Как утеплить свой дом доклад физика

Обновлено: 02.07.2024

Цели:
Выявить причины утечки тепла из помещения
Познакомиться с различными способами сохранения
тепла в помещении:
применить их на практике
выявить положительные и отрицательные
стороны каждого способа
Научиться сохранять тепло в квартире без больших
затрат
Изучить назначение и пользу пластиковых окон
Провести исследование по сохранению тепла в школе
№1

Причины утечки тепла :
Некачественное
утепление окон и
дверей
В панельных домах
тонкие
наружные стены
Тонкий потолок и
пол
• Утеплить окна
• Утеплить двери
•Создать тепловую завесу
•Повесить ковер на стену
• Повесить второй потолок
• утеплить пол

Способы утепления окон:
способ
+
-
Заклеивание
газетами
-дешевый способ
-окна
заклеиваются на
всю зиму
-Газеты присыхают
намертво
-Неэстетичный вид
-Рамы надо
перекрашивать
Заклеивание
скотчем
- Быстро
-Пластырь служит
долго
-Скотч отваливается
-Снимется вместе с
краской
Заклеивание
полосками
Ткани
-Самый
эффективный
способ
-Можно проводить
не ежегодно
-Нельзя открывать окна
-Относительно дорого
Поролоновые,
резиновые,
пенополиуретановые ленты
-Имеют клеевую
основу
-хорошо
сохраняют тепло
-Дорого

Исследование температурного режима
в кабинете физики
t
на улице
t в кабинете
до
утепления
t в кабинете
после
утепления
t на
подоконнике
до
утепления
t на
подоконнике
после
утепления
-3
14
18
7
10
0
15
20
10
12
0, ветер
10
17
5
11
Выводы: 1. Утепление поролоновыми лентами и бумагой
помогло сохранить тепло в кабинете.
2. Способ утепления не самый эффективный,
т.к. на подоконнике температура достаточно низкая.
3. Необходимо залить монтажной пеной промежутки между
рамой и стеной.
4. Необходимо замазать морозоустойчивым клеем
промежутки между стеклом
и рамой

Вопросы анкеты
У меня в квартире очень тепло.
Комнатная температура зимой достигает до 25ºС.
Мы окна не утепляем, т.к они у нас пластиковые.
На собственном опыте я убедилась, что пластиковые окна:
1. Хорошо сохраняют тепло.
2. Создают хорошую звукоизоляцию.
3. Вид у окон более эстетичный
4. На подоконнике хорошо растет рассада.
О назначении, преимуществах и недостатках пластиковых окон
я провела анкету среди учеников 10 класса нашей школы:
1. Какие окна стоят в квартирах?
2. Причина установки пластиковых окон?
3. Причина не установки пластиковых окон?
4. Назовите преимущества пластиковых окон?
5. Рассада лучше растет при пластиковых окнах?

• Какие окна стоят в квартирах?
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
Пластиковые
окна
Деревянные
окна
10%
0%
• Причина установки
пластиковых окон
Причина не установки
пластиковых окон
50%
Тепло, уютно
40%
30%
35%
Дорого
30%
25%
20%
Удобно в
20%
использовании
Старые окна в
хорошем
состоянии
10%
Звукоизоляция
10%
Не пропускает
воздух
15%
5%
0%
0%

• Назовите преимущества пластиковых окон
70%
Звукоизоляция
60%
50%
Красивые
40%
30%
Долговечность
20%
10%
Ничего не ответили
0%
• Рассада лучше растет при пластиковых окнах?
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Да
Нет
Не знаю

Наблюдение за ростом луковиц показали, что
они растут по-разному: на подоконнике с
пластиковыми окнами - быстрее,
а с деревянными окнами – медленнее.

Из истории пластиковых окон
Производство ПВХ в более крупных масштабах
началось в Германии в 30-е годы.
Использовать ПВХ для изготовления окон начали в
50-е годы 20-го века.
Сегодня окна из ПВХ профиля завоевали прочное
место на рынках Европы и Америки.
Уровень продаж в России растет из года в год в
геометрической прогрессии.

Теплоизоляцию пластиковых окон повышают,
используя однокамерные или двухкамерные
стеклопакеты с воздушными промежутками
между ними 6-20 мм.
Воздух, заполняющий расстояние между
стеклами, служит хорошим теплоизолятором.

