Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Усть-Коксинская средняя общеобразовательная школа» Как расчитать коэффициент теплопотерь Руководитель проекта: Шпиляев Роман Георгиевич Автор проекта: Черкашин Тимофей Олегович 10 Б класс Работа допущена к защите «___» ____________________2021 г. Подпись руководителя проекта____________________(________________) Усть-Кокса, 2021 г. Оглавление Введение ................................................................................................................... 2 Глава I ....................................................................................................................... 3 Глава II...................................................................................................................... 4 Теория для экспериментального исследования ................................................... 4 Формула теплообмена .......................... Ошибка! Закладка не определена. Практическая часть экспериментального исследования: ................................. 11 Вывод ...................................................................................................................... 13 Источники: ............................................................................................................. 14 Введение В нашем современном мире, ни один человек не может обойтись без дома. Многие задумываются над тем, какой именно у них будет дом, но не каждый может правильно подойти к решению этого вопроса. Конечно же могут образовываться недочеты: например материал из которого строят дом, или неправильное его расположение, относительно местности, коэффициент теплопотерь - всё это может повлиять на внутреннюю температуру, комфорт. Существует много способов уменьшения или устранения аспекта теплопотерь. Первый, пожалуй, один из самых практичных, это шпаклевка щелей или оштукатуривание дома в целом. Также используется солома, перемешанная с глиной. Второй вариант достаточно дорогостоящий. А это дополнительные траты: найм профессионалов, которые будут всё переделывать, а в крайнем случае - перестраивать. Но! Я нашел дешевый, практичный способ уменьшения коэффициента теплопотерь. И давайте выделим цели, задачи, анализ предыдущих работ и итог. Цель: найти относительно недорогой способ экономии тепла. Задачи: устранить теплопотери в доме, доказать, что этот метод сохранения тепла – работает. Назначение проекта: утепление жилых помещений в нашем северном регионе. Актуальность: уменьшение сжигания топлива и денежных затрат, увеличение температуры внутри жилых помещений. Новизна: обычно утепляют стены, пол и потолок, окнам уделяется наименьшее внимание. 2 Гипотеза: уменьшение теплопотерь с помощью рам на окона, увеличит температуру внутри помещения. Методы исследования: изучение научной литературы, сравнение вычислений компьютера и вычислений по формулам, решение задач. Вид проекта: научно-исследовательский проект. Сроки реализации: 17.10.2020 – 21.02.2021 г. Глава I Теория Как мы знаем из физики, любое количество теплоты можно вычислить при помощи формул: 1. Нагревание или охлаждение тела: Q=cm(tвн - tп) 2. Кипение или конденсация: Q=rm 3.Плавление или кристаллизация: Q= λm 4. Сгорание топлива: Q=qm Для вычисления коэффициента теплопотерь в доме или другом здании нужно узнать: 1.объем помещения – нас интересует объем воздуха, который необходимо отопить 2. разницу температуры внутри и снаружи помещения – чем больше разница, тем быстрее происходит теплообмен, и помещение теряет тепло. 3.теплопроводность конструкций – способность стен, окон удерживать тепло. Формула Q = K*S*1/R*(tвн - tп)*n К — коэффициент теплопередачи (таблица «К — коэффициент теплопередачи»); https://www.stroy-dom.net/?p=4031 S — площадь стен (в м2); R — сопротивление теплопередаче (ккал/м2 х ч х °C); tвн и tп — температура внутри и снаружи помещения; n — коэффициент уменьшения, учитывает теплопотери в зависимости от типа ограждений (таблица « n — коэффициент уменьшения»). (см. все значения коэффициентов по ссылке https://www.stroydom.net/?p=4031) 3 Значения R отличаются в зависимости от вида ограждающих конструкций (таблица « Значения R0 и 1/R0»). Глава II Теория для экспериментального исследования Цель: выяснить: актуален ли этот проект в нашем регионе Гипотеза: вычисления компьютера и вычисления по формулам различаются. 