может осуществляться с использованием следующих мероприятий:

установка регуляторов расхода воды, примеяемая во всем цивилизованном мире. Регулятор расхода воды, автоматически регулирует напор воды и существенно повышат степень экономии, так как снижение напора снижает расход.[5]

Наблюдая за расходованием водоснабжения в санитарных комнатах мы убедились , что большой расход воды тратится при сливе его в канализацию. Изучая на уроках закон Архимеда «Действие жидкостей и газов на погруженные в них тела» мы решили провести эксперимент, основанный на этом законе: «Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом».

Цель эксперимента : выяснить эффективность использования способа экономии холодного водоснабжения, с применением закона Архимеда.

Гипотеза: предположим, что ёмкость помещённая в бак с водой, съэкономит количество расходования холодной воды, вытесненное собственным телом.

Время проведения эксперимента: с 25.01.17 в 14.00

Необходимое оборудование: ёмкости объёмами 4,5 литра и 1 литр, линейка секундомер

Ход эксперимента №2.

1.Взять ёмкость 4,5 литра и за заполнить её водой

2. Замерить высоту воды в ёмкости и зафиксировать в таблице

3.Провести подсчёт расхода воды при сливе за единицу времени ( мл/с)

( Приложение №5 , таблица №1)

4. Из ёмкости 4,5 литра вылить воду до отметки 16 см и погрузить герметичный сосуд объёмом 1 литр. Высота жидкости поднялась до прежнего уровня , т.е. 22 см.

5. Провести подсчёт расхода воды при сливе за единицу времени ( мл/с)

( Приложение №5 , таблица №2)

При анализе результатов эксперимента следует , что расход воды при сливе за единицу времени практически одинаков(42-44,2 мл/с). Во втором случае увеличился объём воды и её уровень за счёт погруженной герметичной ёмкости и расход воды при сливе оказался почти одинаков.

Вывод: при погружении в ёмкость герметичного сосуда, объём воды увеличивается не за счёт её количества, а за счёт объёма вытесненной жидкости, что фактически снижает расход воды в ёмкости.

Такой способ экономии будет эффективным для использования в санитарных комнатах, сливных бачков. Расход воды умньшится на 1 литр за счёт погружённой в него ёмкости равной 1 литру.Теоретически снижение расхода воды при применении данного способа экономит потребление холодной воды.

В школе 612 учеников. Допустим в течение дня санитарную комнату посещают 306 человек, следовательно экономия при сливании на каждого человека 306 литров воды в день. За месяц экономия составит: 24*306=7,4 куб.м

  1.  
    1. Метод электросбережения.

На основании исследовательской работы для более эффективной экономии электроэнергии в школе, мы разработали и довели сведения до каждого учителя и ученика путем распространения информационных листов следующие правила:

-Выполнять разъяснительную работу среди учителей, учащихся и их родителей, направленную на воспитание чувства экономии и бережливости при использовании электроэнергии.

- Лампочки на лестничных пролётах в дневное время должны быть погашены.

- В электрощитовых, подвалах свет должен гореть только при выполнении работ в этих помещениях. Такое бережное расходование электричества может принести до 30% экономии.

Мы выпустили и распространили среди учеников, учителей информационные листы с советами по энергосбережению. Повесили памятки в кабинеты, столовую, туалетные комнаты. (Приложение 6)

Выводы:

- В результате исследовательской деятельности мы изучили литературу, программные документы, журналы учёта энергоресурсов и интернет сайты по энергосбережению РФ.

-Провели анализ потребления энергоресурсов и экономических затрат школы за 2016 год, построили диаграммы и сделали выводы.

- В целях подтверждения нашей гипотезы в декабре 2016 года провели эксперимент, направленный на снижение расходов водоснабжения. В ходе которого рассчитали оптимизацию водопотребления путём установки в санитарных комнатах(туалетах) ёмкостей для снижения потребления воды.

- В январе 2017 года провели эксперимент по установке теплоотражающих экранов за отопительными приборами, необходимых для снижения потребления тепловой энергии и экономических затрат.

