ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПОМЕЩЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПОМЕЩЕНИЯ
И ОЦЕНКА ПОТЕРЬ ТЕПЛА
Трифонова Татьяна Андреевна
Научный руководитель – методист ГНМЦ Трифонова Людмила Борисовна
Средняя общеобразовательная школа №23, г. Томск
Томск, ул. Лебедева, 94-а
Данная работа актуальна в связи с проблемой уменьшения тепловых потерь. Эта
проблема, в свою очередь, связана с уменьшением расходов топлива на электростанциях и
одновременно с ослаблением вредного влияния электростанций - выброса веществ,
отрицательно влияющих на окружающую среду.
При устройстве систем отопления и вентиляции одной из опорных характеристик
является расчетная температура воздуха в помещении. Однако температура воздуха в
других точках помещения не всегда соответствует расчетной. Она изменяется при
изменении координат. Совокупность значений температуры во всех точках измеряемого
пространства в данный момент времени называется температурным полем.
Цель работы: Замерить температурное поле помещения, установить факторы,
влияющие на значение температуры в отдельных точках поля, т. е. определить стоки и
истоки тепла, оценить потери тепла жилым помещением.
Методика проведения работы:
Измерение температуры выполнялось в точках, указанных на
плане. В каждой точке температура измерялась на трех уровнях:
на расстоянии 0.5м от пола, на расстоянии 1.5м от пола, на
расстоянии 0.25м от потолка.
Термометр находился в каждой точке не менее 3-х минут с
целью установления теплового равновесия.
Таблица 1
уро
Температура в точках
вни
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
17.5
19
18.5 19 19
19
19.5
17
19.
5
2
19
19
18
19 19
20
20
18
19
3
20
20.5 20.5 21 20 20.5 20.5 19.5 21
Температура в помещении в проведенном эксперименте изменялась от 18 0С до
210С, что соответствует санитарным нормам. С увеличением высоты температура в
помещении возрастает, т.к. теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается
вниз (явление называется конвекцией). Поэтому батареи принято делать внизу, а
форточки вверху.
Выявлены источники тепла: система отопления, освещение, электроаппаратура, люди,
животные. Стоки тепла: оконные и дверные проемы, отражающие конструкции, стены.
Практический вывод из проделанной работы состоит в том, что для избежания
тепловых потерь должны быть тщательно заделаны щели оконных и дверных проемов.
Далее в работе приведена оценка потерь тепла выбранным кирпичным зданием за
счет теплопроводности стен. Мощность тепловых потерь оценена из соотношения
(1)
W1  S (T1  T2 ) / d  4  105 Вт .
Вт
, T  T - разность
мК 1 2
температур на улице и в помещении (для зимы определена в 40К), d – толщина стен
(0,5м). На каждый квадратный метр площади стены приходится тепловой поток
 (T1  T2 ) / d  60Вт /м2!
Здесь теплопроводность кирпича по справочнику   0,7
Сколько энергии можно сберечь, если внутри дома поддерживать температуру
18 С, а не 22 0С, и снаружи дома температура 50С?
Поток энергии изнутри наружу пропорционален разности температур внутреннего
помещения и окружающей среды. В данном случае разность температур изменится с 17 до
130С. Пропорционально уменьшится и необходимая тепловая мощность, т.е. она составит
13/17, или 72% от исходной.
0
Ниже приведены коэффициенты теплопроводности различных материалов:
Таблица 2
материалы
Вт
,
мК
Кирпич
0,7
Сосна
0,36
Снег неуплотненный
0,11
Снег уплотненный
0,48
Воздух
0,025
Обратимся к другому хорошо известному теплоизолятору – снегу, приведенному в
таблице 2, и попробуем рассчитать теплопередачу в простейшем укрытии эскимосов –
иглу. Будем считать, что единственным источником тепла в этом доме является человек. В
спокойном состоянии он выделяет тепловой энергии около 100 Дж/с, т.е. его мощность
примерно 100 Вт. Найдем приблизительно толщину стен иглу, рассчитанного, скажем на
трех человек. Пусть температура окружающего воздуха -300С, температура в иглу – 00С.
Теплопередачей через пол пренебрежем, считая, что он застелен, например,
теплоизолирующими шкурами животных. Размеры иглу возьмем небольшие: радиус
R=1,5 м (жилище служит временным пристанищем).
Такую иглу мы строили с нашим туристическим клубом на соревнованиях (см.
фото 1).
Фото 1. На соревнованиях по строительству иглу
Из формулы (1) найдем толщину стен d  S (T1  T2 ) / W1 . Где W1 - «тепловая»
мощность трех человек, S  2R - фактически полуплощадь сферы. Подставив
числовые данные, получим d=0,5 м, что весьма разумно.
2
Список использованной литературы:
1. Кухлинг Х. Справочник по физике: пер. с нем.- М.: Мир, 1982.
2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1985.