Расчет теплопотери  через окна

Проект «Энергосбережение в ЭЭЛ № 65»

Выполнили: учащиеся 10 «Б» класса

Садыкбеков Тилек

Бечелов Руслан

Деревянко Сергей

Абрамова Анжелика

Шарманкина Мария

Руководитель: Насырова Альфия Рустамовна, учитель экологи

Бишкек 2008

Содержание:

	стр.
Введение	3
Описание объекта	4
Виды намечаемых работ	7
Окна	7
Стены	10
Крыша	11
Теплоснабжение	11
Система энергообеспечения	12
Регулирование напряжения	14
Лампы накаливания	15
Эффект от внедрения проекта и его влияние на уменьшение «парниковых газов»	15

 

Введение

 

Старинная английская поговорка утверждает, что «Мой дом – моя крепость», как нельзя лучше иллюстрирует значение, какое имеет дом для человека. А так как школа является для многих учащихся вторым домом, то эта пословица актуальна для этого проекта. Необходимы: рациональный интерьер, правильная организация связи с окружающей городской средой и зонами отдыха. Это сложная система природной и искусственно созданной среды, где сочетаются воздействия физических, химических, биологических факторов

В понятие «энергетического комфорта» входит:

- достаточное естественное, искусственное освещение, инсоляция во все времена года;

- оптимальная температура окружающего воздуха

Комфортной температурой считается температура от 18⁰С до 24⁰С в зависимости от физиологии человека. Относительная влажность в пределах 40-60%. Очень важна роль вентиляции жилых помещений. Она помогает бороться с сыростью, способствует созданию воздушной среды, препятствует распространению воздушно-капельной инфекции. Здание обязательно должно облучаться прямыми солнечными лучами, которые способствуют оздоровлению организма человека и оказывают сильное бактерицидное действие на микрофлору в помещении. Наряду с естественным освещением искусственное освещение должно быть достаточным, равномерным без слепящего действия. Очень важно электрическое состояние воздушной среды. Известно, что соотношение положительных и отрицательных ионов вызывает изменения в состоянии организма.

 

Цель проекта:

1. Привлечь учащихся школы к деятельности по сокращению потребления энергии.

2. Внести свою лепту в сокращение выброса «парниковых газов»

3. Сформировать у учащихся мобильность в решении локальных экологических проблем

4. Обеспечить сохранение энергии в школе

 

Задачи проекта:

1. Сформировать инициативный центр проекта.

2. Изучить уровень представлений учащихся о проблемах, связанных с энергопотреблением.

3.  Распространить информацию о проекте среди всех школьников и педагогического коллектива.

4. Определить и организовать виды деятельности, предлагаемые учащимся для самостоятельной работы и работы в группе, в классе.

5. Провести мониторинг и анализ результатов проекта.

6. Распространить информацию о результатах проекта.

 

Ожидание результатов проекта:

1.Вовлечение определенное количество школьников, вовлеченных в действия по энергосбережению;

2.Сокращение потребления энергии в школе и в определенном количестве семей;

3.Повышение заинтересованности детей вопросами, связанными с окружающей средой;

4.Повышение уровня информированности участников в определенной области;

5.Получение детьми личного опыта и умений по реализации конкретных практических действий, направленных на сохранение окружающей среды.

 

 

Описание объекта:

 

Эколого-экономический лицей № 65 расположен по адресу: г. Бишкек, ул. Гоголя 59.

Техническая характеристика объекта:

1	Строительный объем здания, м3	29198
2	В том числе подземной части	26803
3	Площадь застройки в м2	2666,4
4	Общая площадь в м2	6860
5	Полезная площадь в м2	5779
6	Площадь кровли в м2	4375
7	Тип кровли	мягкая
8	Площадь наружных стен в м2	5179
9	Площадь остекленения в м2	4060
10	Этажность строения	3
11	Высота в метрах	3,65
12	Основной материал стен	бетон-кирпич
13	Толщина стен в см	25

 