Мероприятия по сохранению тепла в здании
школы№1.
(из интервью с директором школы И.Ю. Глазыриной)
мероприятия
результат
Стеклянные проемы на лестничных
маршах заменены кирпичной кладкой.
Поднялась температура воздуха в
коридорах.
Произведена промывка труб
отопительной системы .
Ликвидированы воздушные пробки.
Заменена часть труб на 3 этаже на
новые.
Отопительные батареи стали отдавать
больше тепла.
Переделана система подачи тепла
Температура воздуха в школе поднялась
на 2-3ºС.
Количество секций отопительных
батарей в кабинетах довели до нормы.
Повысилась температура воздуха в
классных комнатах.
Установлены пластиковые окна в угловых
кабинетах, в актовом и спортивном
зале.
В кабинетах по-прежнему не очень
высокая температура воздуха.
Заменены и утеплены входные двери.
Не стало сквозняков.
Выводы: 1. Температура в помещении школы повысилась на 2-3 ºС,
но еще не достигла нормативных значений.
2. Необходимы дополнительные мероприятия по утеплению школьного здания.

Температура воздуха в
кабинете
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
каб 25
каб 32
каб 35
каб 15
19 20 21 24 25 26 27 28
Декабрь 2012 года
Температура воздуха на
улице
Выводы:
1. Самый холодный
кабинет №15
2. Самый теплый
кабинет №35
3. Лучше всего
утеплены кабинеты
№ 32 и №35
4. Пластиковые окна
в кабинете №25
не создают постоянство
температуры.
5. Чем теплее на улице,
тем холоднее в кабинетах
0
-20
-40
Ряд 1

25
20
Температура воздуха в кабинетах
в январе 2013
15
10
каб 25
5
каб 35
0
0
каб32
каб15
14 15 16 17 18 21 22 23 24 25 28 29 30
-5
-10
-15
-20
-25
Выводы: 1. В январе самый теплый из контрольных кабинетов №35
2. Установка тепловентиляторов в кабинетах выполнена не правильно.

Рекомендации по поддержанию оптимального
температурного режима в кабинетах школы:
1. Провести утепление светопрозрачных ограждений для исключения
подсоса холодного воздуха на стыках рам.
2. Создать тепловые экраны между отопительными радиаторами и наружной
Стеной для снижения отдачи тепловой энергии в стену.
3. Изолировать трубопроводы системы отопления в подвальных помещениях .
4. Увеличить температуру теплоносителя в подающем трубопроводе согласно
температурного графика 95/70 ºС.
5. В кабинете №8 произвести промывку отопительного прибора.
6. В кабинете № 32 заделать щель за письменной доской в наружной стене
для исключения подсоса холодного воздуха .
Рекомендации авторов проекта
1. Ответственно и грамотно отнестись к утеплению окон осенью 2013 г.
2. На основе данной исследовательской работы создать памятку по
эффективным и дешевым способам утепления окон.
3. Проанализировать эффективность установки пластиковых окон в
кабинетах школы .
3. Произвести переустановку тепловых вентиляторов.

Вывод :
Мы не можем повлиять на погоду, ветер,
дождь, снег, холод.
Но все же у нас есть возможность
значительно уменьшить потери тепла в
своем жилище.
Это как минимум четыре направления, по
которым из дома уходит тепло.
Наиболее актуальными мероприятиями по
сокращению теплопотерь нужно считать
утепление стен и окон.
ДОБРОГО ВСЕМ ЗДОРОВЬЯ
В ВАШИХ УЮТНЫХ И
ТЕПЛЫХ КВАРТИРАХ!

Для ответа на эти вопросы нужны некоторые экспериментальные исследования, а значит необходимо провести опыты, позволяющие утеплить жилое помещение своими руками.

Вложение	Размер
issledovatelskaya_rabota_lips_e.k._27.11.16_1.doc	475 КБ

Предварительный просмотр:

XVIII Научная и инженерная выставка молодых исследователей

Сохраним тепло своими руками

Россия, г. Снежинск

Автор: Липс Екатерина

МБОУ СОШ №135 имени академика Б.В. Литвинова

Научный руководитель: Бижова Татьяна Васильевна

МБОУ СОШ №135 имени академика Б.В. Литвинова

Работа состоит из следующих частей:

введение;
теоретические основы физических явлений;
практикум;
результаты и выводы.

Мероприятия по утеплению комнаты:

Исключение предметов экранирующих радиатор центрального отопления от комнаты;
размещение между радиатором и стеной отражающего экрана из фольги;
укладка ковра на пол в центре комнаты;
экранирование шторами окон для предотвращения потери тепла.

Цель данного проекта - показать, что эксперименты и наблюдения позволяют проверить истинность теоретических выводов, научиться проводить исследования различных явлений, понять природу происхождения этих явлений и научиться применять основы физики в повседневной жизни каждого человека. Для достижения цели рассматриваются некоторые физические процессы, изучение и объяснение которых осуществляется через постановку проблемы, выдвижение гипотезы, ее доказательство или опровержение.

