Исследовательская работа "Погода в доме".

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 29

Исследовательская работа:

Погода в доме.

Выполнил:

ученик 4 «Б» класса

МБОУ СОШ №29

Колесников Арсений

Руководитель проекта:

Дербилова Н. П.

тел. 51-19-06

Хабаровск 2019

Оглавление:

Введение - с. 3.

1. Теоретическая часть:

1.1. Изучение принципа обогрева здания – с. 4.

1.2. Происхождение теплоты – с. 4.

2. Практическая часть:

2.1. Исследование внутреннего воздуха в детской комнате - с. 6.

2.2. Сбор информации в Музее энергетики имени В. П. Божедомова АО «ДГК» - с. 8.

2.3. Изучение способа поступления тепловой энергии в дом - с. 9.

3. Заключение - с. 10.

4. Список литературы, интернет - ресурсы - с. 11.

5. Приложение 1. Проведение опытов по исследованию внутреннего воздуха в детской комнате - с. 12.

Приложение 2. Экспонаты Музея энергетики имени В. П. Божедомова АО «ДГК» - с. 14.

Приложение 3. ТЭЦ-1 и тепловые сети - с. 17.

Введение

Пролетает жаркое и душное лето, проходит теплый сентябрь, а в октябре в нашем городе становится заметно холоднее. Что уж говорить о ноябре и зимних месяцах? В Хабаровске в это время на улице очень ветрено и холодно. Люди начинают одеваться теплее - надевают куртки, шапки, сапоги.

Но как же приятно в морозный январский день после зимней стужи зайти домой, снять с себя верхнюю одежду и оказаться в тепле и уюте. Такая ощутимая разница внутри и снаружи дома заставила меня задуматься - откуда же берется тепло в наших домах. Почему зимой, когда на так улице холодно и сыро, дома тепло и комфортно?

Цель исследования: Определить, откуда в наших домах появляется тепло.

Объект исследования: Тепловая энергия.

Предмет исследования: Способ получения и поступления теплоты в здания.

Гипотеза исследования: В моей комнате тепло от горячего прибора, установленного под окном.

Задачи:

1. Определить, как происходит обогрев квартиры и всего дома в целом.

2. Изучить происхождение и источники теплоты города Хабаровска.

3. Проследить путь теплоты от источника до зданий моего района города.

1. Теоретическая часть.

1. Изучение принципа обогрева здания.

В каждом помещении любого здания, если внимательно присмотреться, можно увидеть особые приборы, расположенные, как правило, под окнами. Осенью, когда на улице холодает, эти самые приборы становятся горячими, и в здании становится теплее.

В домашнем обиходе данные приборы называют батареи. Правильно же их называть радиаторы или отопительные приборы. Радиаторы каждого помещения связаны между собой трубами, и все вместе составляют систему отопления. Назначением системы отопления и является искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них теплопотерь и поддержания на заданном уровне температуры внутреннего воздуха.

В системе отопления по трубам и радиаторам происходит постоянное движение очень горячей воды. Вода проходит по трубам, поступает в радиатор, где через стенку радиатора отдает свое тепло внутреннему воздуху помещения. Этот процесс называется теплопередача - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к менее горячему, что является следствием второго закона термодинамики.

Далее воздух помещения контактирует с поверхностью радиатора (обычно ребристого, для увеличения площади соприкосновения) и разогревается. Разогретый воздух подымается вверх и контактирует с мебелью, стенами, потолком нагревая их, тем самым повышая температуру во всём помещении.

1. Происхождение теплоты.

Тепло, а правильнее сказать теплота или тепловая энергия образуется на теплоэлектростанциях.

Теплоэлектростанция (ТЭЦ или ТЭС) – это электростанция, вырабатывающая электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке – в 1882 году, а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России в Санкт-Петербурге. С момента своего появление, именно ТЭС получили наибольшее распространение, учитывая все увеличивающуюся энергетическую потребность наступившего техногенного века.

Общий принцип работы теплоэлектростанции очень прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания – в паровом котле. Внутри котла находятся трубы, по которым постоянно движется – циркулирует – вода. Топливо сжигается и выделяется большое количество тепла, которое превращает воду в тубах в пар. Упрощенно этот процесс можно представить в виде чайника, который находится над горелкой газовой плиты. Вода в чайнике от тепла сжигаемого газа постепенно нагревается, затем вода закипает, достигнув температуры 100 ^оС. Если дальше не выключать газ, то вода начнет превращаться в пар. На теплоэлектростанции пар вращает ротор турбины (фото №1,2 приложение №2), которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.

Система пар/вода замкнута. Пар, после прохождения через турбину, конденсируется и вновь превращается в воду, которая дополнительно проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой котел.

Каждая станция использует отдельное топливо, например, уголь, природный газ, мазут. Оно специально непрерывно поставляется, чтобы не нарушался рабочий процесс.