Основные показатели расхода энергии

	Наименование статьи	потребление
1	Максимальная тепловая нагрузка в целом по организации (Гкал в час)	0,406
2	Расход тепловой энергии (Гкал/год)	702,157
	в том числе на отопление	634,801
3	Установленная мощность электроэнергии (кВт)	150
	освещение, кВт	65
4	Годовое потребление электроэнергии (кВт.ч) на теплоснабжение	240 000
5	Уделное годовое потребление электроэнергии (кВт. Час в год на 1 чел.)	140

 

Виды намечаемых работ:

Окна

В ЭЭЛ № 65 были проведены исследования помещений классов с точки зрения распределения и сохранения тепла. Мы, авторы этого проекта определили распределение температуры воздуха в классе и рассчитали, что суммарные потери тепла в каждом  классе составляют 1320 Дж, из них через окна 840 Дж, через стены 480 Дж.

Расчет теплопотери  через окна

 

Рис.1 Теплопотери через окно

Рассмотрим двойное окно, площадью 1 м². Теплообмен происходит за счет воздуха между стеклами при условии, что толщина стекла ничтожно мала. Измерение показывает, что между стеклами в среднем расстояние 5 см=0,05 м.

Температура воздуха в помещении в среднем по школе составляет 20⁰С, за окном – 0⁰С.

Количество теплоты, отдаваемое воздухом при теплообмене с окружающей средой за один час рассчитывается по формуле:

, то m= ρV, где m – масса воздуха между стеклами. Т.к.  , то m= ρV объем воздуха   V= Sh, тогда    Q= ρV( t- t₁)= ρSh( t- t₁)

Q₁=1.29 кг/м³ * 1м² * 0,05 м * 1000 (20-0)⁰С=1290 Дж.

При температуре за окном   t₂ =  -10⁰C,  Q₂=1.29 кг/м³1м² * 0,05 м* 1000 (20-(-10))⁰С=1940 Дж.

При температуре за окном   t₃ =  -20⁰C,  Q₃=1.29 кг/м³1м² * 0,05 м*1000 (20-(-20))⁰С=2580 Дж.

Данное количество теплоты теряется с 1 м² площади окна

Согласно паспорту лицея, общая площадь остекленения составляет 4060 м², тогда потери тепла при указанных выше температурах на улице составляют:

Q_общ1=1290 Дж/м² * 4060 м² = 5237 Дж=21943к кал при температуре – 0⁰С.

Q_общ2=1940 Дж/м² * 4060 м² = 7876 Дж =33000 ккал при температуре –   -10⁰С.

Q_общ3=2580 Дж/м² * 4060 м² = 10474 Дж=43886 к кал при температуре –   -20⁰С.

Таким образом, исходя из показателей Нац. стат. комитета температура зимнего периода с ноября по 14 января 2008 года и средняя температура февраля и марта за последние 5 лет (по данным Нач.стат.комитета) количество дней с температурой 0⁰С составляет 71, с температурой  - -10⁰С  - 45, а с температурой  - -20⁰С – 15 дней.

Тогда теплопотери за весь отопительный сезон составляют:

При 0⁰С - 21943 ккал приблизительно  составляют 37390872  ккал, или 37,39 Гкал

При - 10⁰С - 33000 ккал приблизительно составляет 35640000 ккал или 35,64 Гкал

При - 20⁰С - 43886 ккал составляет 15798960 ккал   или 15,79 Гкал

Что в сумме составляет  88,82  Гкал в год или 30 % от всей тепловой энергии, потребляемой лицеем за отопительный сезон.

Также не стоит забывать, что большая часть тепла теряется через щели. По данным проектного института г. Бишкек, общая потеря тепла через окна примерно составляет 45 %, то есть в пересчете на лицей это составляет 136 Гкал в год.

 

1. вариант: С помощью простого самодельного устройства «свознякометра» (нитка, закрепленная на карандаше), мы  определили источники сквозняков и нашли оптимальные методы их устранения. Трещины в стеклах и стыки решили герметизировать специальным клеем для стекол – силиконом. Изучив рынок строительных материалов, был выбран водонепроницаемый силикон, который обеспечит полную герметизацию окон; в местах, где стекло неплотно подходило к раме, решено было сделать заплатки из кусочков стекла и также герметизировать водонепроницаемым силиконом. Далее используя школьный воздухотсос, можно выкачать воздух между герметичными стеклами, таким образом, без капитальных вложений создать подобие современного стеклопакета. По расчетам учащихся, сквозняков в классах и в коридоре больше не будет.