В работе сформулирована гипотеза: многие явления, изучаемые в школьном курсе физики, имеют практическое применение в различных областях повседневной жизни (в частности, при утеплении жилья). Для доказательства гипотезы проводятся эксперименты (опыты) по таким разделам физики, как тепловые явления, теплообмен, способы переноса тепла с использованием бытовых предметов и всего того, чем пользуется человек в обыденной жизни.

Основные задачи исследования:

Расширение теоретической и практической частей учебной программы;
развитие творческой самостоятельности;
усиление связи обучения с жизнью;
развитие склонностей к изучению физики.

Актуальность исследования состоит в том, что, изучив данный вопрос можно найти ему практическое применение, объяснить те или иные явления, происходящие в природе, доме и т.д.

В заключительной части работы подведены некоторые итоги. Отмечено, что практически все физические процессы, описанные в работе, нашли применение и имеют место в жизни человека. Данная работа может быть использована на уроках физики, как вспомогательное пособие при изучении процесса теплообмена. Привлечение имеющегося бытового опыта способствует повышению мотивации к изучению физики, как общеобразовательного предмета.

1. Законы физики в помощь моим исследованиям………..

2. Способы утепления комнаты без капитального ремонта

и обоснование этих способов с помощью физических

3. Наблюдение за изменением температуры воздуха в

4. Анализ результатов измерений………………..

6. Список использованной литературы……………………..

Я - теплолюбивый человек и мне комфортно, когда в квартире тепло. В нашей квартире очень уютно, но бывают такие периоды в зимнее время, когда я чувствую себя не комфортно из-за того, что в моей комнате просто холодно, особенно ночью. Хорошо бы добавить температуру отопления, но батареи в комнате и так включены на полную мощность. Родители считают, что температура в комнате нормальная (20 0 С), но мне этого мало. Можно, конечно, включить обогреватель (масляный радиатор), но на ночь для безопасности я его отключаю, и, к тому же будет затрачено много электроэнергии, а, значит, родителям придется доплачивать некоторую сумму денег. Я заметила, что в моей комнате становится холодно когда: температура воздуха на улице ниже – 22…25 о С, дует сильный холодный ветер с улицы, слабо греет батарея центрального отопления. И я стала задумываться, как утеплить комнату и не использовать обогреватель, расходующий большое количество электроэнергии?

Чтобы разобраться с этим вопросом, я воспользовалась Интернетом. Для этого, посещала множество сайтов и изучала рекомендации по утеплению жилых помещений. Из всех рекомендаций я выбрала для себя четыре простых и доступных для меня способа утепления комнаты и решила проверить эти способы на практике.

1. Законы физики в помощь моим исследованиям.

Микроклимат в квартире в холодный период года в значительной степени зависит от температуры воздуха в квартире. В этот период обогрев жилого помещения в основном осуществляется батареей центрального отопления. Передача тепла от батареи центрального отопления (теплопередача) сопровождается следующими физическими процессами:

- передача тепла от горячей воды к внутренним поверхностям радиатора, а затем передача тепла за счет теплопроводности от внутренних поверхностей к наружным поверхностям радиатора;

- конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией) от батареи в комнату – нагрев воздуха и предметов в комнате.

Теплопередача – это процесс передачи теплоты от более нагретых тел менее нагретым телам. Ни какой холод, ни куда передаваться не может – передается только тепло.

Существуют три основных способа передачи тепла от одного тела к другому:

1.Теплопроводность – это процесс передачи теплоты от более нагретых участков тел менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Рисунок 1. Конвекция воздуха в комнате.

3. Тепловое излучение (лучистый теплообмен) – это передача теплоты от одного тела другому с помощью электромагнитных волн (электромагнитного излучения), которые излучает любое нагретое тело. Лучи Солнца проходят через космическое пространство и нагревают Землю. Человек осуществляет передачу тепла излучением постоянно и во всех направлениях, в это время все, что окружает человека, так же испускает тепловое излучение в сторону человека. Когда тело человека имеет такую же температуру, как и у всех окружающих его тел, то все тела и человек в такой системе находятся в тепловом равновесии и человеческому организму комфортно. Если же окружающие человека тела не излучают достаточно тепла, то человек замерзает. Таким образом, если предметы в квартире (стены, пол, потолок, мебель и т.д.) не нагреты до определенной температуры и не излучают необходимое тепло, то человек в комнате начинает замерзать и ему в этой комнате не комфортно.

2. Способы утепления комнаты без капитального ремонта и обоснование этих способов с помощью физических процессов.

2.1. Способы утепления комнаты без капитального ремонта.

На рисунке 2 представлена схема квартиры, в которой я проживаю. Наиболее холодной по ощущениям стеной в детской комнате является стена, совмещенная с подъездным помещением.