- Выполнили тепловизионное обследование ограждающих конструкций школы и определили причины потери тепла, а также их устранение.

- Разработали и распространили листовки по сбережению электроэнергии в санитарных комнатах, кабинетах, столовой, коридорах здания школы.

Изученные нами материалы позволяют подтвердить гипотезу: о том, что применение энергосберегающих методов сэкономит энергоресурсы и расходы школы.

Заключение и перспективы:

Настоящая работа посвящена анализу современных энергосберегающих технологий и выбору наиболее эффективных из них применительно к образовательному учреждению МБОУ СОШ №2.

Таким образом, мероприятия по энергосбережению позволяют решить целый комплекс задач: сэкономить большое количество энергоресурсов, снизить нагрузку на окружающую среду. Вне всякого сомнения, повсеместное использование технологий энергосбережения – лишь вопрос времени. Я считаю, что стимулирование энергосберегающих проектов и пропаганда энергосбережения в стенах школ (проведение общешкольных уроков физики, экологии, организацию выставок, семинаров, конкурсов, распространение листовок и буклетов, выпуск пособий по энергосбережению) будет способствовать внедрению энерготехнологий.

  1. Список использованных источников и литературы:

1. Данилов, Н.И. Энергосбережение - от слов к делу / Н.И.Данилов.- Екатеринбург, Энерго-Пресс, 2000.

2. «Электроэнергетика. Строители России. XX век» М.: Мастер, 2003;

3. Ишкин В. Энергетическая безопасность – одна из основ безопасности страны / Мир связи. – 2008. - № 1;

4. Миронов С. Энергетический бизнес в России / Энергополис. – 2009. - № 3(19);

5. Global Power Statistics. – Официальный сайт Международного энергетического агентства;

6. Программа энергосбережения и повышения энергетической эффективности на 2012-2015 годы. Центр энергоэффективности «ИНТЕР РАО ЕЭС», г. Мурманск

Приложение 1.

Таблица 1. «Учёт потребления водоснабжения за 2015-2016 годы и экономические затраты»

Период

Потребление водоснабжения (х/в, г/в) (по приборам учета)

водоснабжение, куб.м

затраты, тыс.руб

2015

2016

2015

2016

январь

86

448

2,0

11,4

февраль

596

375

15,0

9,5

март

463

382

12,0

9,7

апрель

386

303

9,8

7,7

май

417

390

10,6

9,9

июнь

247

390

6,3

9,9

июль

108

92

2,7

2,3

август

81

351

2,1

8,9

сентябрь

455

701

11,6

17,8

октябрь

610

795

15,5

20,2

ноябрь

521

784

13,2

19,9

декабрь

695

672

17,7

17,1

ИТОГО

4 665

5 683

118,5

144,3

Диаграмма 1. «Потребление горячей и холодной воды за 2016 год»

Таблица 2. «Учёт потребления тепловой энергии за 2015-2016 годы

и экономические затраты»

Период

Потребление ТЭ (по приборам учета)

тепловая энергия, Гкал

затраты, тыс.руб

2015

2016

2015

2016

январь

317

341

1 123,0

1 494,4

февраль

239

211

846,0

928,0

март

149

221

526,0

968,4

апрель

143

144

504,8

631,7

май

85

57

301,3

253,4

июнь

0

27

0,0

120,3

июль

0,0

0,0

0,0

0,0

август

0,0

1

0,0

3,1

сентябрь

85

145

372,3

688,0

октябрь

157

150

690,2

711,6

ноябрь

198

204

865,8

968,2

декабрь

212

245

931,4

1 166,5

ИТОГО

1 584

1 746

6 160,8

7 933,6

Диаграмма 2. «Потребление тепловой энергии за 2016 год»

Таблица 3. «Учёт потребления электроэнергии за 2015-2016 годы и экономические затраты»

Период

Потребление электроснабжения (по приборам учета)

