I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

СРАВНЕНИЕ ВИДОВ ОТОПЛЕНИЯ ЧАСТНОГО ДОМА. ПРОБЛЕМА ВЫБОРА ОТОПИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

• Авторы
• Файлы работы

Саитова К.Р. 1

---

1МБОУ СОШ села Нижнетроицкий

Работа в формате PDF

437.4 KB

Цели работы: Выявить преимущества и недостатки каждого из видов отопительной системы. Определить, чем выгоднее отапливать частный дом: газом или электричеством?

Задачи: Исследовать на примере одного из домов плюсы и минусы отопления газом и электричеством

Объект исследования: сравнение электрического и газового отопления частного дома

Предмет исследования: отопительные системы: газовая и электрическая

Методы исследования: теоретический−изучение различных видов отопительных систем. Практический−произведение расчетов тепловых потерь, затрат на газ и электроэнергию, сравнительный анализ двух видов отопления с элементами моделирования ситуации

Научная гипотеза: если выявить наиболее экономичный способ обогрева жилья, то можно значительно уменьшить затраты на потребляемое тепло, в этом заключается и актуальность нашей работы

Содержание

1.Тезисы: Сравнение видов отопления частного дома. Проблема выбора отопительной системы………………………………………………………2

2

4

4

4

5

6

9

9

10

11

12

14

15

16

16

17

18

18

18

19

21

23

2.Введение………………………………………………………………………4

3. 1.Теоретическая часть

1.1. Выбор отопительной системы……………………..5

1.2. Газовое отопление…..………………………………5

1.3. Электрическое отопление………………………….6

4. 2.Практическая часть

2.1. Опрос респондентов………………………………..6

2.2. Сравнительный анализ двух видов отопления……6

2.3. Расчет тепловых потерь домом…………………….7

2.4.Определение основных потерь теплоты через

стены, потолок и пол……………………………………8

2.6. Расчет теплопотерь с помощью online-программ..9

2.7. Расчет расхода электроэнергии…………………..10

2.8. Расчет расхода газа при газовом отоплении…….10

2.9. Расчет капитальных затрат……………………….11

2.9.1. Расчет эксплуатационных затрат………………11

2.9.2. Расчет затрат на газ (электроэнергию)………...11

2.9.3. Расчет реальных затрат отдельных семей на газ (электроэнергию)………………………………………12

5. Вывод ……………………………………………………………………….13

6. Используемая литература………………………………………………….14

Уютнейшая вещь керосиновая лампа,

но я предпочитаю электричество.

М.А. Булгаков

Введение

Меж лесов и холмов в башкирской глубинке в далеком 18 веке возник наш поселок, поселок Нижнетроицкий, ныне переименованный в село. Суровые и продолжительные зимы с пушистыми сугробами, поздние весны, жаркие лета и дождливые осени, всё это свойственно для нашей местности. Зимой средняя температура воздуха составляет минус 20 градусов по Цельсию. В морозный день, после длительной прогулки приятно зайти в теплехонький дом, приложить замерзшие руки к батарее и наслаждаться ощущением тепла и спокойствия. Но вот проблема: подача тепла в дом осуществляется при помощи отопительной системы. Чем выгоднее и эффективнее всего осуществлять обогрев жилья, в этом стоит разобраться.

В селе Нижнетроицкий 1583 частных дома, из них -1578 отапливаются газом, 4 дома– дровами, и лишь в одном доме установлена электрическая отопительная система. Оказалось, что только семья Гумеровых использует электроэнергию в качестве основного источника тепла. Бурная дискуссия разыгралась на одном из уроков физики по поводу правильности их выбора, которая впоследствии и дала импульс для выполнения данной исследовательской работы.

Цели работы: Выявить преимущества и недостатки каждого из видов отопительной системы. Определить, чем выгоднее отапливать частный дом: газом или электричеством?

