II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

КАК СОХРАНИТЬ ТЕПЛО

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Яшугин И.В. 1

---

1МОАУ "СОШ № 25 г.Орска"

Белова Т.В. 1

---

1МОАУ "СОШ № 25 г.Орска"

Работа в формате PDF

2.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 Содержание

стр.

1. Введение…………………………………………………………. 3

2. Тепло и способы его сохранения

2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения........................... 4 - 6

2.2. Пластиковые окна и их преимущества................................. 7 – 8

3. Практическая часть…………………………………………........ 9

4. Заключение………………………………………………………. 17

5. Список литературы……………………………………………… 18

6. Приложение..................................................................................... 19-23

Введение

Тема исследовательской работы: Как сохранить тепло.

Актуальность темы: Комфортные для человека условия (особенно в холодное время года) обеспечиваются за счёт нескольких факторов. Основным фактором комфортности для человека (особенно в холодное время года) является поддержание соответствующей температуры воздуха в помещении (обычно 18-20° С). У нас в квартире очень тепло. Зимой температура воздуха в комнатах достигает 25-28°С, я думаю, что это из-за того, что у нас стоят пластиковые окна. У моего дедушки нет пластиковых окон, поэтому он каждую осень утепляет свои деревянные рамы окон всевозможными народными способами.

Когда мы поступили в первый класс, в нашем кабинете и спортивном зале было тепло. С приходом холодов ситуация изменилась. В классе стало прохладно, а в спортивном зале нам приходилось заниматься в теплых спортивных костюмах.

После проведенных летом ремонтных работ и установки пластиковых окон, осенью мы заметили, что в нашем классе, а особенно в спортивном зале стало тепло. И мы задумались, а может ли это быть связано с заменой в помещениях деревянных окон на пластиковые? Или существуют другие способы сохранения тепла?

Цель исследования: выявить условия, при которых достигаются минимальные потери тепла в помещениях и пути его сохранения.

Задачи исследования:

1. Сформировать теоретическую базу исследования.

2. Проанализировать тепловой режим в выбранных помещениях с октября 2013 по октябрь 2015 года.

3. Исследовать конструкции окон ПВХ.

4. Сопоставить тепловой режим помещений, оснащенных окнами ПВХ.

Гипотеза: окна из ПВХ профиля способствуют тепловому режиму в помещениях.

Методы проведения исследования:

- изучение литературы и интернет ресурсов;

- опрос, интервью;

- эксперимент, опыт.

2. Тепло и способы его сохранения

2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения

Что такое тепло? Обратимся к словарю.[4] 1. Нагретое, теплое состояние чего – нибудь. 2. Нагретость воздуха, его температура выше нуля. 3. Теплое, нагретое место, помещение.

Еще издревле люди стремились сохранить тепло своих жилищ, помещений, где они жили. Первейшим отопительным устройством с древнейших времен был обычный костер. Он служил одновременно для приготовления пищи, и для обогрева. Костер собирал вокруг себя людей, объединял их. Когда то наши предки перенесли открытый огонь, тот же костер, в жилище. Первое время дым выходил через вход в пещеру. В жилище всегда было очень дымно и угарно. В дальнейшем люди догадались сделать отверстие вверху пещеры. Чтобы сохранить в пещере тепло длительное время, кострище начали обкладывать камнями. Так получился первый очаг. Но еще очень долгое время очаг оставался примитивным: дым из него выходил через отверстие вверху жилища. Северные народы до сих пор пользуются таким способом обогрева[1].

Первые системы отопления появились еще в богатых домах Древнего Рима. Назывались они «гипокаусты» и обогревали жилище благодаря сети специальных каналов, размещенных под полом и в стенах, по которым пропускались горячие дымовые газы из печи. То есть теплоносителем в них был воздух. Из истории известно, что богатые римляне обогревались с помощью горячей воды, протекавшей по медным трубам. А это уже был прототип водяной системы отопления, получившей развитие много позже, в эпоху промышленной революции. В Средние века для обогрева больших зданий, например, церквей и дворцов, использовалась воздушная схема. Установлено, что так отапливались русские царские хоромы XVI-XVII веков – например, Грановитая палата Московского Кремля. Источником тепла в те времена были печи и камины – вначале глиняные и кирпичные, а затем – и металлические.

