«Анализ отопительной системы "Школы Дипломат" и способы устранения её возможных недостатков»

3
0
Материал опубликован 1 June 2020

Автор публикации: А. Сукачев, ученик 8 класса

Частное образовательное учреждение «Школа «ДИПЛОМАТ»







Исследовательская работа по теме

«Анализ отопительной системы "Школы Дипломат"

и способы устранения её возможных недостатков»









выполнил: ученик 8 класса

Сукачёв Александр Кириллович

Руководитель: учитель физики

Сергеева Ирина Викторовна















Санкт-Петербург, 2020 год.

Оглавление

Введение

2

⸹1. Современные способы отопления зданий

4

⸹2. Нормативы по влажностному и температурному режиму в школах

8

⸹3. Характеристика отопительной системы ЧШ Дипломат

11

⸹4. Температурный и влажностный режим в ЧШ Дипломат

13

⸹5. Генератор вынужденных конвекционных потоков экспериментальное обоснование его целесообразности

17

⸹6. Применение микропроветривания.

19

⸹7. Другие возможные способы регулирования микроклимата в помещении

21

Заключение

22



Введение.

На протяжении всего своего существования человечество (особенно в северных регионах планеты) всегда задумывалось о создании способов отопления своего жилища.

Наиболее древним способом отопления жилищ является костер. С того момента как древние люди смогли разводить огонь, началась эра отопления жилищ. Со временем способы отопления эволюционировали. Люди строили небольшие дома и создавали «туннели» под домами. Тем самым, при разведении костра, теплый воздух опускался вниз и проходил по этим «туннелям» подогревая пол и само жилище.

Сейчас разрабатываются всё новые и новые технологии и материалы для совершенствования отопительных систем для разных климатических и бытовых условий. В нашей работе мы покажем, чем разные современные отопительные системы отличаются друг от друга и в чем их достоинства и недостатки.

Проанализируем систему отопления в помещении частной школы Дипломат, рассмотрим её особенности, достоинства и недостатки. Анализ её позволит нам предложить способы корректировки имеющихся недостатков.

Таким образом, целью нашей работы является анализ отопительной системы ЧШ Дипломат и способы устранения её возможных недостатков.

Предметом изучения является работа отопительной системы ЧШ Дипломат.

Способы реализации цели:

Изучение информации по видам отопительных систем в различных источниках и её анализ

Анализ недостатков отопительной системы в ходе проведения экспериментов и анализа опроса учащихся

Разработка способов устранения недостатков отопительной системы

Проанализировав возможные способы устранения недостатков, планируем создание рекомендаций по улучшению микроклимата в помещении.



1. Современные способы отопления жилых зданий

Рассмотрим основные способы отопления зданий сегодня в зависимости от теплоносителя, который используется.

1. Водяное отопление. Главным компонентом системы водяного отопления является котел. Такое устройство необходимо для того чтобы нагревать воду. Вода является в таком виде отопления теплоносителем. Она циркулирует по трубам замкнутого типа, а потом тепло передается в различные отопительные компоненты, а от них уже обогревается все помещение.

2t1591016239aa.jpg . Воздушное отопление дома. Обычно данный способ используют в частных домах, в подвале стоит котел, который нагревает воздух, тем самым он поднимается вверх по трубам. Далее он по трубам идет ко всем комнатам в доме. В системах воздушного отопления нагревание воздуха происходит за счет калориферов. Первичным теплоносителем для таких компонентов является горячий пар или вода.

3. Электрическое отопление. Холодный воздух, который находится в нижней части здания, проходит через нагревательный компонент конвектора. Затем его объем увеличивается и он уходит вверх через выходные решетки. Обогревательный эффект имеет место и благодаря дополнительному излучению тепла с передней стороны панели электрического конвектора. Уровень комфорта и экономичность такой обогревательной системы достигается благодаря тому, что в электрических конвекторах применяется электронная система, которая помогает поддерживать определенную температуру. Нужно всего-навсего установить необходимый температурный показатель и датчик, который установлен в нижней области панели начнет через заданный период времени определять температуру воздуха, который проникает в помещение. Датчик подаст сигнал на термостат, который в свою очередь подключит или наоборот выключит обогревательный элемент.

t1591016239ab.jpg По видам источников и способам распределения тепла можно выделить варианты отопления:

Конвективный обогрев, при котором нагретый воздух становится более легким и поднимается вверх. На этом принципе построен каждый отопительный конвектор, независимо от того, от чего он питается. Основной недостаток конвекционного отопления радиаторами — неравномерное распределение температуры в объеме помещения. Для того, чтобы на высоте человеческого роста воздух нагрелся до комфортных 20 градусов, под потолком должно быть не меньше 25.