В детской комнате имеется алюминиевый радиатор центрального отопления, состоящий из 10 секций. До утепления в комнате отсутствовал на полу ковер, окна были закрыты тонкими капроновыми шторами. Пять секций радиатора были закрыты комодом, стоящим у оконной стены.

Рисунок 2. Схема квартиры.

После изучения способов утепления жилых помещений я выбрала четыре простых и доступных для меня способа утепления комнаты:

1. Исключение предметов закрывающих (экранирующих) радиатор центрального отопления от комнаты;

2. Размещение между радиатором и стеной отражающего экрана из фольги;

3. Укладка ковра на пол в комнате;

4. Экранирование шторами окон в ночное время.

Следуя этим способам, в детской комнате на пол был постелен ковер, а на окна дополнительно были повешены ночные шторы из плотного текстильного материала. От радиатора центрального отопления бал отодвинут комод. Изучение физических процессов переноса тепла помогло мне понять за счет чего возможно повышение температуры воздуха в моей комнате после реализации, выбранных мною способов утепления.

2.2. Обоснование способов утепления комнаты с помощью физических процессов.

2.2.1. Исключение предметов закрывающих (экранирующих) радиатор центрального отопления от комнаты.

Предметами, закрывающими батарею центрального отопления в моей комнате, были ночные шторы и комод. Шторы, изготовленные из плотного текстильного материала, обладают сложной пористой структурой. Текстильный материал состоит из переплетенных определенным образом нитей. Каждая нить состоит из тончайших волокон. Поры и зазоры между волокнами заполнены воздухом. Поры располагаются как между волокнами, так и внутри них. Учитывая, что текстильные материалы обладают высокой пористостью, их теплопроводность определяется в значительной мере теплопроводностью воздуха, находящегося в волокнах.

Комод в моей комнате имеет высоту 0,9 м от пола и он закрывал от комнаты почти половину радиатора батареи. Комод изготовлен из древесно-стружечной плиты. В той части комода, которая перекрывала батарею, хранятся книги и журналы. Шторы и комод в моей комнате имеют низкую теплопроводность и являются теплоизоляторами, они препятствуют нагреванию воздуха в моей комнате от батареи.

Теплопроводность – это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых тел к менее нагретому телу. Перенос внутренней энергии осуществляется хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т.п.). Теплопроводность- это способность тела проводить тепло. Теплопроводность материала характеризуется (определяется) коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м·К) показывает, какое количество теплоты проходит в единицу времени через 1 м2 материала толщиной 1 м при разности температур в 1 К. Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества и характеризует способность вещества проводить тепло. Коэффициент теплопроводности имеет различные значения для различных веществ и зависит от структуры этого вещества и плотности, влажности, температуры и других физических характеристик. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше материал передает тепло и тем хуже у этого материала теплозащитные свойства. Например, коэффициент теплопроводности алюминия – 230 Вт/(м·К), а чугун имеет значение коэффициента теплопроводности – 56 Вт/(м·К), поэтому батарея отопления, изготовленная из алюминия, лучше нагревается от горячей воды, чем батарея из чугуна. Пластмасса или резина имеют коэффициент теплопроводности – 0,15…0,18 Вт/(м·К). Батарея, изготовленная из пластика или резины, не способна нагреется от горячей воды и передать тепло в квартиру. Воздух имеет коэффициент теплопроводности воздуха – 0,02. Воздух плохой теплопроводник и хороший теплоизолятор. Коэффициент теплопроводности:

- текстильного материала – 0,03…0,09 Вт/(м·К) (меньшее значение для более плотного текстильного материала, большее значение для менее плотного текстильного материала);

- древесно-стружечной плиты, из которой изготовлен комод, – 0,15… 0,2 Вт/(м·К).

Таким образом, ночные шторы и комод, обладая низкой теплопроводностью (низким коэффициентом теплопроводности), являлись не проводниками тепла, а теплоизоляторами. Следовательно, освободив батарею отопления от экрана из штор и комода можно рассчитывать на большую передачу тепла от батареи и увеличение температуры воздуха в комнате.

2.2.2. Размещение между радиатором и стеной отражающего экрана из фольги с целью отражения теплового излучения от стены в комнату и тем самым исключения потери тепла на нагрев наружной стены.

Разогретая батарея центрального отопления с помощью теплового излучения (электромагнитных волн, электромагнитного излучения) передает тепло предметам, расположенным в комнате (мебели), а так же полу, стенам и потолку комнаты. Тепловое излучение не нагревает воздух. Предметы, расположенные ближе к батарее отопления, нагреваются интенсивнее и их температура выше, чем температура предметов удаленных от батареи. Батарея отопления в моей комнате расположена на расстоянии 3,5 см от стены. Одна сторона этой стены находится в моей комнате, другая сторона выходит на улицу. Стена за батареей отопления (при включенном отоплении) всегда теплая. Измерения температуры участка стены, находящегося за батареей показало, что температура стены в этом месте достигает 40…48 о С. Схема измерения температуры участка стены, расположенного за батареей, приведена на рисунке 3. Исходя из этого, можно сделать вывод, что радиатор отопления расходует тепло на прогрев тепловым излучением наружной стены дома и дальше на прогрев воздуха от стены на улице, вместо того, чтобы нагревать предметы внутри комнаты.