ТЭЦ - объект стратегический. Это значит, обычный человек не сможет просто так, ради любопытства, пройти не территорию станции. Теплоэлектростанция работает 24 часа в сутки и все 365 дней в году.

На тепловых электростанциях люди получают практически всю необходимую энергию на планете.

Главным недостатком всех тепловых электростанций является тип используемого топлива. Все виды топлива, которые применяют на ТЭС, являются невосполнимыми природными ресурсами, которые медленно, но неуклонно заканчиваются. Именно поэтому в настоящее время, наряду с использованием атомных электростанций, ведутся разработки механизма выработки электроэнергии при помощи восполняемых или других альтернативных источников энергии.

С помощью пара на теплоэлектростанции вырабатывается не только ценная электрическая энергия, но и образуется тепловая, необходимая для отопления зданий. Очень горячий пар передает свое тепло воде, которая по трубопроводам поступает в каждое здание города.

1. Практическая часть.

1. Исследование внутреннего воздуха в детской комнате.

Опыт №1 «Змейка».

Поверхность радиатора на ощупь очень горячая. Для подтверждения процесса движения теплого воздуха от нагретого радиатора проведен опыт № 1. Из бумаги вырезана змейка, которая с помощью нитки подвешена над радиатором в спальной комнате (фото №1 приложение №1). Змейка, свободно висящая в воздухе, начинает крутиться. Поднимающийся вверх теплый воздух от радиатора приводит змейку в движение.

Итак, теплый воздух, нагреваясь от радиатора, поднимается вверх. Холодный же воздух, который охлаждается в комнате или поступает с улицы, тяжелее теплого и опускается вниз. Происходит постоянное движение теплого и холодного воздуха не только в одной комнате, но и во всей квартире. Это видно из опыта №2 «Свеча» (фото №3, 4 приложение №1).

К верхней части приоткрытой двери спальной комнаты поднесена горящая свеча. Пламя свечи отклоняется из комнаты. Это выходит теплый воздух и двигает пламя наружу. В нижней части двери пламя свечи отклоняется вовнутрь комнаты. Холодный воздух поступает в комнату и направляет свечу внутрь.

Таким образом, воздух в квартире все время движется, теплый перемешивается с холодным. Так поддерживается определенная температура внутреннего воздуха в здании.

Опыт №3 «Измерение температуры».

Для доказательства работы системы отопления в помещении спальной комнаты, а значит и во всем доме, проведен следующий опыт.

С 25 декабря 2018 года в течение месяца выполнены ежедневные замеры температуры наружного воздуха с помощью термометра, установленного на окне, и температуры внутреннего воздуха с помощью комнатного термометра (фото №2, 5, приложение №1). Температура внутреннего воздуха измерялась в двух точках – возле окна и в центре комнаты на уровне 1 м от пола. Данные опыта сведены в таблицу:

На основании табличных данных построен график зависимости температуры внутреннего воздуха от температуры наружного воздуха (см. график приложения №1).

График наглядно показывает постоянство температуры внутри помещения независимо от погодных условий на улице. Температура внутреннего воздуха держится примерно на одном уровне, хотя температура наружного воздуха значительно колеблется. Это объясняется тем, что в комнату поступает больше количества тепловой энергии. Чем холоднее на улице, тем горячее радиаторы. Они горячее за счет того, что вода нагревается на более высокую температуру и отдает большее количество тепловой энергии отопительным приборам, а те, в свою очередь, излучают эту энергию в большем количестве окружающему воздуху.

Все помещения здания нагреваются за счет передачи тепловой энергии или теплоты от горячей воды радиатора к внутреннему воздуху.

2.2 Сбор информации в Музее энергетики имени В. П. Божедомова АО «ДГК».

Вся информация и история развития источников теплоты или тепловой энергии для отопления зданий города Хабаровска собрана в Музее энергетики имени В. П. Божедомова АО «ДГК», расположенном по адресу ул. Шеронова, 65.

Теплоснабжение жилой и общественной застройки города Хабаровска осуществляется от трех источников тепловой энергии - теплоэлектростанций: ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3.

ТЭЦ-2 в городе Хабаровске находится прямо на берегу Амура очень близко к центру города – переулок Сормовский, 1. Хабаровская ТЭЦ-2 вырабатывает только тепловую энергию без электрической, для отопления зданий Центральной части города.

ТЭЦ-3 находится в поселке Березовка на Федоровском шоссе, 10 и вырабатывает тепловую энергию для Северной и Центральной части Хабаровска.