Задачи: Исследовать на примере одного из домов плюсы и минусы отопления газом и электричеством

Объект исследования: сравнение электрического и газового отопления частного дома

Предмет исследования: отопительные системы: газовая и электрическая

Методы исследования: теоретический−изучение различных видов отопительных систем. Практический−произведение расчетов тепловых потерь, затрат на газ и электроэнергию, сравнительный анализ двух видов отопления с элементами моделирования ситуации

Научная гипотеза: если выявить наиболее экономичный способ обогрева жилья, то можно значительно уменьшить затраты на потребляемое тепло, в этом заключается и актуальность нашей работы

1.Теоретическая часть

1.1. Выбор отопительной системы

Хозяин дома, несомненно, задумывается над тем, как обогреть свое жилище. Существует множество вариантов, но более приемлемыми из всех имеющихся являются электрическое и газовое отопления. Здесь-то и возникает ряд вопросов. Во-первых, отопление жилья является очень затратным делом, так как любой двор существует отдельно, не подключаясь к центральной отопительной системе. Во-вторых, выбирать вид отопительной системы необходимо еще в момент составления проекта дома, так как в некоторых случаях по требованиям безопасности следует определить заранее места расположения технических установок. Так, давайте же, разберемся подробнее, что представляет собой газовое и электрическое отопления.

1.2.Газовое отопление

Прежде чем устанавливать оборудование, работающее на природном газе, необходимо получить разрешение службы Газтехнадзора! Для получения разрешения нужно составлять проекты, договора и собирать много различных справок. Установить систему самостоятельно – категорически запрещено, потому что такие работы должны выполнять службы со специальным разрешением и сертификатом. Монтаж проходит в несколько этапов. Сначала нужно установить котельное оборудование. Затем идет монтаж магистрали, а также отопительных стояков. Важный этап — это установка регулирующей аппаратуры и контролирующей автоматики. В заключение проводится пусконаладочная работа и испытания системы в разных режимах.

1.3Электрическое отопление

В отличие от газового отопления электрическое не требует вмешательства специалиста, поэтому монтаж электрических систем может выполнить самостоятельно каждый, кто разбирается в электрике. Монтаж необходим для обеспечения работы нагревательных приборов−конвекторов. Принцип работы конвектора основан на естественной конвекции воздуха, который поступает из нижних и боковых отверстий, затем, после прохождения через нагревательный элемент, нагревается и выходит через отверстия, расположенные на лицевой панели конвектора. КПД обогревателя достигает 98% благодаря тому, что практически вся энергия идет на разогрев помещения.

2.Практическая часть

2.1. Опрос респондентов

Мы провели опрос населения в возрасте от 13 до 60 лет, проживающего в частных домах нашего села. Вот один из вопросов: «Чем, по Вашему мнению, выгоднее всего отапливать дом?» Результаты таковы, что независимо от возраста, население отдает предпочтение газовой системе отопления (см. приложение 1,2 «Результаты опроса населения»).

2.2. Сравнительный анализ двух видов отопления

Для сравнительного анализа двух видов отопления нам необходимо иметь два дома, построенных из схожего материала, равных по площади, с одинаковыми условиями проживания. Найти два абсолютно похожих дома оказалось невозможно, поэтому за образец мы взяли один жилой дом – дом Гумерова Равиля.

Из курса теплотехники известно, что для обеспечения нормальной работы отопительной системы необходимо, чтобы тепловая мощность отопления была равна мощности тепловых потерь, поэтому в нашей работе необходимо рассчитать тепловые потери домом (ссылка 1).

2.3.Расчет тепловых потерь домом.

Исходные данные для расчета: размеры дома13×10×2,5м, средняя температура воздуха снаружи за отопительный сезон -20ºС., температура внутри помещения +24ºС. Для расчета мощности тепловых потерь нам понадобилась помощь специалиста в этой области, выпускника Башкирского государственного аграрного университета Гумерова Рамиля Равиловича (папы Равиля). При расчете тепловых потерь Ф_ОГР (Вт) помещением, учитываются основные тепловые потери Ф через строительные конструкции помещения и добавочные теплопотериФ_ДОБ (ссылка 2)

Ф_ОГР = Ф + Ф_ДОБ, (1)

, где А – площадь ограждения, м²; (2)

t_Ви t_Н – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, ºС;R_О – общее сопротивление теплопередачи, (м²ºС)/Вт;n –поправочный коэффициент к расчетной разнице температур..Общее сопротивление теплопередачи наружных ограждений вычислим по формуле: ,(3) где R_В – термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения;− сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев ограждения толщиной δ, теплопроводностью λ, Вт/(мºС).

R_Н – термическое сопротивление теплоотдачи наружной поверхности ограждения.

