IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПРОБЛЕМА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ЗДАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЗДАНИЯ МНОГОПРОФИЛЬНОЙ ГИМНАЗИИ № 12 Г. ЧИТЫ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Многие люди даже не задумываются о том, что запасов энергетических ресурсов на нашей планете, и в России в частности, с каждым годом становится всё меньше и меньше. Уже давно подсчитано, что запасов угля, нефти и газа, осталось всего на несколько десятилетий. Забайкальский край является очень ёмким потребителем энергоресурсов: отопительный период начинается в середине сентября, а заканчивается в середине мая; на протяжении 7 месяцев в году в Забайкалье устанавливаются минусовые температуры. Такие климатические особенности приводят к тому, что на поддержание комфортных условий жизни для человека приходится тратить очень много энергоресурсов и тратить их постоянно. Поэтому тема энергосбережения очень актуальна для Забайкалья и становится особо острой в начале весны каждого года. В данной работе исследована проблема энергосбережения здания гимназии, выявлены участки здания, где теряется тепло. По результатам исследования выделены причины потерь энергоресурсов и предложены меры по устранению их потерь.
Проблема исследования: разумное использование энергетических ресурсов является одной из наиболее острых проблем человечества в наше время. Это связано с тем, что природные ресурсы на нашей планете не бесконечны, а запасов угля, нефти и газа человечеству хватит по разным оценкам всего на 50-100 лет. Поэтому актуальность работ, посвящённых данной тематике, будет сегодня иметь огромное значение, пока люди не найдут надежного способа не расходовать энергоресурсы понапрасну.
Гипотеза: чтобы сэкономить энергоресурсы, нужно не только использовать их по мере необходимости, а в первую очередь исключить все случаи, где энергоресурсы теряются, то есть не используются полезно для человека.
Цель исследования: исследование возникновения потерь тепла в зданиях, а также рассмотрение возможностей для их снижения.
Методы исследования: в исследовательской работе применялся аналитический метод по результатам проведенной практического работы.
1. Изучение теоретического материала.
2. Выполнение практической работы по теме.
3. Анализ полученных данных.
4. Формулирование выводов по теме.
В работе был произведен анализ термограмм здания многопрофильной гимназии № 12, полученных при тепловизионной съёмке. После подробного рассмотрения термограмм, можно прийти к выводу, что в школе присутствуют значительные потери тепловой энергии через ограждающие конструкции здания, в основном через фундамент.
ПРОБЛЕМА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ЗДАНИЙ НА ПРИМЕРЕ ЗДАНИЯ МНОГОПРОФИЛЬНОЙ ГИМНАЗИИ № 12 г.ЧИТЫ
На бытовом уровне (дома и в школе) я постоянно слышу, что нужно экономить электроэнергию, воду и тепло. Для того, чтобы сэкономить электроэнергию, достаточно выключить свет или электроприборы, которыми мы не пользуемся в данное время. Чтобы сэкономить воду, нужно включать кран только по мере необходимости. А как экономить тепло?
В результате изучения теоретического материала я выяснил, что /1/, /6/:
1. Существуют два вида энергоресурсов:
возобновляемые, к которым относится ветер, солнце, вода
невозобновляемые - это уголь, нефть, газ - запасы этих полезных ископаемых на планете Земля очень ограничены и для их образования требуются миллионы лет. По подсчетам ученых невозобновляемых энергоресурсов человечеству хватит всего на несколько десятков лет, почти 90% всей энергии получают именно из этих видов ресурсов.
2. Энергоресурсы используются для производства электрической и тепловой энергии, которые вырабатываются на специальных электрических станциях. В г.Чите есть две электростанции - ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, где в качестве энергоресурса используется уголь.
3. В результате работы электростанции получают электрическую и тепловую энергию. Электрическая энергия используется в различных электроприборах и для освещения. Тепловая энергия в виде горячей воды используется для отопления и горячего водоснабжения.
4. По статистике из всей потребляемой энергии 80% расходуется на отопление и 20% - на освещение и пользование электроприборами. Такое неравномерное распределение обусловлено тем, что в Забайкальском крае (как и на большей части территории России) климат холодный: отопительный сезон начинается в сентябре и заканчивается в мае; с октября по апрель в крае держаться минусовые температуры.
5. Любое здание постоянно теряет тело, которое восстанавливают с помощью отопления /2/, /4/. Потери тепла через ограждающие конструкции здания распределяются следующим образом:
|
Ограждающие конструкции |
Потери тепла через ограждающие конструкции, % |
|
стены |
35 |
|
окна и двери |
25 |
|
пол |
15 |
|
кровля (крыша) |
25 |
Для обозначения проблемы энергосбережения здания гимназии была проведена тепловизионная съёмка ограждающих конструкции (стен, окон, дверей) многопрофильной гимназии № 12 с помощью тепловизора.
Тепловизор - прибор для наблюдения за распределением температуры какой-либо поверхности. Благодаря тепловизионной съёмке можно увидеть участки, которые пропускают наибольшее количество тепла из здания.
Съёмка была произведена 10 декабря 2016 года в период с 8:00 до 9:00 утра.
Для съёмки использовался тепловизор Тепловизор Testo-882
Ветра и осадков - не было.
Температура наружного воздуха на момент проведения съёмки Т = - 20 С.
Относительная влажность воздуха - 73%.
Относительная влажность и температура наружного воздуха была определена с помощью контактного термометра с датчиком влажности марки ТК-5.
Для упрощения каждой стене здания был присвоен порядковый номер от I до VIII.
В целом по зданию гимназии распределение температур равномерное, что говорит о том, что ярко выраженных участков с потерями тепла в здании нет. Однако, проблемные места, где происходят бОльшие потери энергии - так называемые "мостики холода", существуют.