1. Требования для теплозащиты дома. Конструкции светопрозрачных ограждений подвержены силовым и несиловым воздействиям: снаружи на них воздействуют ветровые нагрузки, атмосферные осадки, переменные температура и влажность воздуха, солнечная радиация, шум, пыль и водорастворимые химические примеси в атмосферной влаге; изнутри – потоки тепла и пара, шум. Так же есть определённые требования к их уменьшению и устранению. Мы это можем проанализировать по таблице №1. Таблица № 1 Требования Пояснения к требованиям Теплозащита зимой Тепло должно оставаться в помещении, однако, по возможности окна не должны препятствовать прониканию внутрь 4 солнечного излучения. Температура внутренней поверхности остекления должна быть как можно ближе к температуре внутреннего воздуха (условие комфортности). Теплозащита летом Защита помещений нагревания солнцем. от чрезмерного Защита от непогоды Дождь и ветер не должны проникать внутрь помещений. Освещенность Дозируется от полной инсоляции до предотвращения блесткости. Максимальная прозрачность изнутри Прозрачность в наружу для получения обзора направлении изнутри и окрестностей и ограничение видимости снаружи внутрь снаружи внутрь. Звукоизоляция Снаружи и изнутри Приточная и вытяжная Обеспечение необходимого качества вентиляция воздуха и, в частности, его влажности. Надежность Прочность на разбивание, защита от проникновения Огнестойкость Способность оказывать при воздействии огня. сопротивление Выполнение функций Простота и надежность в изготовлении, элемента здания монтаже и ремонте. Технологичность Простота и надежность в изготовлении, монтаже и ремонте. Установлено, что в зимний период теплопотери через окна жилых зданий составляют порядка 22…30 % (через стены 18…27 %) общих потерь тепла зданием. Это говорит о том, что какой бы хорошей не была дополнительная теплозащита стен, без проведения мероприятия по сокращению теплопотерь через окна, она не даст ожидаемого эффекта. Давайте рассмотрим рисунок №1 на котором изображены (в процентах): 5 Рис. №1 Из него мы можем прийти к выводу, что в доме нет ни одного неуязвимого места, где бы тепло не сохранялось. Это можно объяснить через следующие явления: 1.Конвекция – вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками самого вещества. 2. Проводимость – так как дом построен на земле, то в результате теплопроводности все тепловые потоки уходят вниз (в почву). Структура расхода тепловой энергии здания и энергосбережение представляются следующими данными таблицы №2: Зависимость энергосбережения от материала дома Название Асбоцемент (плиты) Бетон Дерево Панели легкие строительные Кирпичная стена C кДж/(кг °С) 0,96 1,00 2,40 1,47...1,88 0,84... 1,26 Таблица №2 Вывод: из таблицы №2 мы можем заметить, что самый энергосберегающий материал это древесина, т.к. по теплоёмкости это самый экономически выгодный дом. 6 2. Количество световых дней в нашем регионе В нашем регионе 80-85 световых дней, что составляет около трёх месяцев в год. Мы это можем увидеть по таблице №2: Не смотря на маленькое количество световых дней, тепло в доме будет проникать и оставаться. Зимой, когда бывает густой туман, какая-то часть солнечного света всё равно будет проникать внутрь. Теплопередача (теория теплообмена) — наука, изучающая процессы передачи теплоты между телами, распространение теплоты в пространстве и распределение температуры в твердых, жидких и газообразных телах. Выделяют всего три типа теплопередачи: теплопередача через плоскую стену, цилиндрическую стену и шаровую стену. Рассмотрим плоскую стенку, через которую происходит теплопередача. Поток