Источником теплоты для зданий нашего Индустриального района, в котором я живу и учусь, является ТЭЦ-1, расположенная на ул. Узловая, д. 15. Ее легко найти по высоким трубам, очень заметным издалека, особенно зимой (фото №3, 4 приложение №2, фото №1, 2 приложение №3). Это дымовые трубы. По ним продукты сгорания топлива уходят в атмосферу. Продуктами сгорания являются углекислый газ, пары воды, угарный газ, сажа. Водяные пары имеют высокую температуру, а на улице зимой холодно. Из-за разницы температур пары воды превращаются в туман. Поэтому в холодное время года мы наблюдаем, как из трубы идет дым. Высота дымовых труб на ТЭЦ-1 составляет 100 м.

На ТЭЦ-1 раньше использовался только уголь. С 2006 года на ТЭЦ-1 начали использовать для сжигания природный газ Сахалинского месторождения. Это позволило значительно улучшить экологическую обстановку в г. Хабаровске. Природный газ является более чистым топливом. После его сжигания не образуется столько загрязняющих воздух веществ и золы, как после сжигания угля и мазута.

Хабаровская ТЭЦ-1 – одна из самых крупных станций на Дальнем Востоке. Территория, на которой она располагается, составляет 520 000 м². На станции находится 15 котлов. Высота котла может достигать 33 метра – примерно 10-ти этажный дом. Вес одного котла – 5000 тонн.

2.3 Изучение способа поступления тепловой энергии в дом.

Итак, пар выполняет две функции – помогает получить электричество и теплоту. Очень горячий пар передает свое тепло воде, которая по трубопроводам течет в здания города. Эти трубопроводы называются тепловые сети. Вода нагревается до очень высокой температуры от 70°С летом до 120°С зимой. Так она переносит тепловую энергию или теплоту от ТЭЦ по трубам тепловой сети в здания.

Сейчас трубопроводы тепловой сети выполняются из металла. Первые трубопроводы человечество изготавливало даже из дерева (фото №5 приложение №2). Трубы могут находиться над землей и могут быть проложены в земле, чтобы было не видно жителям города. Возле ТЭЦ трубы очень большие – 1 метр в диаметре, они практически всегда располагаются над землей (фото №3, 4, 5 приложение №3). Дальше трубопроводы доходят до каждого дома, школы и садика, чтобы в зданиях всем было тепло. Проходя по этому пути трубопроводы становятся все тоньше, примерно 50-100 см в диаметре. Их уже укладывают в специальные траншеи в земле и сверху засыпают (фото №6, 7 приложение №3). Если присмотреться к территории вокруг дома после небольшого снегопада осенью или весной, то можно увидеть участок земли, на котором снег растаял. Этот участок нагрели трубопроводы теплосети из-под земли. Именно здесь они заходят в дом, и дальше горячая вода попадает в систему отопления здания (фото №8 приложение №3).

Трубопроводы, по которым движется горячая вода, оборачиваются специальным материалом, он называется тепловой изоляцией. Она нужна, чтобы сохранить высокую температуру воды, иначе пока вода дотечет до последнего здания, которое отапливается, она остынет. В городе Хабаровске для теплоизоляции применяется минеральная вата, а с 2000 годов еще используется новый материал – пенополиуретан. Это синтетический материал, очень похожий на губку для мытья посуды, только очень спрессованную и твердую (фото №7, 8, 9 приложение №2).

3. Заключение.

В результате проведенной теоретической и практической работы, в соответствии с поставленными целями и задачами, подтверждена гипотеза исследования – комнаты в квартире и весь дом в целом получают тепло от радиаторов, устанавливаемых под каждым окном здания.

Экскурсия в музей, наблюдение за территорией моего района города позволили понять, где появляется электрическая и тепловая энергия и как тепловая энергия поступает в дома Индустриального района города Хабаровска.

Энергия необходима всем людям. Чтобы можно было говорить по телефону, смотреть мультфильмы по телевизору, учиться в теплой и светлой школе. Люди добывают тепловую и электрическую энергию при сжигании угля, газа, нефти. При этом загрязняется окружающая среда, выбрасывается углекислый газ в атмосферу, что приводит к «парниковому эффекту». Запасы полезных ископаемых невосполнимо исчезают.

Выполнение данной работы позволило сделать вывод: для сокращения потребления углеводородов и улучшения экологии на нашей планете каждому человеку в своем доме необходимо беречь тепловую и электрическую энергию.

1. Список литературы, интернет-ресурсов:

1. В. А. Переверзев, В. В. Шумов «Справочник мастера тепловых сетей», Ленинград, 1980 г.

2. В. И. Манюк «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей», Москва, Стройиздат, 1988 г.

3. https://samostroy74.ru/sistema-otopleniya-chto-eto-takoe.

4. https://studopedia.su/11_57158_protsessi-teploperedachi.html.

5. http://www.svitspb.ru/st_teplovye-seti.php.

6. Отопление: https://ru.wikipedia.org/wiki.

7. Теплоэлектроцентраль: https://ru.wikipedia.org/wiki.

12