2.4.Определим основные потери теплоты через стены

1 - штукатурка δ₁ = 0,03 м, λ₁ = 0,076 Вт/(м²ºС).

2 - Пенопласт δ₂ = 0,1 м, λ₂ = 0,047 Вт/(м²ºС).

3 – керамзитные блоки δ₃ = 0,2м,λ₃₌0,8Вт/(м²ºС).

4 - штукатурка δ₄ = 0,03 м, λ₄ = 0,076 Вт/(м²ºС).

Рисунок 1. Схема разбивки стены на слои

Вт, где А = 115 м²

Расчет теплопотерь через полы, расположенные на грунте или на лагах, определяются по зонам-полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам.

, (4)

где R₁ = 2,15 (м^2.К)/Вт; R₂ = 4,3(м^2.К)/Вт; R₃ = 8,6 (м^2.К)/Вт - термические сопротивления отдельных зон пола;A₁, А₂, А₃ – площади соответственно 1, 2, 3 зон полос, м²;

Рис. 2. Схема разбивки пола на зоны для дома

Теплопотери через пол составляютВт

Определим основные потери теплоты через потолок: 1 –минвата δ₁ = 0,2 м, λ₁ = 0,06Вт/(м²ºС);2 -доска , δ₂ = 0,03 м, λ₂ = 0,29 Вт/(м²ºС);

3 –фольгаизолон δ₃ = 0,005 м, λ₃ = 0,03 Вт/(м²ºС);.4 –гипсокартонδ₄ = 0,01 м, λ₄ = 0,23 Вт/(м²ºС).

Рис.3. Схема разбивки потолка на слои

Сопротивление теплопередачи потолка составляет

м²ºС/Вт

где R_В = 0,115 м² ºС/Вт;R_Н = 0,086 м² ºС/Вт.

Вт, гдеА = 130 м^2, n = 1 – для потолка, выходящего на чердак. Таким образом, основные теплопотери составляют Ф = Ф_СТ + Ф_ПОЛ + Ф_ПОТ = 1522 + 2384 + 1486 = 5392 Вт

2.5.Определение добавочных тепловых потерь

Добавочные теплопотери через наружные ограждения, двери и окна зависят от различных факторов и их значения исчисляют в долях от основных потерь. Добавочные теплопотери на нагревание наружного воздуха, проникающего через притворы окон, дверей и вентиляционных каналов (Ф_ДОБ = Ф_ИНФ), для зданий можно принимать в размере 30% от основных теплопотерь ссылка 2.)

Ф_ИНФ = 0,3 · Ф = 0,3 · 5392 = 1618 Вт (5)

Таким образом, суммарные тепловые потери через ограждения составляют

Ф_ОГР = 5392 + 1618 = 7010 Вт

Также необходимо учесть тепловыделения бытовых приборов, людей, которые по нормативам составляют 21 Вт на 1 м² площади пола.

Таким образом, тепловыделения в нашем жилом доме составляют

Ф_БЫТ = 21 · F_П = 21 · 130 = 2730 Вт (6)

Таким образом, расчетная мощность отопления составляет

Ф_Р = Ф_ОГР – Ф_БЫТ = 7010 - 2730 = 4280 Вт (7)

2.6. Расчет теплопотерь с помощью online-программ

Если этот способ определения теплопотерь кажется вам сложным и недоступным, существует другой способ. Для самостоятельного расчёта можно воспользоваться оnline- программой для расчета теплопотерь. Мы воспользовались сайтомWWW.TEPLO-INFO.COM (ссылка 3). И вот наши результаты. Теплопотери через стены=1511Вт, потолок =1740Вт, через пол =2380Вт. Наши результаты оказались близки к тем, что были получены после ряда вычислений с помощью формул.

Мы убедились, что любой, кто планирует строительство дома,может без особых усилий рассчитать теплопотери при помощи online-программ.

2.7.Расчет расхода электроэнергии

К.п.д. электроконвекторов близко к 100%, так как происходит непосредственный нагрев воздуха нагревательным элементом. Небольшая часть мощности теряется в нагревательном элементе. Таким образом, к.п.д. конвектора составляет 98%.

