Лабораторно-практическое занятие на тему «Измерение температуры отопительного прибора для определения его мощности»
методическая разработка на тему

Областное  бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Курский монтажный техникум»

Методическая разработка открытого урока

лабораторно-практического занятия  на тему  

«Измерение температуры отопительного прибора для определения его мощности»

по профессиональному модулю ПМ.03

«Наладка и испытания теплотехнического оборудования и систем тепло- и топливоснабжения»

для специальности  140102 Теплоснабжение и теплотехническое оборудование

г. Курск  2013

Лабораторная работа - это такой метод обучения, при котором студенты под руководством преподавателя и по заранее намеченному плану проделывают опыты или выполняют определенные практические задания и в процессе их воспринимают и осмысливают новый учебный материал.

   Проведение лабораторных работ включает в себя следующие методические приемы:

- постановку темы занятий и определение задач лабораторно-практической работы;

- определение порядка лабораторной работы или отдельных ее этапов;

- непосредственное выполнение лабораторной работы учащимися и контроль учителя за ходом занятий и соблюдением техники безопасности;

- подведение итогов лабораторной работы и формулирование основных выводов.

    Лабораторные работы как метод обучения во многом носят исследовательский характер, и в этом смысле высоко оцениваются в дидактике.

   Они пробуждают у студентов стремление осмыслить, изучить окружающие явления, применять добытые знания к решению и практических, и теоретических проблем.  Лабораторно-практические работы способствуют ознакомлению студентов с научными основами современного производства, выработке навыков обращения приборами и инструментами, создавая предпосылки для технического обучения.

    В процессе  лабораторных работ, наряду с ведущей дидактической целью - подтверждением теоретических положений - в ходе выполнения заданий у студентов формируются практические умения и навыки обращения с различными приборами, установками, лабораторным оборудованием, аппаратурой, которые могут составлять часть профессиональной практической подготовки, а также исследовательские умения  (наблюдать, сравнивать, анализировать, устанавливать зависимости, делать выводы и обобщения, самостоятельно вести исследование, оформлять результаты).

   Каждая лабораторная работа   должна соответствовать необходимым методическим указаниям, разработанным в утвержденных образовательных учреждениях.

     В основу данной лабораторно-практической работы был положен принцип деловой игры, когда отдельным группам студентов были розданы роли наладчиков теплоэнергетического оборудования, которые должны выполнять различные виды деятельности.

   Деловая игра позволила задать в обучении предметный и социальный контексты будущей профессиональной деятельности и тем самым смоделировать более адекватное по сравнению с традиционным обучением условие формирования личности специалиста. При этом  обучение участников происходит в процессе совместной деятельности.

   Краткая аннотация занятия:  лабораторно-практическое занятие «Измерение температуры отопительного прибора для определения его мощности» углубляет профессиональные компетенции студентов, позволяет извлечь из опыта информацию о физических процессах в тепловых системах,  позволяет активизировать процесс обучения за счет применения интерактивного

измерительного стенда АСО-III.

Продолжительность: 90 минут.

Тип урока: лабораторно-практическая работа

Форма проведения:  фронтальная и групповая в виде деловой игры.

Методы деятельности студентов: репродуктивный и частично-поисковый

Информационно-программное обеспечение урока: измерительный стенд АСО-III.

Методическое обеспечение урока: методическая разработка поведения работы, методическая разработка урока.

Цель урока:  обеспечивать познавательную активность на лабораторно-практическом занятии, рационально сочетать словесные, наглядные и практические методы, ознакомить учащихся с техническими основами современного производства, повысить интерес к профессии.

Задачи урока:

     образовательные:

• закрепить и углубить знания о работе приборов измеряющих расход и температуру;
• сформировать навыки обращения с современными измерительными системами;
• сформировать умения: определять мощность отопительного прибора,  выбирать отопительный прибор для помещения.

   развивающие:

• активизировать познавательную активность студентов через выполнение теплотехнического эксперимента,
• формировать целостное представление о профессиональной деятельности,
• вырабатывать умения  планирования способов достижения целей.

 воспитательные:

• вырабатывать инициативу, самостоятельность и ответственность,
• повышение интереса к будущей профессии,
• воспитание творческого подхода к работе.

Информационная карта урока

Тема нашей лабораторно-практческой работы №4 «Измерение температуры отопительного прибора для определения его мощности». Запишите её в своих тетрадях.

۞   Как вы думаете, исходя из темы, как знания, полученные на сегодняшнем уроке пригодятся вам в жизни?