Совершенствуя традиционный камин, сконструировали автономную печку, для стенок которой использовали чугун, обладающий большой теплоемкостью.

В 1675 году английским инженером Евелином для обогрева оранжереи была впервые сконструирована система водяного отопления, в которой вода прибор – чугунный радиатор. Создал его немец итальянского происхождения Франц Карлович Сан-Галли в 1855 году, назвав свое изобретение горячая коробка, или, более привычно для русского уха, «батарея». По сравнению с нынешними чугунными радиаторами, они были более громоздки и богато украшались орнаментом нагревалась в котле и затем циркулировала по стальным трубам, постепенно отдавая тепло. Самым ярким примером успехов отечественных мастеров стала система отопления Летнего дворца Петра I, построенного в 1714 году в Санкт-Петербурге.

В Европе водяные и паровые отопительные системы чаще всего применялись для обогрева оранжерей и зимних садов, и только начиная с 30-х годов XIX века водяное отопление начало все шире применяться для обогрева жилых помещений. Именно в России, а точнее, в Санкт-Петербурге, был изобретен принципиально новый обогревательный. Самой старейшей из действующих батарей отопления – 108 лет. Она находится в Царском селе на даче Великого князя Бориса Владимировича.

Таким образом, следует отметить, что люди во все времена стремились сохранить тепло в помещениях. Но менялись времена, менялись способы и методы сохранения тепла.

Как гласит старая мудрая пословица – готовь сани летом, а телегу зимой. Она заставляет нас задуматься о том, что все проблемы надо решать вовремя, а еще лучше заранее.

Из беседы с Макляновым О.А., инженером – теплотехником ОАО «Энергосбыт» г. Орска, мы узнали, что в жилищном хозяйстве потребляемая тепловая энергия используется на отопление домов и горячее водоснабжение. Специалисты считают, что до 40% потребляемой энергии можно сэкономить простыми и недорогими способами. В большинстве случаев это изменение привычек, устранение утечек тепла с помощью улучшения изоляции. Это касается утепления квартир и домов, в которых нам придется переживать морозы, которые с приходом очередной зимы все крепчают и крепчают. Если все-таки зима уже не за горами и времени для утеплительных работ остается мало, не стоит переживать. Нужно просто как можно быстрее начать действовать.

Сохранение драгоценного тепла в жилище хотя бы на уровне плюс 18 градусов остается по-прежнему делом рук самих жильцов. Включение в сеть электрообогревателей, даже если они у вас есть, еще не решение проблемы. Во-первых, они сушат воздух, во-вторых, расходуют огромное количество электроэнергии, что тут же ляжет дополнительным бременем на семейный бюджет, и в-третьих, не спасают от сквозняков. Поэтому, чтобы сохранить тепло, прежде всего надо разобраться, куда оно у вас улетучивается. Все дело в том, что наши дома, если говорить по-научному, далеки от энергоэффективных. Много тепла просто уходит наружу.

Для выяснения того, куда же уходит тепло из нашего дома, были проведены исследования.[3] На примере обычного панельного дома (если взять все теплопотери за 100%): Стены – 18%, воздухообмен (вентиляция) – 22%, окна – 25%, подвалы – 9%, крыша –11%, система отопления – 15% (Приложение 1) Вот и получается, что мы оплачиваем больше тепла, чем получаем в итоге. Что же делать?

Вот несколько советов от специалистов. [3] (Приложение № 2)

1. Утепление окон может повысить температуру в помещении на 4–5°С и позволит отказаться от электрообогревателя, который за сезон может потреблять до 4000 кВтч на одну квартиру Утеплите деревянные рамы уплотнителем либо поменяйте их на пластиковые стеклопакеты.

2. Теплоотражающая пленка – оптически прозрачный материал со специальным многослойным покрытием, который устанавливается на внутреннюю поверхность наружной оконной рамы. Пленка пропускает 80% видимого света, а внутри квартиры отражает около 90% теплового излучения, что позволяет сохранить тепло в помещении зимой и прохладу летом.

3. Не задвигайте радиаторы мебелью и не занавешивайте их шторами. Преграды мешают теплому воздуху равномерно распространяться по комнате и снижают теплоотдачу радиаторов на 20%.

