ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА, КОТОРЫЙ ДАЕТ СИСТЕМА ПОВОРОТА ДОМА ЗА СОЛНЦЕМ
Автор: Коробейников Евгений, 8 класс
ГУО «Средняя школа №45 г.Могилёва», Беларусь
Руководители: Шибеко С.В., Шибеко О.В.
Эксплуатация любого здания связана с расходом необходимой энергии для отопления, вентиляции, нагрева воды, освещения и питания различных бытовых приборов. Мы используем энергию в виде тепла и теплоносителей: газа, жидкого топлива и электроэнергии. Оплата за энергию представляет собой основную часть расходов по содержанию здания, причем эта часть расходов имеет постоянную тенденцию к росту цен.
Директива Президента Республики Беларусь №3 «Экономия и бережливость – главные факторы экономической безопасности государства» подчеркивает степень важности формирования экологически безопасного и энергосберегающего поведения граждан [2].
Поэтому решили создать модель дома, архитектурные решения которого учитывают наиболее эффективное использование солнечной энергии [6, стр. 28]. (Модель дома на платформе, которая вращается за солнцем благодаря фотодатчикам, что позволяет жилым помещениям постоянно находиться на солнечной стороне).
Цель работы: показать, как с помощью энергии солнца осуществляется энергосбережение дома.
Задачи:
Создать модель энергосберегающего дома.
Выяснить, какой энергетический эффект дает система поворота дома.
Гипотеза:
Система поворачивающихся солнечных батарей вырабатывает значительно больше энергии, чем неподвижная, а если использовать энергию солнца для обогрева здания, эффект должен быть подобным. Проверим на практике.
Методы исследования: физические. Исследование энергетического эффекта с помощью измерения температуры внутри дома спиртовым термометром.
Объект исследования – модель дома на платформе, которая вращается за солнцем благодаря фотодатчикам.
Оплата по содержанию дома зависит от расхода энергии, а расход может быть низким, если здание спроектировано и построено по энергосберегающим правилам.
Какой же он, энергосберегающий дом?
Энергосберегающим называют такое здание, в котором используются проектные и технические решения, позволяющие эксплуатировать его с малым расходом энергии, сохраняя при этом комфортные санитарно-гигиенические условия.
Зачем нужно строить энергосберегающий дом?
Затем, что:
- малый расход энергии обеспечивает низкую стоимость эксплуатации дома;
- повышенный комфорт – теплый и здоровый микроклимат помещения;
- более высокая рыночная стоимость здания;
А энергетическая экономность здания, в свою очередь, полезна для общества и экономики, так как влияет на уменьшение загрязнения окружающей среды, экономию натуральных ресурсов, и уменьшает зависимость от импорта энергоносителей [6, стр.72].
Поиск и поставка энергоносителей, а также их преобразование в энергию, приводят к загрязнению и уничтожению окружающей среды (двуокись углерода и другие газы, пыль, жидкие выбросы, заражение воды), таким образом, чем меньше расход энергии, тем меньше загрязнение. Однако для нужд защиты окружающей среды не достаточно только энергосбережения. Отсюда наше стремление к тому, чтобы энергосберегающее здание было экологически безопасным для здоровья людей и не оказывало пагубного влияния на окружающую среду.
Дом изготовили из материала пеноплекс. Он является хорошим теплоизоляционным материалом. Чтобы придать дому форму цилиндра, пеноплекс нагреваем феном и изгибаем. Вырезаем дно и крышу дома. Все детали соединяем клеевым пистолетом. На передней стене дома вырезаем отверстие для окна и закрываем его двойным оргстеклом. Дом устанавливаем на вращающуюся платформу и закрепляем на ней. Вращение дома происходит посредством электрических двигателей. Для того чтобы дом самостоятельно поворачивался за солнцем на его стенках закреплены два фотоэлемента, подающие сигнал на управляющую схему. При освещении фотоэлемента открывается транзисторный ключ и включается реле, которое включает двигатель. В зависимости от освещенности фотоэлементов дом поворачивается в сторону солнца. Дом штукатурим и окрашиваем (рис.1).
Рис. 1. Модель дома на вращающейся платформе.
Выполнение собственных исследований разделили на две части.
Насколько эффективна теплоизоляция дома.
Дом вынесли на улицу и измерили температуру внутри дома и снаружи. По графику на рис.2 видно, что тепловая изоляция достаточно эффективна.
Рис.2. График зависимости температуры внутри дома и снаружи.
Насколько эффективно нагревается воздух в доме за счет поглощенной энергии солнца (изменение высоты солнца над горизонтом не учитываем).
Рассмотрели два случая, когда солнце неподвижно относительно дома (т.е. дом движется за солнцем) и когда солнце движется относительно дома.
Как видно из полученных данных повышение температуры во втором случае не столь значительно, а, следовательно, энергетическая выгода от использования вращения дома очевидна (рис.3).
Рис.3. График зависимости температуры внутри дома.
Заключение и выводы.
В ходе написания работы изучена информация об эффективном использовании солнечной энергии в эксплуатации дома.
Создана модель дома на платформе, которая вращается за солнцем благодаря фотодатчикам, что позволяет жилым помещениям постоянно находиться на солнечной стороне.
Проведены исследования энергетической экономности здания.
Из полученных данных следует, что вращающийся дом позволяет поглощать большее количество солнечной энергии, чем дом неподвижный, а, следовательно, позволяет экономить энергию, которая расходуется на обогрев и освещение дома.
Конечно же, строительство такого дома обойдется дорого, но он будет экологичным и совершенно автономным, а, следовательно, и востребованным в будущем.
Источники информации в литературе
Андрижиевский А.А. Энергосбережение и энергетический менеджмент:учеб. пособие.-Мн: Выш.шк.,2005г., стр.177-181.
Директива Президента Республики Беларусь №3.
Исаченкова Л.А., Лещинский Ю.Д. «Физика 8» - Минск: Нар. асвета, 2010 стр.16-27,108-112.
Филатов Е.Н. «Физика 8» Экспериментальный учебник., Часть 1 (Тепловые явления.), Москва - ВШМФ «Авангард», 2002г.
Филатов Е.Н. «Физика 8» Экспериментальный учебник., Часть 2 (Электрические явления.), Москва - ВШМФ «Авангард», 2000г.
Энергия и окружающая среда: пособие для учителей общеобразов. и внешк. учреждений/ Э65 В.Н Ануфриев [и др.]; под общ. ред. М.В.Гершман. – Минск: Адукацыя і выхаванне, 2010. – 92 с.
Яворский Б. М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования.-4-е изд.,испр.-М.:Наука.,1989г, стр.138-140, 227-228.