Теплые полы могут быть реализованы в виде труб с водой в качестве теплоносителя, в виде греющего кабеля и пленочный электрический теплый пол — это тонкая диэлектрическая подложка с нанесенными на нее токоведущими дорожками. Тёплые полы позволяют убрать разницу температур между верхом и низом помещения.

Современные технологии отопления дома позволяют использовать для нагрева теплоносителя дешевый ночной тариф на электричество. Для поддержания тепла в помещении в течение суток используется несложное приспособление — тепловой аккумулятор, теплоизолированный бак большой емкости. Во время действия более низкого тарифа теплоноситель нагревается; затем в течение дня, тепло постепенно отдается отопительным приборам.

Солнечные аккумуляторы - устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Солнечный коллектор производит нагрев материала - теплоносителя.

Любой из этих способов отопления и любой теплоноситель имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому необходимый вариант подбирается под конкретные условия использования.

В нашей работе рассматривается конвекционная отопительная система с водяным тепловым носителем. Такая система имеет ряд недостатков:

Потери тепла в таких системах являются обычно очень существенными. Так, при поступлении в помещение теплоноситель проходит большое расстояние, за время которого он успевает порядком остыть. Именно поэтому для поддержания комфортной температуры в жилище, требуется гораздо больший объем источника энергии по сравнению с автономным оборудованием;

Регулировать температуру нагрева практически невозможно, что обусловлено полным контролем со стороны котельной. При этом весьма часты случаи, как нехватки тепла, так и излишнего перегрева, что негативно сказывается на микроклимате в помещении;

Самовольное отключение от центрального отопления выполнять категорически запрещается, так как подобные мероприятия могут быть рассмотрены исключительно в судебном порядке;

Слишком большой градиент температур между нижними и верхними слоями воздуха, что приводит к большему потреблению тепла для поддержания оптимальной температуры.




2. Нормативы по влажностному и температурному режиму в школах.

В образовательном учреждении ребенок проводит от 4 до 8 часов в день, а иногда и больше. Этого хватает для того, чтобы воздух в помещении мог повлиять на здоровье. Пониженная увлажненность способствует пересушиванию слизистых глаз и носа, а значит, создает мостик для вирусов и бактерий. Кроме того, в чрезмерно сухом воздухе летает больше пыли, провоцирующей астматические приступы и бронхоспазмы. Вследствие всех этих факторов и были разработаны санитарные нормы и ГОСТы параметров относительной влажности воздуха помещений различного назначения в общеобразовательных учреждениях, как часть комфортного микроклимата.

В соответствии с требованиями СанПиН 2.4.2.2821-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных организациях», температура воздуха в кабинетах, лабораториях, актовом зале, столовой, рекреациях, библиотеке, вестибюле, гардеробе должна составлять 18-24°C, в спортзале, мастерских – 17-20°C, спальне, игровых комнатах, помещениях подразделений дошкольного образования – 20-24°C, медицинских кабинетах, раздевальных комнатах спортзала – 20-22°C, душевых - 24-25°C, санитарных узлах и комнатах личной гигиены – 19-21°C.

В помещениях общеобразовательных организаций относительная влажность воздуха должна составлять 40 - 60%, скорость движения воздуха не более 0,1 м/сек.

Учебные помещения проветриваются во время перемен, а рекреационные - во время уроков. До начала занятий и после их окончания необходимо осуществлять сквозное проветривание учебных помещений. Продолжительность сквозного проветривания определяется погодными условиями, направлением и скоростью движения ветра, эффективностью отопительной системы. Рекомендуемая длительность сквозного проветривания учебных помещений в зависимости от температуры наружного воздуха: от +10 до +6°C в малые перемены 4 – 10 мин., 25 – 35 мин. в большие перемены; от +5 до 0°C в малые перемены 3 – 7 мин., 20 – 30 мин. в большие перемены; от 0 до -5°C в малые перемены 2 – 5 мин., 15 – 25 мин. в большие перемены; от -5 до -10°C в малые перемены 1 - 3 мин., 10 - 15 мин. в большие перемены; ниже -10°C в малые перемены 1 - 1,5 мин., 5 - 10 мин. в большие перемены.