2 вариант:В перспективе администрация школы рассматривает возможность замены старых, давно изношенных временем оконных рам на новые, изготовленные из ПВХ и алюминиевых профилей. Эти окна обеспечат полную теплосберегаемость и защиту от шумового воздействия. Кроме того:

- улучшаются теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций;

- больше солнечного света за счет более крупных створок;

- высокая стабильность окна за счет глубины оконной конструкции;

- улучшается дизайн помещения, ибо как говорят «окна –это глаза дома».

Конечно, установка металлопластиковых окон обходится несколько дороже обычных деревянных оконных проемов, но качество их себя уже зарекомендовало. Исчезают все неудобства с установкой, т.к. строительные фирмы при ознакомительном осмотре учитывают все особенности строительных конструкций, и позволяет воплощать в жизнь самые смелые замыслы. Окна из искусственных материалов, как правило не нуждаются в покрытиях, уход за ними почти не требуется, их легко мыть водой, в которую при большом загрязнении добавляют мягкие средства для споласкивания. О цвете можно сказать следующее: лучше всего использовать белые профили, т.к. у темных окон невозможно исключить опасность изменения цвета окрашенных поверхностей, ибо при тепловой нагрузке в нашем климате окна белого цвета могут нагреваться до 40⁰С, тогда как темные поверхности нагреваются до 60-70⁰С.

Этим объясняется не только стремление обеспечить теплоизоляцию в соответствии с современными требованиями с целью экономии энергии, но и пониманием того, что только безупречные окна в состоянии обеспечить комфортный микроклимат помещений.

Напольное покрытие

Здание функционирует как единый организм. И покрытие пола определяет воздействие, которое оказывает помещение на человека.

Для утепления пола только 1 этажа можно использовать любые экологически чистые утеплители, например, прессованные соломенные блоки. Сначала на перекрытие укладывается гидроизоляция. Затем устанавливаются деревянные столбики, между которых укладываются блоки из прессованной соломы. Поверх соломы делается стяжка. Пол опирается на установленные столбики.

Рис 3 . Распределение температуры утепленных полов

 

 

На подготовленную поверхность необходимо укладывать линолеум. Линолеум многих фирм  не боится ни ножек от мебели, ни каблучков. Кроме того, покрытие имеет дополнительный защитный слой и антибактериальную защиту, что очень актуально для учебного заведения

 

 

Стены

При утеплении стен важно обеспечить необходимую теплозащиту и тепловую инерцию экодома.

1. вариант. К имеющимся стенам с внутренней стороны предлагается использовать утеплитель, изготовленный из глиносоломенной смеси, т. е. используется солома, смоченная глиняным раствором (90% - солома и 10% - глина).

 

2 вариант.  В качестве материала для утеплителя можно использовать обычный пенопласт. Это очень доступный материал, который очень часто выбрасывается населением, как мусор. Тем самым расходы на данный материал минимальны.

В качестве облицовки можно использовать гипсокартон, либо штукатурку. Но при желании можно оставлять неоштукатуренными кирпич, грунтоблоки, гипсовые блоки и др. аналогичные материалы.

Рис.4  Конструкция стены.

Также для увеличения теплоотдачи имеющихся батарей, решено поместить за батареи теплоотражающий материал с поверхностью из фольги, что обеспечит увеличение температуры в классах и в коридоре  на несколько градусов.

При исследовании подвального помещения, установлено, что закрытие вентиляционных ходов также будет способствовать утеплению.

 

Крыша

Крыша, как и фундамент, определяет строения. Она защищает стены и фундамент от осадков, обеспечивает теплозащиту внутренних помещений. Крыша в лицее будет выступать как место для размещения на ней элементов солнечной энергетики (солнечные коллекторы, солнечные батареи для преобразования солнечной энергии в электрическую). С поверхности крыши собирается значительное количество воды для полива и других технических нужд.