   Действительно, в какой бы сфере теплоснабжения вы бы не работали - нигде не обойтись без измерения температуры, без понимания сути физических процессов, происходящих внутри оборудования.

   Сегодняшнее занятие замечательно тем, что позволяет вам поучаствовать в процессе измерения, выведенном на новый современный уровень с применением интерактивного измерительно-информационного стенда.

   Сегодня мы будем проводить теплотехнический эксперимент, измеряя температуру до и после отопительного прибора на двух режимах работы системы, будем строить графики, рассчитывать температурный напор и тепловую мощность прибора, научимся подбирать необходимый для помещения радиатор отопления и эти знания пригодятся вам,  если родители  решат заменить дома  радиаторы отопления.

   Эта вторая наша лабораторная работа на АСО-III.

АСО - это автономная система отопления.

۞Что значит автономная?     

 ۞ А  какое бы вы дали определение системы отопления? В смежном модуле встречались с этим  понятием, кроме того, наверняка, с этим словосочетанием вы не раз встречались в быту.

Итак, это инженерная система….( которая дает тепло в помещение, компенсируя его потери в окружающую среду, и обеспечивает комфортную температуру воздуха в нем)

 ۞ Сейчас кто-то из вас вспомнит и покажет основные составные части АСО. (теплогенератор  с устройством регулирования температуры, расширительный бак, устройства обеспечивающие безопасность

два отопительных прибора, автоматический регулятор температуры теплоносителя на входе в систему отопления, циркуляционный насос).

   Теперь, когда мы вспомнили устройство установки и принцип её действия, можно приступать к работе. Однако, установка одна, а мне хотелось бы, чтобы каждый из вас принял непосредственное участие в эксперименте. Для этого представим себе, что вы - бригада наладчиков.  

РАЗДАВАТЬ ЗНАЧКИ.

    В этой бригаде будет главный специалист, который ознакомит нас с правилами техники безопасности, включает и отключает установку и все время настороже, чтобы обесточить лабораторный стенд в случае опасности.

   Будут в бригаде  механики, которые настроят установку к работе, озвучивая свои действия.  

Следующими к работе приступят программисты, которые настроят нам компьютерное сопровождение.

3 наблюдателя будут снимать показания с измерительных приборов.

Кроме того будут в бригаде 2 аналитика, которые продумают итог нашего эксперимента, т.е. выдвинут свои предположения, что же будет с температурой на входе и выходе отопительного прибора с течением времени?

   Вообще-то, все происходящее очень будет напоминать ваши будущие действия в сфере теплоэнергетики.

   На недавней экскурсии в современном газотурбинном цехе вы видели, что все управление процессами идет по измерениям, выведенным на компьютер, видели, как наши бывшие ученики несут вахту в стерильном и тихом помещении.

  В момент наладки оборудования именно наблюдатели снимают показания контрольных приборов через определенное время, а потом, после математической обработки данных, вступают в работу механики…

   Сейчас, вы возьмете методички и, пользуясь указаниями для второй и третьей лабораторных работ, напишите себе в тетради планы действия по пунктам, т.е. механики - только механическую часть,

программисты  только то, что касается компьютерного сопровождения, наблюдатели перенесут в тетрадь листок наблюдений,

аналитики подумают над проблемой,

а главный специалист подготовит нам сообщение о ТБ и выпишет для себя последовательность включения.

  На все про все даю вам 10 минут.  

۞Итак, заслушаем главного специалиста:……… Хорошо, теперь, пускай стенд в работу, в холодном состоянии, т.е. без тумблера какого (2). Его ты включишь, когда наблюдатели будут готовы к измерениям.

۞Теперь механики говорят и выполняют работы…

1.Установите кран KPl в положение рукояткой вверх.

2.Установите кран КР2 в положение 2, и кран КРЗ в положение 2.

3.В результате будет подключен отопительный прибор №1.

4. Установите насос на самую низкую скорость.

5. На теплогенераторе установить t=70˚С.

۞Очередь программистов.

1. Включить системный блок  и запустить управляющую программу.

2. Открыть окно «Система отопления».

3.  На функциональной схеме стенда на экране с помощью мыши установить  положение кранов в соответствии с реальным их положением на стенде, при этом на экране стрелками проявится направление движения теплоносителя.

 4. В окне «Система отопления» произвести управление автоматическими регуляторами температуры ( на теплогенераторе установить t=65˚С, на регуляторе поз 6 установить t=55˚С, закон ПИД )

  5.  Выбрать градиент цвета теплоносителя на функциональной схеме: нижняя граница по температуре в помещении, верхняя по температуре с выхода теплогенератора 65˚.