тепла через нее равен: Q=k(T1-T2)S Вт/м2К где T2 — температура холодного вещества T, T1 — температура горячего вещества, S — площадь стенки, k — коэффициент теплопередачи (см. в примечании). Продукт проекта и его назначение: Для начала давайте порассуждаем: солнце греет всё вокруг и проникает во всё что угодно. Так же и с домом. Солнце проникает через окна, тем 7 самым нагревая его. Но это, как правило, происходит не так уж и долго. Тепло улетучивается наверх или обратно через окна и тем самым пропадает. Но, если порассуждать можно закрыть окна и тем самым тепло должно циркулировать в пространстве и сохранять температуру. К счастью или к сожалению, нужно учитывать ещё один факт: нужно следить за солнцем. Да, да именно следить. Как мы знаем солнце встаёт на востоке около 8 часа утра. Значит окна на востоке должны быть открыты. Идём дальше: 12-13 Часов дня оно находится на юге. Следовательно, около 19 часов вечера все окна должны быть закрыты рамами. Для того чтобы вычислить «расписание солнца» на каждое время года можно воспользоваться солнечным калькулятором http://www.hmn.ru/index.php?index=46&value=36229 Плавно переходим к практической части: для неё мне понадобится чертёж рамы, которая будет создаваться из следующих материалов: 1.Брус 40*40 мм. 2. Фольгированный утеплитель (1100*1400 мм.) 3. Строительный степлер 4. Скобы ТИП NT (0,75*13,00 мм.) Ход работы: 1. Отбираем 4 бруска и отмеряем два по 1100 мм. и два по 1400 мм. 2. Отпиливаем бруски данным размерам. по 3. На концах отпиленных брусков отмеряем высоту и длину по 20 мм. (иначе говоря создаем крепление «вполдерева») 4. Отпиливаем данные размеры 5. Скрепляем брусы данным креплением и заколачиваем гвоздями размерами (1,4*25) 8 6. Отрезаем фольгированный утеплитель размерами 110*140 7. Прислоняем к раме отрезанный утеплитель и «простреливаем» его скобами в области бруса 9 10 Практическая часть экспериментального исследования: Решение задач по формулам: Задача№1: Найти объём и массу воздуха в доме площадью 135 м2. Высота потолков 2,45 м.: Дано: S= 135 м2 h = 2,45 м ρ=1,29кг/м3 Найти: m-? Решение: m= ρV m=1,29кг/м3*135 м2*2,45м = 427 кг. Задача №2: Определим количество теплоты, которое необходимо для нагревания воздуха в помещении на 20°С: Дано: с=1000 Дж/кг*°С Δt=20°С m=4275 кг Найти :Q-? Решение: Q=cmΔt Q=1000 Дж/кг*°С*427 кг*20°С=8540000 Дж Задача №3 Рассчитаем массу топлива, необходимого для нагревания этой массы воздуха на 1 час: Дано: Решение: Q=8540000 Дж Q=qm m=Q/q q(дрова)= 13 МДж/кг m(дров)=8540000 Дж/13 МДж/кг=6,56 кг q(уголь)= 27 МДж/кг m(угля)=8540000 Дж/27 МДж/кг= 3,16 кг Найти: m-? Задача №4 Рассчитаем необходимую массу топлива, которым топятся у нас в регионе, с учетом того, что отопительный сезон длится примерно 6 месяцев. Дано: Решение: N – 180 дней M= N*m (M-масса топлива за 6 месяцев) m(угля)= 3,16 кг m(дров)= 6,56 кг M(угля)= 180 дней*24 ч*0,13= кг=561,6 кг M(дров)= 180 дней*24 ч*0,27= кг=1166,4 кг Найти: М-? 11 Расчёт стоимости топлива: Способ отопления Цена за 1 кг. За 1 день, руб. За 1 месяц, руб. За отопительный период (180 дней), руб. Дрова (берёза) 1,5 66 1980 356400 Уголь каменный 3 72 2160 270000 (1300/куб, 500 кг берёза) Вывод: из вычислений мы можем прийти к выводу, что дровами не выгодно отапливать дом какой бы площадь он не имел, даже с учётом что у вас в доме совсем нет потери тепла. Вычисления через формулы: Q = K*S*1/R*(tвн - tп)*n (коэффициент теплопотерь) Q = 1,02*21,6*1,33*0,75*2*1,0 = 43,95 Дж (см. n в примечании 1) Q = k(T1-T2)S (коэффициент теплопередач) Q= 0,18*17*20= 61,2 Дж (см. k в примечании 2) 12 Вычисления компьютера: 1. .https://prostobuild.ru/onlainraschet/220-raschet-teplopoter-domaonlayn.html Расчёт теплопотерь дома онлайн. ПростоBuild 2. https://td-pro.ru/articles/calcheat/ 13 Вывод Из выше подсчитанного, можно прийти к выводу, что вычисления с помощью компьютера, и вычисления по формуле - неодинаковы. Однако, самым точным и проверенным вариантом считается вычисление по формулам, т.