4. Проветривайте «по-ударному». Постоянно открытая форточка, как это ни удивительно, остужает, но не проветривает. А вот если проветривать «залпом», на короткое время широко открыв окна, тогда воздух успеет смениться, но при этом не «выстудит» комнату – поверхности в помещении останутся теплыми.

5. Особенно тщательно стоит утеплить балконную дверь. На нижней части двери можно закрепить кнопками декоративный коврик, а на порог со стороны комнаты положить, плотно прижимая к двери, сшитый из толстой ткани валик. Набить его можно поролоном или обрезками ткани.

6. Утеплите входную дверь. Действенный способ сохранить тепло, уходящее через входную дверь, – установить вторую дверь, создав теплоизолирующий тамбур (Приложение №2).

В некоторых регионах нашей страны для сохранения тепла в жилых помещениях используют другие способы. Например, когда мы были в Крыму, мы обратили внимание на то, что снаружи домов выполняются какие-то работы. Мы обратились за разъяснением в местное ЖКХ. Нам объяснили, что для сохранения и экономии тепла в собственных квартирах, некоторые жильцы обшивают наружные панели своих квартир утеплителями (пенопласт). Что приводит к значительной экономии.

Таким образом, можно сделать вывод, что сохранение тепла в помещении, это задача самих людей. А так как основным источником потерей тепла являются окна, то следует рассмотреть целесообразность смены деревянных окон на окна ПВХ.

2.2. Пластиковые окна и их преимущества

Обратимся к истории создания пластиковых окон.

Пластиковые окна делаются из поливинилхлорида (ПВХ). [7]Это один из самых первых искусственных материалов. ПВХ известен уже почти 200 лет, впервые он был создан химиком Регнальдом в 1835 году. Но только в начале 20-го века промышленники заинтересовались массовым производством, но начавшаяся первая мировая война помешала немцам-хозяевам патента использовать технологию, и лишь в 1931 году концерном BASF были произведены первые несколько тонн этого материала.

Производство ПВХ в более крупных масштабах началось в Германии в 30-е годы. В это же время успешные разработки в этой области были проведены в США и Англии. После окончания Второй мировой войны поливинилхлорид стал самым массовым материалом для изготовления труб, профилей, покрытий для пола, пленок, кабельной изоляции и множества других пластмассовых изделий. Использовать ПВХ для изготовления окон начали в 50-е годы 20-го века.

Первые пластиковые рамы представляли собой металлическую основу, облицованную мягким или полумягким ПВХ. Несколько позднее начался выпуск профилей из твердого поливинилхлорида, который частично усиливался деревянными или металлическими вкладышами. Германия – родина ПВХ, и даже на сегодняшний день уровня качества немецкого ПВХ пока не достиг никто. Оконных профилей множество, но произведенные в Германии считаются самыми высокотехнологичными. Невысокая стоимость сырья и производства, наряду с хорошими физическими характеристиками (низкая теплопроводность, достаточно высокая химическая стойкость), сделали их самыми массовыми в Старом и Новом Свете.

В 1959 году окна из ПВХ вошли в массовое применение – ими были оборудованы целые квартиры, а к концу 60-х практически все окна в новых жилых домах и офисах в Европе и Америке стали делаться исключительно из поливинилхлорида. Технологии совершенствовались, и постепенно пластиковые окна стали превосходить деревянные по своим характеристикам: срок службы их почти в два раза больше, чем у деревянных; звукоизоляция почти полная; в уходе они значительно проще, чем дерево Сегодня окна из ПВХ профиля завоевали прочное место на рынках Европы и Америки. А уровень продаж в России растет из года в год в геометрической прогрессии.

Основная задача пластиковых окон – сохранять тепло. Металлопластиковые окна изготавливают из поливинилхлорида (ПВХ), который является разновидностью сверхпрочного пластика, получаемого из природного сырья. ПВХ – прочный и дешевый материал. Он надежен и прост в эксплуатации. Благодаря этим свойствам окна ПВХ во многом превосходят традиционные деревянные окна (Приложение №3).