Уроки физической культуры и занятия спортивных секций следует проводить в хорошо аэрируемых спортивных залах. Необходимо во время занятий в зале открывать одно или два окна с подветренной стороны при температуре наружного воздуха выше плюс 5°C и скорости движения ветра не более 2 м/с. При более низкой температуре и большей скорости движения воздуха занятия в зале проводят при открытых одной - трех фрамуг. При достижении температуры воздуха плюс 14 °C проветривание в спортивном зале следует прекращать.

Окна должны быть оборудованы откидными фрамугами с рычажными приборами или форточками. Фрамуги и форточки должны функционировать в любое время года.

Параметры идеально комфортной среды выстраиваются в комплексе: влажность + температура воздуха + скорость движения воздуха. И только в едином ансамбле они создают необходимый микроклимат в помещении.

Воздействие комплекса микроклиматических факторов отражается на теплоощущении человека и обусловливает особенности физиологических реакций организма. Жизнедеятельность каждого индивидуума сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения, то есть энергозатрат в определенных климатических условиях и составляет от 50 Вт  в состоянии покоя до 500 Вт  при физических нагрузках. Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности, быстрой утомляемости, потере сознания и тепловой смерти. Температурные воздействия, выходящие за пределы нейтральных колебаний, вызывают изменения тонуса мышц, периферических сосудов, деятельности потовых желез, теплопродукции. В плохом микроклимате часто возникают аллергические заболевания и расстройства центральной нервной системы.





3. Характеристика отопительной системы ЧШ Дипломат.

Зt1591016239ac.jpgt1591016239ad.jpg дание ЧШ Дипломат подключено к центральной отопительной системе города. В основе принципа работы центральной отопительной системы — принцип циркуляции горячей воды (или пара) по трубам подачи и обратным трубам, которые могут быть с верхним или нижним розливом. В здании школы обе указанные трубы расположены в подвале дома.

После установки задвижек и грязевиков ставят главный узел все отопительный системы — элеватор. Его функция — остужать перегретую с ТЭЦ воду до оптимальной температуры. Дело в том, что вода, поступающая в ТЭЦ для нагрева, перегревается до слишком высокой температуры — 130-150 градусов Цельсия, а чтобы жидкость при этом не превратилась в пар, в теплосети создаётся оптимальное давление. Поэтому возникла необходимость остужать перегретую воду с помощью элеватора.

Централизованная отопительная система обладает как достоинствами, так недостатками. Среди достоинств выделяют: надёжность и качество обслуживания за счёт постоянного контроля работы системы техническими службами; сравнительно недорогое топливо; экологичное оборудование; простота в использовании. Некоторые недостатки мы уже рассмотрели в ⸹1. Ещё можно выделить следующие недостатки: перепады давления в отопительной системе; зависимость графика работы от сезонов года; дорогостоящее оборудование; отсутствие возможности самостоятельно регулировать температуру на отопительных приборах; колоссальные потери тепла в ходе его транспортировки по трубам и узлам.

Таким образом, отсутствие возможности влиять на регулировку температуры в отопительной системе, вынуждает нас находить другие способы изменения влажности и температуры воздуха в помещении.

4. Температурный и влажностный режим в помещениях ЧШ Дипломат.

В школьном учреждении особенно важно придерживаться нормативов показателей СНИПа по балансу тепла и влажности. Ведь в рамках одного здания каждый день собирается большое количество детей, которые активно потребляют кислород, поэтому здесь никак не обойтись без регулярных проветриваний. Даже краткосрочные проветривания на переменах важны, ведь воздух в классе обогащается кислородом (особенно в старых зданиях школ с проблемной вентиляцией). Поддержание на протяжении всего дня занятий оптимальной температуры создаёт благоприятные условия для учебной деятельности детей. Им не жарко на занятиях физкультурой и не холодно на протяжении 40 минут урока в сидячем положении. Такие температуры можно смело назвать комфортными для ребенка.

Нормативно, оптимальная влажность воздуха в школе такая же, как и в детском саду и изменяется в пределах от 40 до 60 %. Для ее поддержания в нужных параметрах предлагается проводить регулярные проветривания:

все кабинеты – до и после учебных занятий; учебные аудитории – во время перемен; школьные коридоры – пока школьники на уроках.

Длительность каждого проветривания регулируется в зависимости от сезона и температуры воздуха на улице. При этом, конечно, происходит кратковременное снижение температуры, но оно не должно превышать 2-4 °С.