Для исключения нагрева участка стены за батареей, отражения в комнату теплового излучение направленного на стену и уменьшения потери тепла, необходимо между батареей и стеной расположить отражающий экран (рисунок 3). Отражающий экран состоит из слоя алюминиевой фольги и слоя пенопласта. Фольга с гладкой и зеркальной поверхностью имеет способность отражать тепловые излучения. Слой пенопласт толщиной 0,5 см будет служить теплоизолятором.

Рисунок 3. Размещение отражающего экрана.

2.2.3. Укладка ковра на пол в комнате для исключения расхода тепла на нагрев бетонного пола.

В моей комнате на полу постелено напольное покрытие – линолеум. Коэффициент теплопроводности линолеума – 0,17…0,19 Вт/(м·К). Шерстяной ковер также как и шторы имеет сложную пористую структуру из переплетенных нитей, состоящих из тончайших волокон. Поры и зазоры между волокнами заполнены воздухом. Толщина ковра в 10 раз превышает толщину материала штор. Коэффициент теплопроводности шерстяного ковра сравним с коэффициентом теплопроводности шерстяного войлока, и составляет – 0,045 Вт/(м·К). Шерстяной ковер очень хороший теплоизолятор и совместно с линолеумом очень эффективно предотвращает потери тепла на нагрев бетонного пола.

2.2.4. Экранирование шторами окон в ночное время для предотвращения потери тепла на нагрев окна и оконной стены.

Как уже было сказано, текстильные шторы являются теплоизолятором, препятствующим передачи тепла от более нагретых тел менее нагретым. Плотно закрыв шторы в ночное время, мы можем сократить потерю тепла на нагрев окна и оконной наружной стены. Воздух в комнате будет теплее, чем воздух между шторой и окном или стеной. Плотно закрыв шторы, следует помнить, что при этом батарея отопления должна быть открыта. Чем плотнее будут ночные шторы, тем эффективнее они будут препятствовать передаче тепла к окну и наружной стене.

3. Наблюдение за изменением температуры воздуха в комнате до и после утепления комнаты.

Чтобы оценить эффективность четырех способов утепления детской комнаты, в процессе выполнения исследовательской работы проводились измерения:

- температуры воздуха в комнате до и после утепления комнаты;

- температуры на поверхности батареи отопления;

- температуры воздуха на улице.

Измерение температуры воздуха в комнате и на поверхности батареи производилось электронным термометром. При измерении термометры воздуха в комнате измерительный элемент электронного термометра располагались на высоте 0,6 м от пола. Измерение температуры на улице производилось спиртовым термометром.

На рисунке 4 представлена схема детской комнаты, в которой проводилось утепление. На схеме показаны места измерения температуры воздуха в комнате: Т К 1, Т К 2, Т К 3 и Т К 4.

В ходе исследования 14.11.16 после 19.00 было проведено утепление комнаты описанными выше способами. Для оценки влияния утепления на температуру воздуха в комнате 20.11.16 после 19.00 комната была приведена в состояние до утепления.

Рисунок 4. Схема детской комнаты, в которой проводилось утепление.

Результаты измерения температур на поверхности батареи отопления Т Б , температур воздуха на улице и в комнате Т К 1, Т К 2, Т К 3 и Т К 4 за период времени с 09.11.16 по 21.11.16 сведены в таблицу 1. В таблице Т К-СР – это среднее значение температуры в комнате четырех температур Т К 1, Т К 2, Т К 3 и Т К 4.

КАК СОХРАНИТЬ ТЕПЛО

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Содержание

2. Тепло и способы его сохранения

2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения. 4 - 6

2.2. Пластиковые окна и их преимущества. 7 – 8

3. Практическая часть…………………………………………. 9

6. Приложение. 19-23

Введение

Тема исследовательской работы: Как сохранить тепло.

Когда мы поступили в первый класс, в нашем кабинете и спортивном зале было тепло. С приходом холодов ситуация изменилась. В классе стало прохладно, а в спортивном зале нам приходилось заниматься в теплых спортивных костюмах.

После проведенных летом ремонтных работ и установки пластиковых окон, осенью мы заметили, что в нашем классе, а особенно в спортивном зале стало тепло. И мы задумались, а может ли это быть связано с заменой в помещениях деревянных окон на пластиковые? Или существуют другие способы сохранения тепла?