1. Обследование стены I (фасад здания). Со стороны фасада здания (рис.1, рис.2, рис.3, рис.4) "мостики холода" - это фундамент. Здесь температура стены в близких точках изменяется на 2-4 С. В среднем температура на поверхности стены -18С, температуры поверхности в точках М1 и М2 (рис.1) = -14, -16,6 ОС, в т.М3 (рис.2) = -14,1 ОС, в т.М1 (рис.3) = -11,4 ОС . Так как, температуры поверхности в этих точках выше средней, то в этих местах происходит потеря тепла. На втором и третьем этажах (рис.4) температуры близки по значению, "мостиков холода" нет:
- второй этаж: т.М1 = -18,3 ОС, т.М4 = -18,6 ОС,
- третий этаж: т.М2 = -19,5 ОС, т.М3 = -19,9 ОС.
2. Обследование стены II. "Мостики холода" - фундамент (рис.8). Температуры стены в т.М1= -12,6 ОС, т.М4 = -13,3 ОС при средней температуре поверхности стены - 18,5ОС.
3. Обследование стены III. "Мостики холода" - фундамент (рис.6). Температуры стены в т.М4= -11,5 ОС, т.М5 = -13,2 ОС, т.М6 = -12,3 ОС при средней температуре поверхности стены - 17 ОС.
4. Обследование стены IV. "Мостиков холода" не обнаружено (рис.9, рис.10)
5. Обследование стены V. "Мостики холода" по стыку стен (рис.11, рис. 14, рис.15), по фундаменту стены и уровню пола 1-го этажа (рис.12), а также потери тепла присутствуют из-за неплотного прилегание двери (рис.13). Температуры поверхности стен в проблемных участках достигают величин -8,8 ОС при температуре наружного воздуха -20 ОС, что свидетельствует о значительных потерях тепла на этих участках.
6. Обследование стены VI. "Мостики холода" - фундамент (рис.17). Температуры стены в т.М1= -16 ОС, т.М5 = -15,8 ОС, при средней температуре поверхности стены - 19,8ОС. "Сияние" вокруг двери свидетельствует о неравномерности кирпичной кладки стены.
7. Обследование стены VII. На термограмме слева (рис.20) видны заложенные оконные проемы, через которые могут происходить потери тепла.
8. Обследование стены VIII. Значительные потери тепла происходят через двери (рис.23). Температуры в точках М3, М4, М5 соответственно равны -10, -10,9, -10,6 ОС, при температуре наружного воздуха Т= - 20 ОС.
Заключение
В результате своей работы я пришел к следующим выводам.
Выводы.
Тепловизор является очень полезным прибором, если нужно быстро обнаружить потери тепла через стены, двери или окна здания /3/, /5/.
В здание многопрофильной гимназии № 12 постоянно присутствуют увеличенные потери тепла в основном по фундаменту, по угловым стыкам и через неплотно прилегающие дверные проёмы, то есть тепло используется не эффективно и часть тепловой энергии идёт на отопление улицы.
Разница температур поверхностей достигает 10ОС, что свидетельствует о значительных потерях тепла через стены 1-го этажа и фундамент здания.
Дополнительных потерь тепла через стены 2-го и 3-го этажа, а также через оконные проёмы - нет.
Данная работа имеет огромное практическое значение, так как показывает каким образом и где происходят потери тепла в здании гимназии. В настоящей работе я поставил перед собой задачу понять каким образом происходят потери тепла в здании и как их можно обнаружить. Думаю, что поставленная задача была мной успешно решена. При этом тема энергосбережения зданий оказалась очень обширной, поэтому в дальнейшем, по мере изучения физики, я думаю расширить свои исследования в этой области.
Практическое применение.
-
Используя материалы данной работы можно запланировать и в дальнейшем произвести работы по утеплению дверных проёмов и теплоизоляции фундамента.
Проводить просветительскую работу среди одноклассников и учеников гимназии, например, выпускать стенгазету или брошюры, создавать презентации и видеоролики на тему экономии энергоресурсов.
Библиографический список
1. Грачева, Е. Энергосбережение для всех и для каждого. /Е.Грачева, Челябинск, ОГУП «Энергосбережение», 2002 - 112с
2. Грешкина, Е.В. Исследование вопросов теплового режима зданий: курс лекций для магистрантов ВлГУ/Е.В.Грешкина, А.В.Власов - Владимир, 2013 - 113 с.
3. Коротаев, В.В. Основы тепловидения: учебное пособие./ В.В.Коротаев, Г.С.Мельников, С.В.Михеев - СПб: НИУ ИТМО, 2012 - 122с
4. Свидерская, О.В Основы энергосбережени: курс лекций/ О.В.Свидерская - М.: ТетраСистемс, 2016. - 176 c.
5. Тепловизор. Инфракрасная термография. Принцип работы и устройство тепловизора- Режим доступа http://www.eti.su/articles/izmeritelnaya-tehnika/izmeritelnaya-tehnika_726.html - статья в интернете
6. Энергоресурсы и их использование. Режим доступа http://www.studfiles.ru/preview/6215210/ - статья в интернете
Приложение
Обследование стены I (рис. 1)
Рис.2.
Рис.3
Рис.4
Рис.5
Обследование стены III
Рис.6
Обследование стены II (рис.7 и рис.8)
Обследование стены IV
Рис. 9
Рис.10
Обследование стены V
Рис.11
Рис. 12
Рис.13
Рис. 14
Рис. 15
Обследование стены VI
Рис. 16
Рис. 17
Рис. 18
Обследование стены VII
Рис. 20
Обследование стены VIII
Рис. 21
Рис. 22
Рис. 23