۞Послушаем аналитиков, начертите на доске предполагаемый график температур.

 ۞2 наблюдателя занимают места поудобней и по сигналу третьего через 3 секунды записывают с экрана значения tвх (ТЕ2)и tвых.(ТЕ3) Делают 18 измерений.

 Первые 2 измерения  запишите на холодном стенде.

۞Главный специалист включает нагрев,  программист нажимает «авто» на теплогенераторе и регуляторе,  часовщик приготовился отсчитывать 20 секунд.  Пока идет опыт, все напишем в тетради:

 «1. Режим работы Т=55˚С» и начертим  таблицу из работы №3 на 18 столбиков-измерений и график по образцу.

۞ После окончания измерений Главный специалист выключает нагрев.

 Наблюдатель диктует показания.

  По результатам измерений постройте графики и определите, через какое время отопительный прибор начнет отдавать тепло.

  Затем выполните задание №10 по методичке, пользуясь приведенными формулами.

 ۞ Теперь, после построения графика, мы можем сравнить полученный результат с предположениями наших аналитиков. Правы ли они были?

Вообщем-то правы, но отклонение температуры выхода и входа невелики, т.к. радиатор небольшой, небольшой и теплосъем от него.
۞  Через какое время отопительный прибор начнет отдавать тепло в первом и втором режиме?

 ۞   Сравните температурные напоры и мощности измерительных приборов для разных режимов? (чем выше температура на входе прибора, тем больше будет его мощность)

   Как же подобрать радиатор для помещения?

Если неизвестны теплопотери помещения, то мощность радиаторов выбирают субъективно: 100 - 120 Вт на каждый кв.м помещения.

۞  Если наша аудитория 20 м2, то сколько Вт нам нужно для его отопления? (2000 Вт).

۞ Подсчитайте сколько таких радиаторов нам необходимо иметь, если режим т1= 55

(2000/Q1=  )?  А если режим Т1= 90 (2000/Q2=  )

۞Как вы думаете, почему этот способ подбора радиатора недоступен нам в реальной жизни, например если мы захотим выбрать радиатор для дома? (посмотрите на формулы… потому что не известен расход теплоносителя внутри труб)

   Поэтому, приходя в магазин, нужно обратить внимание на техническую характеристику радиатора, где указывается мощность его одной секции при заданном температурном напоре.

   Посмотрите на пример в методичке Q=155 Вт, при  ∆T=70°С:

Мощность отопительного прибора определяется по формуле:

Q = k×A×ΔT , где

k — коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/м² °С;

А — площадь теплопередающей поверхности отопительного прибора, м²;

ΔT — температурный напор, °С.

Из паспортных данных на радиатор нам известна мощность радиатора (Q) и температурный напор (ΔT), соответствующий данной мощности. Подставляя эти значения в формулу, определяем произведение k×A и пересчитываем мощность на свой температурный напор (ΔT).

Для нашего случая: k×A=155/70=2,21

Если мы определим температурный напор своей системы отопления, то можно пересчитать мощность 1 секции прибора:

Для режима 55-45:     Q=2,21* ΔT1=    а 4 секции=  Вт, тогда сколько радиаторов  для нашего помещения?

Для режима 90-70:     Q=2,21* ΔT2=    а 4 секции=  Вт, а тогда сколько радиаторов  для нашего помещения?

۞Закрепление:

1. Отчего зависит температурный напор отопительного прибора (в формуле)

2. Значение каких физических величин нужно знать для определения мощности отопительного прибора? (удельную теплоемкость воды, расход и разность температур).

3. На доске написать  формулу

4. А какие другие параметры будут определять мощность отопительного прибора?

(коэффициент теплопередачи отопительного прибора,  площадь поверхности и температурный напор)

5. На доске написать  формулу

6. Какой формулой мы пользуемся в быту и почему? (второй, т.к. там нет расхода теплоносителя, а Q и  ∆T записаны в паспорте прибора).

7. Как прикидочно определить необходимую мощность отопительного прибора для помещения? (100 - 120 Вт на каждый кв.м)

8.  Как расшифровать марку отопительного прибора написать на доске

СТМ ТЕРМО 350/80 - 4 ?  (350 мм- межосевое расстояние, 80 мм-толщина, 4 секции)

Домашнее задание :

Решить задачу и подготовиться к защите работы, основные вопросы к которой можете прочитать в методичке.