Пластиковые окна вы устанавливаете, прежде всего, для того, чтобы в вашей квартире было тепло и сухо. Красивый дизайн – это немаловажная деталь, ради которой меняют старые деревянные окна. Но, тем не менее, отличная теплоизоляция в помещении – это главное преимущество пластиковых окон. Одна из важнейших характеристик пластикового окна – это теплоизоляция. Свойства теплоизоляции окна оценивают с помощью сопротивления теплопередаче (чем оно выше, тем теплоизоляция окна лучше).

Повышают теплоизоляцию пластиковых окон, используя однокамерные или двухкамерные стеклопакеты с воздушными промежутками между ними 6-20 мм. Для производственных помещений используют даже 6-камерные профили (Приложение № 4). [8]Воздух, заполняющий расстояние между стеклами, служит хорошим теплоизолятором. Основные стеклопакеты – однокамерные. Они состоят из двух стекол, соединенных между собой с помощью алюминиевых рамок. С одной стороны она поддерживает дистанцию, а с другой – между собой герметично и надежно закрепляет стекла. Чем герметичнее будет закрепление, тем меньше вероятности попадания влаги и загрязнений (Приложение № 5). Многие элитные компании по установке пластиковых окон применяют для установки стеклопакета с энергосберегающим стеклом.

Изобретатели и конструкторы пластиковых окон работают так же и над другими направлениями, чтобы повысить энергосберегающие свойства. В качестве примера, разработчики окон ПВХ наносят тонкий и прозрачнейший слой специального покрытия на стекло. При этом светопроницаемость остается неизменной, а теплоизоляция значительно повышается. Теплоизоляционные стекла имеют несколько модификаций – например, с мягким и жестким покрытием. Стекла с мягким покрытием наиболее нежные, но тоже с должным эффектом выполняют свои теплоизоляционные функции в менее суровом климате. Жесткое покрытие стекол дает более устойчивый эффект к воздействию внешней среды. Оно очень прочное и надежное. Благодаря свойству сохранения тепла в течение длительного времени и качественной теплопроводности, подобные окна имеют значительную популярность.

Итак, мы выяснили, что пластиковые окна прочны, надежны и легки в эксплуатации.

3. Практическая часть

В начале своего исследования мы изучили журнал регистрации температуры воздуха в различных помещениях МОАУ «СОШ № 25» за 2013-2014 учебный год. С сентября по декабрь 2015 года мы производили замеры температуры воздуха в спортивном зале и кабинете №1.

Полученные данные мы занесли в сравнительную таблицу № 1.

Таблица №1

Анализируя данные таблицы № 1, мы пришли к выводу, что в исследуемых помещениях стало теплее. Мы предположили, что это связано с заменой деревянных окон на окна ПВХ.

Нам стало интересно, как жители нашего города поддерживают тепло в своих домах. Для этого мы вышли на улицы города и задали людям вопрос: «Как вы в холодное время года поддерживаете тепло в своих квартирах?»

Результаты опроса мы приводим в диаграмме № 1.

Диаграмма № 1.

Из представленной диаграммы видно, что большинство людей для сохранения тепла в своих квартирах устанавливают окна ПВХ.

Анализируя итоги опроса, нам стало интересно, а во многих ли домах установлены пластиковые окна. С этим вопросом мы также обратились к жителям нашего города.

Итоги анкетирования в диаграмме № 2.

Диаграмма № 2

Для того, чтобы сравнить теплоизоляцию помещения с пластиковым и деревянным окном, мы провели следующий эксперимент: замерили температуру воздуха на подоконнике деревянного окна и пластикового.

Температура воздуха на подоконнике деревянного окна +16 ͦ С, при температуре на улице – 19 ͦ С.

Температура на подоконнике пластикового окна +22 ͦ С, при температуре за окном – 19 ͦ С.

Итак, мы отметили, что температура воздуха возле пластикового окна и деревянного отличается.

Тогда мы провели опыт: поставили прорастать луковицу на подоконник пластикового окна и деревянного.

За 19 дней нашего опыта у луковицы на деревянном окне появился 1 росток, а у луковицы на пластиковом окне – 6.

По результатам проведенного эксперимента и опыта мы делаем вывод, что на подоконниках окон ПВХ более благоприятные температурные условия.