Цель исследования: выявить условия, при которых достигаются минимальные потери тепла в помещениях и пути его сохранения.

Задачи исследования:

1. Сформировать теоретическую базу исследования.

2. Проанализировать тепловой режим в выбранных помещениях с октября 2013 по октябрь 2015 года.

3. Исследовать конструкции окон ПВХ.

4. Сопоставить тепловой режим помещений, оснащенных окнами ПВХ.

Гипотеза: окна из ПВХ профиля способствуют тепловому режиму в помещениях.

Методы проведения исследования:

- изучение литературы и интернет ресурсов;

2. Тепло и способы его сохранения

2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения

Что такое тепло? Обратимся к словарю.[4] 1. Нагретое, теплое состояние чего – нибудь. 2. Нагретость воздуха, его температура выше нуля. 3. Теплое, нагретое место, помещение.

Еще издревле люди стремились сохранить тепло своих жилищ, помещений, где они жили. Первейшим отопительным устройством с древнейших времен был обычный костер. Он служил одновременно для приготовления пищи, и для обогрева. Костер собирал вокруг себя людей, объединял их. Когда то наши предки перенесли открытый огонь, тот же костер, в жилище. Первое время дым выходил через вход в пещеру. В жилище всегда было очень дымно и угарно. В дальнейшем люди догадались сделать отверстие вверху пещеры. Чтобы сохранить в пещере тепло длительное время, кострище начали обкладывать камнями. Так получился первый очаг. Но еще очень долгое время очаг оставался примитивным: дым из него выходил через отверстие вверху жилища. Северные народы до сих пор пользуются таким способом обогрева[1].

Совершенствуя традиционный камин, сконструировали автономную печку, для стенок которой использовали чугун, обладающий большой теплоемкостью.

В Европе водяные и паровые отопительные системы чаще всего применялись для обогрева оранжерей и зимних садов, и только начиная с 30-х годов XIX века водяное отопление начало все шире применяться для обогрева жилых помещений. Именно в России, а точнее, в Санкт-Петербурге, был изобретен принципиально новый обогревательный. Самой старейшей из действующих батарей отопления – 108 лет. Она находится в Царском селе на даче Великого князя Бориса Владимировича.

Таким образом, следует отметить, что люди во все времена стремились сохранить тепло в помещениях. Но менялись времена, менялись способы и методы сохранения тепла.

Как гласит старая мудрая пословица – готовь сани летом, а телегу зимой. Она заставляет нас задуматься о том, что все проблемы надо решать вовремя, а еще лучше заранее.

Сохранение драгоценного тепла в жилище хотя бы на уровне плюс 18 градусов остается по-прежнему делом рук самих жильцов. Включение в сеть электрообогревателей, даже если они у вас есть, еще не решение проблемы. Во-первых, они сушат воздух, во-вторых, расходуют огромное количество электроэнергии, что тут же ляжет дополнительным бременем на семейный бюджет, и в-третьих, не спасают от сквозняков. Поэтому, чтобы сохранить тепло, прежде всего надо разобраться, куда оно у вас улетучивается. Все дело в том, что наши дома, если говорить по-научному, далеки от энергоэффективных. Много тепла просто уходит наружу.

Для выяснения того, куда же уходит тепло из нашего дома, были проведены исследования.[3] На примере обычного панельного дома (если взять все теплопотери за 100%): Стены – 18%, воздухообмен (вентиляция) – 22%, окна – 25%, подвалы – 9%, крыша –11%, система отопления – 15% (Приложение 1) Вот и получается, что мы оплачиваем больше тепла, чем получаем в итоге. Что же делать?

Вот несколько советов от специалистов. [3] (Приложение № 2)

1. Утепление окон может повысить температуру в помещении на 4–5°С и позволит отказаться от электрообогревателя, который за сезон может потреблять до 4000 кВтч на одну квартиру Утеплите деревянные рамы уплотнителем либо поменяйте их на пластиковые стеклопакеты.

2. Теплоотражающая пленка – оптически прозрачный материал со специальным многослойным покрытием, который устанавливается на внутреннюю поверхность наружной оконной рамы. Пленка пропускает 80% видимого света, а внутри квартиры отражает около 90% теплового излучения, что позволяет сохранить тепло в помещении зимой и прохладу летом.

3. Не задвигайте радиаторы мебелью и не занавешивайте их шторами. Преграды мешают теплому воздуху равномерно распространяться по комнате и снижают теплоотдачу радиаторов на 20%.

5. Особенно тщательно стоит утеплить балконную дверь. На нижней части двери можно закрепить кнопками декоративный коврик, а на порог со стороны комнаты положить, плотно прижимая к двери, сшитый из толстой ткани валик. Набить его можно поролоном или обрезками ткани.