Задача:

Посчитать сколько радиаторов алюминиевых 350/80  4 секционных СТМ ТЕРМО нужно будет для отопления комнаты в вашей квартире, если режим отопления 80/60.

Лабораторная  работа  № 3  (тема 1.2. Измерение температуры)

«Измерение температуры отопительного прибора для определения

его мощности»

Цель работы:  Ознакомление обучающегося с методами выполнения теплотехнического эксперимента. Ознакомление и приобретение навыков теплотехнических измерений, составление уравнений баланса по результатам измерений. Выбор радиатора отопления по его номинальной мощности.

Задание:

1. Получить экспериментальную зависимость температуры от времени для  двух режимов работы: 55-45 и 90-70˚С. Построить графики.

2. По графикам определить через какое время отопительный прибор начнет отдавать тепло.

3. После достижения установившегося режима просчитать для каждого режима температурный напор и тепловую мощность.

4. Определить эмпирически необходимую мощность для нагрева аудитории

5. Изучить паспортные данные на отопительный прибор и пересчитать указанную мощность на рассчитанный напор для 2 режимов.

6. Рассчитать необходимое число радиаторов для отопления аудитории.  

Порядок выполнения:

1.Включите стенд (автоматы 1, 2, 3, 4).

2.Включите ПЭВМ и запустите управляющую программу.

3.Установите кран KPl в положение рукояткой вверх.

4.Установите кран КР2 в положение 2, и кран КРЗ в положение 2.

5.В результате будет подключен отопительный прибор №1.

6. Установите насос на самую низкую скорость (см. работу №2)

7. На теплогенераторе установить t=65˚С, на регуляторе поз 6 установить t=55˚С Проверить по показаниям ТЕ8.

8. Через 2 минуты снимать показания температуры с датчиков ТЕ2, ТЕ4.

9. Когда режим установится (когда температуры tВХ и tВЫХ перестанут изменяться), измерить tПОМ по датчику ТЕ7.

10. Построить график, выполнить задание №2, посчитать температурный напор:    ΔТ = (tВХ + tВЫХ)/2 - tПОМ   и тепловую мощность.

Тепловая мощность отопительного прибора приравнивается тепловой мощности, отдаваемой потоком теплоносителя.

где Qnp - тепловая мощность прибора [Bт];

Gnp - расход теплоносителя [г/с];

Cp - теплоемкость теплоносителя [Дж/г·°С], для воды Cp =4,1868 [Дж/г·0C];

tBX (tBЫX ) - температура воды на входе(выходе) отопительного прибора

11. На теплогенераторе установить t=95˚С, на регуляторе поз 6 установить t=90˚С Проверить по показаниям ТЕ8.

и аналогично выполнить пункты 8-10.

12. Если неизвестны теплопотери помещения, то мощность радиаторов выбирают субъективно: 100 - 120 Вт/кв.м помещения.

13. Данные из паспорта радиатора:

                     Радиатор алюминиевый 350/80 4 секции СТМ ТЕРМО

материал: алюминий

размер резьбы: 1"

рабочее давление: 16 атм

испытательное давление: 24 атм

максимальная температура теплоносителя: 110 °С

емкость одной секции: 0,26 л

теплоотдача (∆T=70°С): 155 Вт

количество секций: 4 шт.

14. В паспорте радиатора указывают мощность при конкретном напоре.

Мощность отопительного прибора определяется по формуле:

Q = k×A×ΔT , где

k — коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/м² °С;

А — площадь теплопередающей поверхности отопительного прибора, м²;

ΔT — температурный напор, °С.

Из паспортных данных на радиатор нам известна мощность радиатора (Q) и температурный напор (ΔT), соответствующий данной мощности. Подставляя эти значения в формулу, определяем произведение k×A и пересчитываем мощность на свой температурный напор (ΔT).

      Рассчитать мощность радиатора при режимах 55-45 и 90-70˚С.

    15. Рассчитать необходимое число радиаторов для отопления аудитории

          при режимах 55-45 и 90-70˚С.

 Контрольные вопросы к работе:

1. Что такое установившийся режим?

2. Какие датчики температуры используются, принцип их работы.

3. Где расположен вторичный прибор для измерения температуры?

4. Формула для расчета мощности отопительного прибора.

5. Как рассчитать мощность радиатора на конкретный температурный напор?

6. Какова должна быть суммарная мощность радиаторов для отопления комнат  в 16 м2 и 30 м2.