к. они связаны с законами физики, а они покажут более реальные значения, чем вычисления компьютера. Так же можно прийти к выводу, что гипотеза была подтверждена. Благодаря моей раме температура в доме увеличилась и стабилизовалась в течение всего дня: но это ещё не всё. Из всей проделанной работы я хотел бы дать рекомендации ещё неопытным людям, которые хотят построить дом. ● ● ● ● ● ● ● ● Ввести в практику обязательное тепловизионное обследование планируемых для утепления зданий для последующей разработки проекта утепления; утепление фасадов проводить в комплексе с работами по реконструкции систем центрального отопления, установка автоматизированных приборов контроля потребления, утепление входов в подвал и т. д.; на нынешнем этапе работ отказаться от утепления фасадов кирпичных зданий и, в первую очередь, зданий, облицованных 7-щелевыми керамическими блоками; ввести в практику выборочный тепловизионный контроль выполненных работ по утеплению фасадов для объективной оценки качества проведенных работ; после выполнения утепления получать энергетический паспорт здания для оценки практической эффективности выполненных работ и соответствующего снижения фактической подачи тепла в здание на отопление. Целесообразно рассмотреть вопрос о включении такого паспорта в стоимость затрат на капитальный ремонт зданий. следить за циклом солнца в течение дня, чтобы вовремя закрывать рамки с фольгированой поверхностью. утеплить пол чердака, стены, двери, окна. выбирать качественный прочный материал. Источники: 1.http://proffinstal.ru/news/raschetteplopoteri/ 2.https://www.stroy-dom.net/?p=4031 3.https://teplo-info.com/otoplenie/raschet_teplopoter 4.https://files.stroyinf.ru/Data1/50/50453/index.htm 5.http://www.tehlit.ru/ 6.https://termopaneli59.ru/raznoe/formula-teplootdachi-chto-takoekoefficient-teplootdachi-ego-razmernost-kak-ego-opredelit-dlya-vypolneniyaraschetov.html#i-3 14 7.https://kalk.pro/heating/building-heat-loss/ 8.https://prostobuild.ru/onlainraschet/220-raschet-teplopoter-domaonlayn.html 9.https://td-pro.ru/articles/calcheat/ 10. https://exclusivevdom.ru/ascet-teplopoter-doma-s-primerom 11. https://www.avito.ru/ust-koksa/ Примечания: 1.Таблица n – коэффициент уменьшения Наименование ограждения n Полы на грунте и лагах 1,0 Чердачные перекрытия при стальной, черепичной или асбестоцементной кровлях при разреженной обрешетке и бесчердачные покрытия с вентилируемыми продухами 0,9 То же для перекрытий по сплошному настилу 0,8 Чердачные перекрытия при кровлях из рулонных материалов 0,75 Ограждения, отделяющие отапливаемые помещения от неотапливаемых, сообщающиеся с наружным воздухом 0,7 Ограждения, отделяющие отапливаемые помещения от неотапливаемых, не сообщающиеся с наружным воздухом 0,4 Перекрытия над подпольями, расположенными ниже уровня земли Перекрытия над подпольями, расположенными выше уровня земли Перекрытия над неотапливаемыми подвалами, расположенными ниже уровня грунта или выступающие на высоту до 1 м 2. Таблица коэффициента теплопроводности 15 0,4 0,75 Оглавление Введение ................................................................................................................... 2 Глава I ....................................................................................................................... 3 Глава II...................................................................................................................... 4 Теория для экспериментального исследования ................................................... 4 Формула теплообмена .......................... Ошибка! Закладка не определена. Практическая часть экспериментального исследования: ................................. 11 Вывод ...................................................................................................................... 13 Источники: ............................................................................................................. 14 16