6. Утеплите входную дверь. Действенный способ сохранить тепло, уходящее через входную дверь, – установить вторую дверь, создав теплоизолирующий тамбур (Приложение №2).

В некоторых регионах нашей страны для сохранения тепла в жилых помещениях используют другие способы. Например, когда мы были в Крыму, мы обратили внимание на то, что снаружи домов выполняются какие-то работы. Мы обратились за разъяснением в местное ЖКХ. Нам объяснили, что для сохранения и экономии тепла в собственных квартирах, некоторые жильцы обшивают наружные панели своих квартир утеплителями (пенопласт). Что приводит к значительной экономии.

Таким образом, можно сделать вывод, что сохранение тепла в помещении, это задача самих людей. А так как основным источником потерей тепла являются окна, то следует рассмотреть целесообразность смены деревянных окон на окна ПВХ.

2.2. Пластиковые окна и их преимущества

Обратимся к истории создания пластиковых окон.

Пластиковые окна делаются из поливинилхлорида (ПВХ). [7]Это один из самых первых искусственных материалов. ПВХ известен уже почти 200 лет, впервые он был создан химиком Регнальдом в 1835 году. Но только в начале 20-го века промышленники заинтересовались массовым производством, но начавшаяся первая мировая война помешала немцам-хозяевам патента использовать технологию, и лишь в 1931 году концерном BASF были произведены первые несколько тонн этого материала.

Производство ПВХ в более крупных масштабах началось в Германии в 30-е годы. В это же время успешные разработки в этой области были проведены в США и Англии. После окончания Второй мировой войны поливинилхлорид стал самым массовым материалом для изготовления труб, профилей, покрытий для пола, пленок, кабельной изоляции и множества других пластмассовых изделий. Использовать ПВХ для изготовления окон начали в 50-е годы 20-го века.

Первые пластиковые рамы представляли собой металлическую основу, облицованную мягким или полумягким ПВХ. Несколько позднее начался выпуск профилей из твердого поливинилхлорида, который частично усиливался деревянными или металлическими вкладышами. Германия – родина ПВХ, и даже на сегодняшний день уровня качества немецкого ПВХ пока не достиг никто. Оконных профилей множество, но произведенные в Германии считаются самыми высокотехнологичными. Невысокая стоимость сырья и производства, наряду с хорошими физическими характеристиками (низкая теплопроводность, достаточно высокая химическая стойкость), сделали их самыми массовыми в Старом и Новом Свете.

В 1959 году окна из ПВХ вошли в массовое применение – ими были оборудованы целые квартиры, а к концу 60-х практически все окна в новых жилых домах и офисах в Европе и Америке стали делаться исключительно из поливинилхлорида. Технологии совершенствовались, и постепенно пластиковые окна стали превосходить деревянные по своим характеристикам: срок службы их почти в два раза больше, чем у деревянных; звукоизоляция почти полная; в уходе они значительно проще, чем дерево Сегодня окна из ПВХ профиля завоевали прочное место на рынках Европы и Америки. А уровень продаж в России растет из года в год в геометрической прогрессии.

Основная задача пластиковых окон – сохранять тепло. Металлопластиковые окна изготавливают из поливинилхлорида (ПВХ), который является разновидностью сверхпрочного пластика, получаемого из природного сырья. ПВХ – прочный и дешевый материал. Он надежен и прост в эксплуатации. Благодаря этим свойствам окна ПВХ во многом превосходят традиционные деревянные окна (Приложение №3).

Пластиковые окна вы устанавливаете, прежде всего, для того, чтобы в вашей квартире было тепло и сухо. Красивый дизайн – это немаловажная деталь, ради которой меняют старые деревянные окна. Но, тем не менее, отличная теплоизоляция в помещении – это главное преимущество пластиковых окон. Одна из важнейших характеристик пластикового окна – это теплоизоляция. Свойства теплоизоляции окна оценивают с помощью сопротивления теплопередаче (чем оно выше, тем теплоизоляция окна лучше).

Повышают теплоизоляцию пластиковых окон, используя однокамерные или двухкамерные стеклопакеты с воздушными промежутками между ними 6-20 мм. Для производственных помещений используют даже 6-камерные профили (Приложение № 4). [8]Воздух, заполняющий расстояние между стеклами, служит хорошим теплоизолятором. Основные стеклопакеты – однокамерные. Они состоят из двух стекол, соединенных между собой с помощью алюминиевых рамок. С одной стороны она поддерживает дистанцию, а с другой – между собой герметично и надежно закрепляет стекла. Чем герметичнее будет закрепление, тем меньше вероятности попадания влаги и загрязнений (Приложение № 5). Многие элитные компании по установке пластиковых окон применяют для установки стеклопакета с энергосберегающим стеклом.