электроснабжение, кВт

затраты, тыс.руб

2015

2016

2015

2016

январь

14 271

11 695

64,0

59,8

февраль

17 036

10 833

73,0

54,8

март

15 273

15 585

67,0

81,5

апрель

14 914

15 317

64,4

79,2

май

12 765

12 315

55,9

64,4

июнь

6 816

7 800

29,9

40,6

июль

370

2 226

1,8

11,0

август

2 462

2 885

11,6

14,6

сентябрь

9 029

13 412

44,9

68,6

октябрь

22 422

16 152

113,2

80,7

ноябрь

19 432

17 467

98,7

88,8

декабрь

17 841

19 904

87,8

99,7

ИТОГО

152 631

145 591

712,2

743,7

Диаграмма 3.«Потребление тепловой энергии 2016 год»

Приложение 2.

Фото 1. Тепловизионное обследование Фото 2. Тепловизионное

основного здания обследование каб. №1, 1 этаж

 

Термограмма1

Обследование цоколя.

Термограмма2

Обследование основного здания

 

 

Термограмма3

Обследование стены, в местах установки радиаторов

Термограмма4

Обследование стены, в местах установки радиаторов

 

Приложение 3.

 

Термограмма1

Эксперимент №1 (до опыта)

Термограммат2

Эксперимент №1 (после опыта)

 

 

Фото авт. 1.

Эксперимент №1

(установка теплоотражающего экрана)

Фото авт. 2.

Эксперимент №1

(установка теплоотражающего экрана)

 

 

Фото авт. 3.

Эксперимент №1(теплоотражающий экран)

 

Приложение 4.

Таблица 1. « Эксперимент №1»

Период

Помещение

( кабинет №1 на 1 этаже основного здания)

Температура в кабинете (ṭк)

Температура радиатора (ṭр)

Температура стены по спектральному снимку (ṭс)

Итоговые показатели

 

1

2

3

4

До опыта

19 С°

55 С°

- 14,2С°

1- ṭк2 = 1С°

После опыта

22 С°

58 С°

- 16,4С°

ṭр1 - ṭр2 =58-55 =3С°

ṭс1 - ṭс2 = - 16,4С°- 14,2С°=2,2С°

Вывод: температура помещения увеличилась на 1 градус, температура стены за радиатором снизилась на 2,2 градуса по Цельсию, т.е. меньше нагрелась, а тепло осталось в помещении.

Таблица 2. Оценка годового эффекта

Показатель

Единица измерения

Значение

Число радиаторов отопления

Шт.

261

3 прибора отопления

-

Чугунные

Коэффициент излучения теплоотражающего экрана

-

0,04

Теплоотдача за отопительный период

Гкал

1046,1

Снижение теплопотерь от отопительных приборов при установке теплоотражающих экранов

Гкал

41,8

Экономические выражения

Руб.

110840

Приложение 5.

Таблица №1 Высота воды в ёмкости h1=22,5 см

опыта

t, с

V воды, мл

t сред., с

V воды, мл ср.

h

Расход воды в ед. времени

1

2.47

122мл

2, 474 с

109,3 мл

22, 5 см

44,2 мл/с

2

2.43

128мл

3

2.32

122мл

4

2.32

113мл

5

2.01

110мл

6

2.51

116мл

7

2.10

98мл

8

2.11

88мл

9

2.13

90мл

10

2.34

106мл

Таблица №2 Высота воды в ёмкости h2= 22,5=16 см ( налитая вода в сосуде ) +4,5 см ( поднялся уровень за счёт погружения ёмкости 1 литр)

опыта

t, с

V воды мл

t сред., с

V воды, мл ср.

h

Расход воды в ед. времени

1

2.19

90мл

2,197с

91,8мл

16 см

42 мл/с

2

2.25

96мл

3

2.25

98мл

4

2.08

80мл

5

2.28

88мл

6

2.21

88мл

7

2.02

86мл

8

2.44

102мл

9

2.21

102мл

10

2.04

88мл

 

Фото авт. 1.

Эксперимент №2

Фото авт. 2.

Эксперимент №2

Фото авт. 3.

Эксперимент №2

 

Приложение 6.