Порой в классах окна на время урока закрываются и большое количество детей – до 13 школьников оказываются в замкнутом воздушном пространстве. Это чревато для них потерей трудоспособности, снижению умственной активности.

Мы проводили измерения температуры и влажности в течение трёх недель в разных помещения. Измерения были проведены лабораторным термометром и демонстрационным гигрометром. Результаты измерений представлены в таблицах.

Таблица 1. Влажность воздуха


1

2

3

среднее

Каб. 105

62

54

63

60

Коридор 1 этажа

64

58

65

62

Столовая

65

60

65

63

Таблица 2. Температура воздуха у пола с закрытыми окнами


1

2

3

среднее

Каб. 105

23

21

22

22

Коридор 1 этажа

20

21

19

20

Столовая

22

23

22

22,3

Таблица 3. Температура воздуха у потолка (около 2 метров от пола) с закрытыми окнами


1

2

3

среднее

Каб. 105

25

24

25

24,3

Коридор 1 этажа

23

24

22

23

Столовая

26

25

26

25,3

Таблица 4. Температура воздуха у пола с открытыми окнами


1

2

3

среднее

Каб. 105

20

21

19

20

Коридор 1 этажа

17

19

18

18

Столовая

21

21

20

20,7


Таблица 5. Температура воздуха у потолка (около 2 метров от пола) с открытыми окнами


1

2

3

Среднее

Каб. 105

22

23

22

22,3

Коридор 1 этажа

21

21

20

20,7

Столовая

22

23

24

23


Кt1591016239ae.gift1591016239af.gif ак видно из таблицы 1, есть несущественное превышение влажности возждуха, которая в большинстве случаев колеблется около верхней границы нормы. Как и ожидалось, в столовой влажность больше, чем в других помещениях.

Темапература колеблется в пределах нормы, но можно заметить явный градиент температуры внизу и вверху помещения. Градиент температур по высоте является важной составляющей микроклимата и не должен превышать 2 градусов. Как видно из таблиц 4 и 5, он не может быть устранён только лишь проветриванием. Кроме того, проветривание понижает среднюю температуру. А это означает, что с притоком свежего воздуха, будут колебания по средней температуре в 3-4 градуса.

t1591016239ag.gif

Резуьтаты измерений позволяют сделать вывод о том, что в целом и температура и влажность в здании ЧШ Дипломат лежат в пределах нормы (либо немного её превышают, но в пределах погрешности измерений). Однако, микроклимат формируется не только из абсолютных показателей температуры и влажности. Важное занчение также имеет циркуляция воздуха в помещениях, которая обеспечивает выравнивание температур по вертикали. Здесь мы наблюдаем превышение нормы на 1-2 градуса. Рекомендуется, чтобы температурные градиенты по горизонтали не превышали 2, а по вертикали 2-3° С. Считают, что при таких условиях нормально одетый человек в состоянии покоя не ощущает неравномерности температуры. Превышение вертикального перепада температуры обычно связано с резким понижением температуры в нижней зоне помещения, что вызывает общее охлаждение организма и в первую очередь ног. Исследования показывают, что даже при сравнительно небольших отклонениях от зоны теплового комфорта, прежде всего, изменяются сосудистые реакции в конечностях, что вызывает нарушения физиологического равновесия всего организма. Стремление достичь комфортного теплового режима в помещениях за счет повышения температуры воздуха не дает положительных результатов, так как оно приводит к еще большим перепадам по высоте помещения.

⸹5. Генератор вынужденных конвекционных потоков и экспериментальное обоснование его целесообразности.

Дt1591016239ah.jpg ля того, чтобы обеспечить более равномерное прогревание воздуха, мы предлагаем использовать устройство, которое мы назвали «Генератор конвекционных потоков». Оно представляет собой воздуховоды с отверстиями и вентилятором, работающим от сети. Данное устройство располагают над или под батареей.



Устройство использовалось как в прямом режиме работы (когда тёплый воздух забирался у батарей через отверстия и выдувался вентилятором), так и в обратном (когда вентилятор «забирал» воздух помещения и «прогонял» его через батарею). Результаты измерений показали, что различий в направлении циркуляции воздуха нет. Мы использовали его в кабинете 105. Измерения температуры воздуха у пола и потолка (2 метра от пола) показало, что генератор действительно практически ликвидирует градиент температур, при этом повышая среднюю температуру на 1-2 градуса.