Благодаря чему окна ПВХ так сохраняют тепло? За консультацией по этому вопросу мы обратились к менеджеру по продажам фирмы «Окна вашей мечты» Громовой Екатерине

Из беседы с менеджером нам стали известны преимущества пластиковых окон:

1. Прочные и удобные

2. Имеют высокую теплоизоляцию

3. Шумонепроницаемы

4. Эстетичны и гигиеничны

По мониторингу, проводимому этой фирмой, мы смогли сделать выводы о том, что с каждым годом желающих установить окна ПВХ становится все больше. Менеджер предоставила нам итоги мониторинга, а мы составили сравнительный график продаж.

Для более детального ознакомления с качеством и технологией изготовления окна ПВХ нам предложили посетить цех по производству пластиковых окон.

В цеху мы познакомились со всеми этапами сборки пластикового окна и даже смогли поучаствовать в некоторых операциях.

В процессе наблюдения за производством у нас возникли вопросы, на которые ответил мастер участка сборки ПВХ окон Савельев А.П. Для чего такое разнообразие окон по качеству, профилю и камерности? Все зависит от помещения, в котором будут устанавливать окна. Выбирая окна, следует учитывать площадь помещения, его назначение, наличие радиаторов и многое другое.

Итак, из беседы с мастером мы выяснили, что благодаря энергоэффективности материалов ПВХ профиля и конструкции покупатели могут заказать нужное окно для своего помещения.

Мы решили измерить и сравнить температуру воздуха в разных кабинетах, оснащенными пластиковыми окнами, при температуре воздуха на улице – 21 ̊ С. Результаты измерений представлены в таблице № 2.

Таблица № 2

Кабинет № 1	Кабинет № 3	Кабинет № 8	Кабинет № 11
+23 ̊ С	+26 ̊ С	+25 ̊ С	+25 ̊ С

Кабинет № 1 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 3 не угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 8 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 8-ми секционными радиаторами. Кабинет № 11 угловой, расположен на втором этаже, оснащен тремя 6-секционными радиаторами.

Итак, данные замеры показали, что температура воздуха в исследуемых помещениях, оснащенных одинаковыми окнами ПВХ, различна. Из этого можно сделать вывод, что не только окна ПВХ способствуют поддержанию теплового режима в помещениях.

Заключение

Человек всегда стремится создавать комфортные условия в помещениях, в которых он живет, учится, работает. Основным фактором комфортности является тепловой режим в этих помещениях.

Сохранение тепла в помещении, это задача самих людей. А так как основным источником потерей тепла являются окна, то целесообразность смены деревянных окон на окна ПВХ очевидна.

Мы выяснили, что окна ПВХ прочны и удобны в эксплуатации, имеют высокую теплоизоляцию, следовательно, не требуют дополнительного утепления. Пластиковые окна шумонепроницаемые, эстетичные и гигиеничные.

Проводимые опыты подтвердили, что окна ПВХ сохраняют благоприятные температурные условия. Это происходит благодаря энергоэффективности материала и конструкции ПВХ профиля.

Следующий этап нашего исследования показал, что температура в помещениях, оснащенных одинаковыми пластиковыми окнами, различна. Следовательно, тепловой режим зависит от многих факторов, а именно: наличие и камерность окон ПВХ, месторасположение помещения, количество радиаторов, качество дверей и др.

Таким образом, не только окна из ПВХ профиля способствуют тепловому режиму. Наша гипотеза не подтвердилась.

Список использованной литературы

• Газета «Комсомольская правда» 22 октября 2011г. - «Как сохранить тепло»

• Журнал «Наука и жизнь №12, декабрь 2011»

• МДС 41–4.2000. Методика определения количеств тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения. – М, 2000.

• Ожегов, С.И. Толковый словарь русского языка / С.И. Ожегов. – М. : Мир и образование, 2014 г.

Интернет-ресурсы

5. http://HYPERLINK "http://экоблог.р/"экоблог.рф/ (история тепла)

6. http://mdom.biz/

7. http://www.domotvetov.ru/ (история пластикового окна)

8. http://www.blogmastera.com/ (конструкция пластикового окна)

Приложение №1

Приложение №2

Приложение № 3

Приложение № 4

Приложение № 5

24