Вт·ч = 4,36 кВт·ч (8)

2.8. Расчет расхода газа при газовом отоплении

Теперь представим, что в доме находится газовое отопление, и произведем расчеты. Современные газовые котлы имеют к.п.д. порядка 85-90%, а также к.п.д. системы отопления (трубы и радиаторы) составляет порядка 60%, таким образом, общий к.п.д. отопления составляет 65-70%.

Часовой расход газа для выбранного дома составит

м³/ч (9)

= 35600 кДж/м³ – низшая удельная теплота сгорания природного газа.

2.9.Расчет капитальных затрат

Капитальные затраты − это затраты на оборудование, монтаж и подключение. Это затраты, которые оплачиваются один раз и в полном объеме.

Таблица 1. Расчет капитальных затрат на газовое отопление

Таблица 2. Расчет капитальных затрат на электрическое отопление

2.9.1. Расчет эксплуатационных затрат за год, т.е. затрат на содержание в исправном состоянии оборудования.

Таблица 3.Расчет эксплуатационных затрат на газовое и электрическое отопления

2.9.2. Расчет затрат на газ (электроэнергию)

В среднем отопительный сезон длится с ноября до апреля. Принимаем продолжительность сезона 150 дней. (Т = 3600 часов)

Затраты на газ за сезон при тарифе Ц_Г = 4,53 руб./м³руб. (10)

Затраты на электроэнергию за сезон при тарифе Ц_Э = 1,79 руб./кВт·ч

руб. (11)

2.9.3. Расчет реальных затрат отдельных семей на газ и электроэнергию в рублях.

По мере того, как мы занимались исследованием, рос круг вопросов по данной теме. Мы решили сравнить затраты наших семей по газу и электричеству за 2015 год и вот, что у нас получилось.

Таблица 4. Сравнение оплаты наших квитанций по газу и электричеству за 2015 год.

Как видно из таблицы, дом Саитовой Карины площадью67,4м²за год требует затрат меньше, чем дом Равиля площадью 130м^2. Риторический вопрос: «А если бы площади были равны, какими были бы затраты семьи Карины?»

5.Вывод

Как видим, текущие затраты по счетчику на газовом отоплении ниже почти в 3 раза, но капитальные затраты при газовом отоплении выше в 4-5 раз. Что выгоднее, думаем, каждый должен сам решить для себя. Или в раз выложить порядка 150 тыс. руб. на газовое отопление и в дальнейшем платить меньше в 1,5 раза. Или потратить порядка 30 тыс. руб. на электрическое отопление, но в дальнейшем платить больше.

В приведенном примере, если провести газовое отопление в дом, то капитальные затраты окупятся через 8 лет. Стоит отметить, что при любой системе отопления самым главным фактором экономии является качество тепловой изоляции дома. Если произвести качественное утепление дома, то срок окупаемости газового оборудования увеличится еще вдвое.

В конце мы хотели бы заметить, что в наше нестабильное время планировать жизнь на 8 лет вперед не стоит, неизвестно, с какой скоростью будут расти тарифы. В газовой конторе и вэлектроучастке нашего села мы узнали тарифы за последние 6 лет и попытались составить прогноз на последующие 5 лет:

График роста цен:

Надеемся, данная работа поможет тем, кто в данный момент размышляет над вопросом о выборе системы отопления.

Таблица 5. Сравнительная характеристика двух видов отопления

Закончить нашу работу хотелось бы строками из стихотворения Юрия Левитанского:

«…Каждый выбирает для себя.

Выбираю тоже - как умею.

Ни к кому претензий не имею.

Каждый выбирает для себя».

Используемая литература:

1. Курс лекций по теплотехнике. Автор курса: Скрябин В.И.ведущий инженер кафедры ТГП физического факультетафизико-технического института.

2. Применение теплоты в сельском хозяйстве А.АЗахаров, Москва.

Агропромиздат 1986г.

1. WWW.TEPLO-INFO.COM

Приложение 1 «Результаты опроса населения».

Вопросы населению.

1. Чем Вы отапливаете свое жилище?

2. Чем, по Вашему мнению, выгоднее всего отапливать дом?

3. Если бы у вас была возможность: поменять отопительную систему дома, чему бы Вы отдали предпочтение?

Возраст респондентов: от 13 до 17 лет

Приложение 2 «Результаты опроса населения».

Вопросы населению:( см. приложение 1)

Возраст респондентов: от 20 до 60 лет

19