Физика на страже здоровья человека

Слайд 1

Роль теплопроводности в строительном деле. Авторы проекта: Фархутдинов Арслан, учащийся 8 класса ГБОУ Уфимской коррекционной школы-интерната № 13 для обучающихся с нарушениями опорно-двигательного аппарата Руководитель: Соловьянюк С.Г .

Слайд 2

Актуальность исследования. С приобретением небольшого дачного участка у нас появилась необходимость построить небольшой дачный домик, чтобы и зимой в нем было тепло. Познакомившись с огромным списком существующих сейчас на рынке строительных материалов, мы растерялись: какой лучше материал выбрать, что значит «лучше», какие характеристики строительных материалов взять за основу наших рассуждений? Так появилась цель проекта : оценить экономическую эффективность различных материалов в строительстве садового домика. Задачи проекта . Рассмотреть физические характеристики, от которых зависит теплосбережение в доме. Выбрать физическую характеристику строительных материалов и на ее основе провести исследование в поисках наиболее эффективного энергосбережения. Составить список наиболее распространенных строительных материалов и сравнить их коэффициенты теплопроводности в таблице. Разработать формулу подсчета стоимости тепловой энергии для поддержания теплового режима внутри помещения. Расчитать стоимость тепловой энергии для разных строительных материалов и сделать выводы. Представить проект в форме стендового доклада.

Слайд 3

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Дом теряет тепло через ограждающие конструкции (стены, окна, крыша, фундамент), вентиляцию и канализацию. 60 — 90% всех потерь тепла идет через ограждающие конструкции в процессе теплопередачи. Основной физической характеристикой теплопередачи является теплопроводность вещества. Теплопроводность — это свойство материала конструкции переносить теплоту через ограждающую конструкцию от взаимодействующей с ней среды с более высокой температурой к среде с другой стороны конструкции с более низкой температурой под действием разности температур на ее поверхностях. Кроме теплопроводности существуют еще такие виды теплопередачи, как конвективный обмен, лучистый теплообмен, теплоотдача (тепловосприятие) и теплоусвоение поверхности конструкции. Но эти характеристики оказывают заметно меньшее влияние на процессс теплопередачи, чем теплопроводность. Именно поэтому мы ограничиваемся рассмотрением свойств строительных материалов в зависимости от их теплопроводности. Характеристикой теплопроводности вещества является коэффициент теплопроводности λ, который используется для подсчета скорости передачи тепловой энергии от одного тела к другому. Чем меньше λ, тем больше экономия на отоплении!!! Основные значения коэффициентов теплопроводности различных веществ берутся из СП 50.13330. 2012 и СНиП 23-02-2003. Сравним по теплопроводности разные строительные материалы в таблице 1.

Слайд 4

Таблица 1. Коэффициенты теплопроводности некоторых строительных материалов. Материал стены Коэф. теплопров. Требуемая толщина в метрах Пенополистирол 0,039 0,12 Минеральная вата 0,041 0,13 Железобетон 1,7 5,33 Кладка из силикатного кирпича 0,76 2,38 Кладка из дырчатого кирпича 0,5 1,57 Клееный деревянный брус 0,16 0,5 Керамзитобетон 0,47 1,48 Шлакобетон 0,6 188 Анализ коэффициентов теплопроводности привел нас к неожиданному пониманию его роли. Оказывается, чтобы теплопередача сквозь стены из комнаты на улицу была одинаковой, мы можем использовать разную толщину строительных материалов. Из таблицы следует, что толщина стены из пенополиуретана может быть всего 50 мм, а в то же время стена из дерева должна быть толщиной в 340 мм, из кирпича — почти 1 метр, а из бетона более чем 2 метра .

Слайд 5

Город Сопр. теплопередачи Москва 3,28 Сочи 1,79 Иркутск 4,05 Уфа 3,48 Омск 3,82

Слайд 6

На диаграммах 2 и 3 показано, какой толщины должны быть стены для Московского региона, построенные из разных материалов, чтобы по теплопередаче они соответствовали СниПам. А поскольку мы никогда не видели стен из кирпича толщиной в 2,5 метра, это значит, что теплом из комнаты мы отапливаем улицу. Если же стену строить только из пеностирола или минваты, то такая стена не будет прочной. Поэтому предлагается соединять разные материалы. Например, внутреннюю часть стены выкладывать из кирпича или бетона для прочности, а с одной или двух сторон утеплять пеностирольными плитами. Или наоборот, комбинируя и чередуя.

Слайд 7

Р ассчитаем оплату за отопление для стен из разного материала. Пусть у нас будет домик размерами по 4 метра в длину и ширину и 3 метра в высоту. Для простоты расчетов будем считать , что стены глухие (без окон и дверей). Общая площадь стен равна: (4+4+4+4)х3=48 кв.м. Чтобы найти мощность N теплового потока, надо коэффициент теплопроводности λ умножить на площадь поверхности S , через которую передается тепло , на разность температур обеих поверхностей ( t 1 - t 2 ) и разделить на толщину стены l в том направлении, в котором передается тепло. Получается формула: N = λ х S х ( t 1 - t 2 ) : l Предположим, что толщина наших стен будет равна 0,1 м, температура на улице минус 25 радусов, а в комнате надо поддерживать плюс 20 , следовательно разность температур равна 45 градусам. Подставим эти данные в формулу и сосчитаем: N = λ х 48 х ( 20 - (-25)) : 0,1 = λ х 21600 = λ х 21,6 Подставляя в формулу значение коэффициента теплопроводности λ для разных материалов, мы узнаем какая мощность тепловой энергии проходит сквозь стены. Посчитаем для некоторых материалов и сведем в таблицу 3. Для обогрева дома мы собираемся поставить нагревательный электрический котел. Стоимость электроэнергии берется у нас в среднем 2 рубля за один кВт-час. Вычислим стоимость использованной электроэнергии за месяц (30 дней) для этих материалов по формуле: С = N х 24 х 30 х 2

Слайд 8

Вывод. Анализ расхода электроэнергии на отопление домика и оплаты за нее существенно зависят от выбора строительных материалов. Оказывается, что экономически выгодно возвести стены из пенополистирольных плит толщиной всего в 10 см и в таком доме будет всегда тепло, но при этом надо не забывать о прочности несущих конструкций. Поэтому без кирпича, железобетона или металлических конструкций нам не обойтись. Ну что ж, будем собирать стены, как сэндвич, из разных материалов и считать теплопотери и рубли. Успешных Вам новостроек!!! Литература Система нормативных документов в строительстве . Проектирование тепловой защиты зданий. / СП 23-101-2004. - Москва. - 2004 СП 50.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003) / Москва. - 2012 Перышкин А.В. Физика, 8. - Дрофа. - 2014 Материал Коэффициет теплопроводности λ Потери мощности N , кВт Стоимость потерь, руб Пенополистирол О,039 О,84 1213 Минвата 0,04 0,86 1250 Дерево 0,15 3,24 4665,6 Керамзитобетон 0,4 8,64 12442 Кирпич 0,76 16,4 23640 Железобетон 1,7 36,7 52876