Тип крыш – совмещенная крыша.

Конструкция совмещенной крыши практически такая же, как конструкция стены. Если последовательно рассматривать, как она устроена, в направлении изнутри - наружу, то сначала идет отделка, потом обрешетка, балки, пароизоляция, утеплитель, гидроизоляция, обрешетка и внешнее покрытие. Очень важно предусмотреть вентилируемое пространство над утеплителем, которое обеспечит непрерывное просушивание утеплителя и всей конструкции крыши. На крыше могут быть предусмотрены крепежные элементы, на которых размещаются солнечные коллекторы и солнечные батареи. В этом случае в кровле необходимо предусмотреть отверстия для прокладки воздуховодов и трубопроводов от воздушных и водяных солнечных коллекторов. В конструкции крыши предусматривается система сбора воды и ее отвод в определенное место на участке.

Рис. 5 Конструкция утепленной крыши.

 

Теплоснабжение.

Кроме хорошей теплоизоляции, для экономии энергии необходимы экономичные отопительные системы. К сожалению в зданиях старой многоэтажной застройки с уже работающей системой центрального отопления проводить реконструкцию системы отопления очень сложно. Гораздо логичнее использовать уже имеющиеся системы отопления, нагревательные приборы. Не секрет, что старые системы городского отопления не всегда могут обеспечить комфортные условия, т.к. за время прошедшее со времени сдачи в эксплуатацию систем городского теплоснабжения, они требуют значительной реконструкции, ремонта утеплительных конструкций, мероприятий по повышению температуры теплоносителя в системах городского теплоснабжения. Конечно, вопросы эти будут решены в масштабах города со временем, но создать комфортные условия в лицее можно только реконструировав старую систему центрального отопления. Прежде всего, необходимо заменить старые чугунные радиаторы уже неподдающиеся прочистке на новые биметаллические радиаторы, которые объединяют преимущества стальных и алюминиевых радиаторов. У них высокая эффективность теплопередачи с максимальным запасом прочности. Благодаря физико-химическим свойствам алюминия радиатор способен нагреть воздух в помещении в пять раз быстрее, чем обычные радиаторы. Система быстрой настройки идеально подходит к современным системам терморегулирования жилых помещений, обеспечивает максимальный комфорт и снижает затраты связанные с эксплуатацией. Для этих целей как нельзя лучше подходят радиаторы NEW SUPER TWIST, предназначенные для работы в системах водяного отопления с температурой теплоносителя 110⁰С. А если учесть, что температура теплоносителя в городских тепловых сетях редко поднимается до регламентированных 95⁰С, то преимущества алюминиевого радиатора очевидны. Они состоят из блоков по 2 или 3 секции, что уменьшает количество меж секционных соединений, повышает запас прочности и герметичности прибора. Контроль соединений проводят под давлением, превышающим рабочее давление, что обеспечивает гарантию качества сборки нагревательного прибора. Кроме того эти радиаторы не подвергаются воздействию воды в процессе эксплуатации и не ржавеют как чугунные радиаторы. Срок гарантийного использования –15 лет, что делает установку таких нагревательных приборов делом весьма выгодным.

Но в иные очень холодные периоды зимнего времени, когда температура наружного воздуха опускается до –20⁰С(и ниже, расчетная -37⁰С), в классах становится очень холодно. В это время очень разумно подключить электрорадиаторы, чтобы нагреть воздух помещения до комфортных условий. Это независимость от центрального отопления, полная автономность, возможность автоматизации, большая эффективность. Потребитель сам решает когда нужно включить или выключить электрорадиатор и, соответственно может управлять температурой в помещении. А при достижении нужной температуры воздухонагреватель автоматически отключится, что позволит сэкономить не только энергию, но и финансовые средства. Важными плюсами электрорадиаторов является их прочность, надежность, мобильность, безопасность в эксплуатации. с таким дополнительным прибором отопления можно не бояться любых капризов погоды.