верх

25

24

25

24

25

25

26

24

25

низ

25

24

24

24

25

25

25

24

24



Мощность вентилятора в устройстве 14 Вт. На площади в 10 квадратных метров выравнивание температур происходит за 0,5 часа. То есть потребляемая электроэнергия 7 Вт/ч. Для сравнения потребляемая электроэнергия электрических полов для помещения такой же площади за это же время равна 350 Вт/ч, а электрических радиаторов отопления – 50 Вт/ч.

Таким образом, если в помещении есть регулятор температуры батарей центрального отопления, то применение такого генератора поможет снизить и затраты на отопление. Минусом генератора является то, что при закрытых окнах, он не обеспечивает приток свежего воздуха с улицы, а циркулирует воздух внутри помещения. Поэтому должен использоваться в сочетании с другими средствами, например, микропроветриванием.



6. Применение микропроветривания.

Микропроветривание – это специальная система вентиляции, которая позволяет свежему воздуху проникать в помещение. Особенно часто система используется зимой, когда воздух с улицы просто необходим, а открывать створки не представляется возможным из-за возникновения опасных для здоровья сквозняков. Можно назвать следующие положительные моменты при использовании системы микропроветривания:

Приток свежего воздуха без переохлаждения помещения в зимний период.

В летнее время горячий воздух не проникнет в помещение.

Защита окон от запотевания, отсутствие конденсата.

Отсутствие сквозняков.

Нормальная влажность в помещении, как следствие, отсутствие вредных бактерий, плесени и грибков.

В помещении нет застоявшегося воздуха и неприятных запахов, постоянный воздухообмен.

Окна можно оставлять открытыми в режиме микропроветривания, даже если помещение покидают надолго.

Мы посмотрели, можно ли использовать микропроветривание для дополнительной циркуляции воздуха и ликвидации температурного градиента. Для этого при окнах, стоящих на микропроветриваии, измеряли температуры у пола и потолка (на расстоянии 2 метров от пола).

верх

25

25

26

26

25

24

25

26

26

низ

23

23

24

25

24

22

24

24

23


Из таблицы видно, что микропроветривание не даёт выравнивания температур, хотя и сокращает разницу между температурами у пола и потолка. Кроме того, в этом случае мы имеем постепенное понижение температуры в целом, что приводит к увеличению потребления теплоносителя (в случае регулятора на батареи). Таким образом, микропроветривание хорошо использовать в тех помещениях, в которых нужно не только усилить циркуляцию воздуха, но и понизить его температуру.



7. Другие возможные способы регулирования микроклимата в помещении.

Оt1591016239ai.jpg конный и стеновой клапан. Накладные и встраиваемые устройства для приточной вентиляции выполняют одинаковую функцию – открывают доступ свежим воздушным потокам в помещение. Перечисленные устройства монтируются без прокладки воздуховода и работают на подачу воздуха в одну комнату.

Вентиляционные решетки для дверей. Движение воздуха внутри помещения очень часто ограничивается закрытыми дверями. Это не позволяет рt1591016239aj.jpg авномерно распределять как температуру, так и влажность. Одним из решений данной проблемы является использование вентиляционных решеток. Дверные системы вентиляции устанавливают зачастую внизу полотна. Количество таких элементов в большинстве случаев – не больше двух.





Заключение.

В работе мы проанализировали особенности отопительной системы частной школы Дипломат, рассмотрели её достоинства и недостатки. Среди наиболее распространённых проблем центрального отопления выделяют невозможность регулирования температуры и влажности, а также большой вертикальный градиент температур, которые все вместе определяют микроклимат в помещении. От этих параметров зависит работоспособность и физическое состояние школьников.

Среди способов, способных уменьшить недостатки отопительной системы без внесения конструктивных изменений в здание, можно выделить дополнительную вынужденную конвекцию воздуха в помещении и микропроветривание, при наличии такой возможности. Оптимальным будет сочетание этих двух способов, так как при этом мы не только выравниваем температуру по вертикали, но и создаём приток свежего воздуха.





Ресурсы, использованные при написании

Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. http://docs.cntd.ru/document/gost-30494-2011

Виды систем отопления. https://otoplenie-doma.org/vidy-sistem-otopleniya.html

Гид по отоплению. https://otoplenie-gid.ru/

Об утверждении СанПиН 2.4.2.2821-10 "Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях. https://rg.ru/2011/03/16/sanpin-dok.html

Физика. 8 класс. А.В. Перышикин, М., 2017 год.

24


в формате Microsoft Word (.doc / .docx)
Комментарии
Комментариев пока нет.

Похожие публикации