Изобретатели и конструкторы пластиковых окон работают так же и над другими направлениями, чтобы повысить энергосберегающие свойства. В качестве примера, разработчики окон ПВХ наносят тонкий и прозрачнейший слой специального покрытия на стекло. При этом светопроницаемость остается неизменной, а теплоизоляция значительно повышается. Теплоизоляционные стекла имеют несколько модификаций – например, с мягким и жестким покрытием. Стекла с мягким покрытием наиболее нежные, но тоже с должным эффектом выполняют свои теплоизоляционные функции в менее суровом климате. Жесткое покрытие стекол дает более устойчивый эффект к воздействию внешней среды. Оно очень прочное и надежное. Благодаря свойству сохранения тепла в течение длительного времени и качественной теплопроводности, подобные окна имеют значительную популярность.

Итак, мы выяснили, что пластиковые окна прочны, надежны и легки в эксплуатации.

3. Практическая часть

Монопроектная задача состоит из пяти заданий, связанных одним сюжетом. Задания разноплановые (качественные и расчетные задачи), как репродуктивного, так и творческого характера.

Описание разработки

Люди с древних времен строят жилища, в которых можно укрыться от холода и изменчивых погодных условий. Если стены здания тонкие, в дверях и окнах имеются щели, то тепло быстро уходит в окружающую среду.

Планируется строительство нового дома, примените свои знания и разработайте рекомендации строителям, для предохранения здания от нежелательного теплообмена с окружающей средой.

В настоящее время строительная индустрия развивается в направлении создания теплосберегающих строительных материалов. Наиболее перспективными материалами считаются ячеистые бетоны и бетоны на легких заполнителях.

Группу физических свойств физических материалов составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относятся плотность и пористость материала, ко вторым - гидрофизические свойства (водопоглащение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение).

Пористостью, называется отношение объема пор к общему объему материала.

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от О (сталь, стекло) до 95% (пенобетон). Энергосберегающие (теплосберегающие) строительные материалы обладают высокой пористостью.

Водопоглощением материала называется его способность впитывать и удерживать в своих порах воду. Водопоглощение всегда меньше пористости.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Морозостойкость материала зависит от плотности и степени заполнения водой.

Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, которые подвергаются попеременному воздействию положительной и отрицательной температуры.

Чем больше пористость и меньше средняя плотность, там хуже материал проводит тепло, что очень существенно для наружных стен и покрытий. Такие материалы называются теплоизоляционными материалами (минеральная вата, полистирол, пенобетон). Они применяются для утепления стен и покрытий. Значительно возрастает теплопроводность материала с увлажнением.

1. Предположите, как взаимосвязаны плотность и пористость материалов, пористость и теплопроводность, пористость и морозостойкость?

2. Сравните свои предположения с табличными данными.

2. Попытайтесь связать разность средней и истинной плотности с пористостью и дать определение этим величинам.

3. Предположите, как меняются у материала в результате насыщения водой плотность, теплоемкость и теплопроводность.

Прочитайте определения теплопроводности, выделите, что в этих определениях видимое, а что мыслимое. Что отличает эти определения?

Теплопроводностью называется способность материалов проводить тепло.

Теплопередача происходит из-за перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Теплопроводность - это способность вещества переносить тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности.

Теплопроводность - это способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Передача тепла в материале осуществляется кондукцией (путем контакта частиц материала), конвекцией (движением воздуха или другого газа в порах материала) и лучеиспусканием.

Решите следующие качественные задачи.

1. Летом воздух в доме нагревается разными способами: через стены, через отрытое окно, в которое входит теплый воздух, через стекло. С каким видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?

2. Почему летом в каменных строениях прохладнее, чем в деревянных?

3. Почему стеклопакеты существенно лучше сохраняют тепло, чем обычные окна?

4. Почему оконные стекла начинают замерзать внизу раньше, чем сверху?

5. Зачем при отделке домов в щели задувают пену, которая, затвердевая, образует пористую структуру?

Для того чтобы прогреть комнаты дома необходимо затратить 66000 кДж тепла. Из скольких кирпичей должна быть сложена печь, если при остывании ее от 70 до 20 С выделяется необходимое тепло. Масса одного кирпича 5 кг. Сколько при этом сгорает каменного угля? Удельная теплоемкость кирпича 880 Дж/кг С, удельная теплота сгорания каменного угля 30 МДж.

Содержимое разработки

автор - учитель физики МБОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска Мурманской области

Махмудова Валентина Дмитриевна

Полезная информация.

Пористостью, называется отношение объема пор к общему объему материала.

Морозостойкость материала зависит от плотности и степени заполнения водой.

Читайте также: