Экономия воды в цифрах
ВЫВОД: В результате исследования мы выяснили, что, при скорости 2к/с, водой, вытекающей из крана за один час, можно наполнить почти доверху литровую банку. За одни сутки вытечет два ведра воды. За неделю — три бочки. Водой, вытекающей за месяц, можно наполнить две ванны. Водой, вытекающей за год, можно заполнить бассейн возле дома. Природный газ состоит из углеводородных газов: метан — на 80… Читать ещё >
Экономия воды в цифрах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
http://
Экономия воды в цифрах
ВВЕДЕНИЕ
вода электроэнергия потери Изучая раздел физики «Тепловые явления», мы обратили внимание на то, что вода обладает очень большой удельной теплоёмкостью — 4200 Дж/кг· 0С. Для того, чтобы нагреть 1 кг воды на 10С, необходимо 4200 Дж тепла. К примеру, для свинца той же массы необходимо всего лишь 130 Дж, что в 32,5 раза меньше! Значит, горячая вода, которой мы пользуемся, не только благо, но и большая роскошь. А, как часто бывает, кран может быть неисправен, или мы его просто плохо закрыли — в результате, капля за каплей начинают исчезать энергоресурсы, необходимые для нагрева воды, а также, наши сбережения. Но не только это важно. Мы часто не осознаём, что вода это достояние нашей планеты, которого нет ни на одной другой! И нам следует очень бережно относиться к каждой капле.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Доказать, что вода не только благо, но и роскошь, которой следует дорожить.
«Капля воды дороже алмаза»
Д.И. Менделеев
«Мы познаём ценность воды лишь, когда колодец пересыхает»
Бенджамин Франклин ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
1. Рассчитать массу и объём воды, вытекающей из крана за разные промежутки времени;
2. Определить количество теплоты, необходимое для нагрева воды, используя различные энергоресурсы;
3. Подсчитать материальные потери;
4. Оценить глобальные масштабы проблемы.
РАБОЧАЯ ГИПОТЕЗА: Вероятно, неисправный кран приведёт к утечке большого количества воды, что повлечёт за собой значительные потери энергетических ресурсов и денежных средств. В мировом масштабе данная неисправность может привести к экологическим проблемам.
1. ИССЛЕДОВАНИЕ «ПОЧТИ ЗАКРЫТЫЙ КРАН»
ОБОРУДОВАНИЕ: кран с капающей водой, стеклянный стакан, секундомер, весы с разновесками ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:
определить массу и объём воды, вытекающей из крана за различные промежутки времени ХОД РАБОТЫ
1. Посчитаем количество капель N, вытекших из крана за t одну минуту.
2. Опыт повторим пять раз.
3. Определим среднее значение капель, вытекших за одну минуту.
=
4. Измерим массу пустого стакана mст пять раз, определим среднее значение.
ст> =
5. Отсчитаем в пустой стакан капель воды.
6. Измерим массу стакана с водой mcт, в. Измерения повторим пять раз, определим среднее значение.
ст, в> =
7. Определим массу воды в стакане
в> = ст, в > — ст >
8. Определим скорость падения капель
х1 = = = 2
9. Результаты измерений занесём в таблицу
№ опыта | t, с | N | mст, 10—3кг | mcт, в, 10—3кг | в> за минуту, 10—3кг | |
60 с | 35,910 | 48,750 | -; | |||
60 с | 35,900 | 48,750 | -; | |||
60 с | 35,910 | 48,740 | -; | |||
60 с | 35,890 | 48,760 | -; | |||
60 с | 35,900 | 48,750 | -; | |||
среднее | 60 с | 35,902 | 48,750 | 12,848 | ||
10. Посчитаем массу и объём воды, вытекающей за 1 час
(плотность воды 1000 кг/м3)
mч = мин· 60мин = 12,848 · 10—3кг · 60мин = 0,771 кг = 771 г
с =; Vч = = = 0,771 · 10—3м3 = 0,771 л
11. Посчитаем массу и объём воды, вытекающей за 1 сутки
mсут = ч· 24ч = 0,771 кг · 24 ч = 18,5 кг
Vсут = = = 18,5 · 10—3м3 = 18,5 л
12. Посчитаем массу и объём воды, вытекающей за 1 неделю
mнед = сут· 7дней = 18,5 · 7дней = 129,5 кг
Vнед = = = 129,5 · 10—3м3 = 129,5 л
13. Посчитаем массу и объём воды, вытекающей за 1 месяц
mм = сут· 30 дней= 18,5 кг 30 дней = 555 кг
Vм= = = 555 · 10—3м3 = 555 л
14. Посчитаем массу и объём воды, вытекающей за 1 год
mгод = сут· 365дней = 18,5 кг · 365 дней = 6752,5 кг = 6,753 т
Vгод = = = 6752,5 · 10—3м3 = 6752,5 л
15. Результаты расчётов занесём в таблицу
Время | час | сутки | неделя | месяц | год | |
mводы, кг | 0,771 | 18,5 | 129,5 | 6752,5 | ||
Vводы, м3 | 0,771· 10—3 | 18,5· 10—3 | 129,5· 10—3 | 555· 10—3 | 6752,5· 10—3 | |
ВЫВОД: В результате исследования мы выяснили, что, при скорости 2к/с, водой, вытекающей из крана за один час, можно наполнить почти доверху литровую банку. За одни сутки вытечет два ведра воды. За неделю — три бочки. Водой, вытекающей за месяц, можно наполнить две ванны. Водой, вытекающей за год, можно заполнить бассейн возле дома.
2. ИССЛЕДОВАНИЕ «ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ»
ОБОРУДОВАНИЕ: справочный материал, калькулятор ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:
определить количество теплоты, необходимое для
нагрева воды, вытекающей за разные промежутки
времени; подсчитать расход угля и природного газа, используемого для нагрева воды ХОД РАБОТЫ
1) Определение количества теплоты, необходимого для нагрева воды различной массы Примем начальную температуру холодной воды равной 100С (tнач = 100С).
В водонагревательных котлах воду нагревают до 1100 (tкон = 1100С).
Изменение температуры? t = tкон — tнач = 1000С Определим количество теплоты необходимое для нагревания воды определённой массы на 1000С. Данное количество теплоты можно считать потерями, которые происходят в результате утечки воды.
Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/кг· 0С
1. Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды, вытекающей за один час.
Qчас= cч>?t = 4200Дж/кг0С · 0,771 кг · 1000С = 323 820 Дж =
= 323,82 кДж
2. Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды, вытекающей за одни сутки.
Qсут = cсут>?t = 4200 Дж/кг0С · 18,5 кг · 1000С = 7 770 000 Дж =
= 7770кДж
3. Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды, вытекающей за одну неделю.
Qнед = cнед>?t = 4200 Дж/кг· 0С · 129,5 кг · 1000С = 54 390 000Дж =
= 54 390кДж
4. Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды, вытекающей за один месяц.
Qмес= cмес>?t = 4200 Дж/кг0С · 555 кг · 1000С = 233 100 000Дж =
= 233 100кДж
5. Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды, вытекающей за один год.
Qгод = cгод>?t = 4200 Дж/кг0С · 6752,5 кг · 1000С =2 836 050 000=
= 2 836 050кДж
6. Результаты расчетов занесём в таблицу
Время | час | сутки | неделя | месяц | год | |
mводы, кг | 0,771 | 18,5 | 129,5 | 6752,5 | ||
Qнагрев, кДж | 323,82 | |||||
2) КПД котла на твёрдом топливе
«Требование к котлам вытекает из пригодности к сжиганию тех видов (сортов и марок) твердого топлива, которое фактически поставляется на отопительные котельные. Проведенные Академией коммунального хозяйства исследования показали, что обеспечить паспортный КПД котлов (67−75%), работающих на каменном угле и антраците, возможно, если зольность сухой массы антрацитов будет не выше 16%, а каменных углей не выше 18%, причем влажность этих углей должна быть не более 8%, а содержание мелочи (частиц топлива размером менее 13 мм) не более 20%. Однако, анализ показывает, что зольность сухой массы углей, поставляемых на угольные склады отопительных котельных, колеблется от 14 до 38% для каменных углей и до 20% для антрацитов. Нередки случаи поставки углей с зольностью до 45%, влажностью до 40% при содержании мелочи (0 — 6 мм) до 80%. Т. е. фактически на отопительные котельные поставляются рядовые угли или угольные отходы (например, отсевы и штыбы). В таких условиях обеспечить КПД котла в 67−75% невозможно. В среднем КПД котлов на твёрдое топливо находится в пределах 40−55% [ 3 ]. «
Зольностью называют содержание в топливе минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей массы. Зола является нежелательной частью топлива, так как снижает содержание горючих элементов и затрудняет эксплуатацию топочных устройств.
Влажность топлива — это количественная характеристика, показывающая содержание в топливе влаги. При влагосодержании 10% в 1 кг топлива содержится 100гр воды, при влагосодержании 50% в 1 кг топлива содержится 0,5 кг воды [ 4 ].
3) Определение массы древесного угля, необходимого для нагрева воды Коэффициент полезного действия котла 50%. (= 50%).
Удельная теплота сгорания древесного угля, используемого в котельных,
= 16 · 106 Дж/кг.
Вывод формулы для расчёта массы топлива
з · 100% = · 100%; Qсгор = ;
Qсгор = qуг mуг; qуг mуг =; mуг =
Посчитаем массу угля, необходимого для нагрева воды, вытекающей за час
mуг = = = 0,0405 кг = 40,5 г Посчитаем массу угля, необходимого для нагрева воды, вытекающей за сутки
mуг = = = 0,971 кг = 971 г Посчитаем массу угля, необходимого для нагрева воды, вытекающей за неделю
mуг = = = 6,686 кг = 6 кг 686 г Посчитаем массу угля, необходимого для нагрева воды, вытекающей за месяц
mуг = = = 29,137 кг = 29 кг 137 г Посчитаем массу угля, необходимого для нагрева воды, вытекающей за год
mуг = = = 354,506 кг = 354 кг 506 г КПД котла на природном газе Природный газ является самым чистым видом топлива и самым безопасным в экологическом отношении. Он выгодно отличается от других видов топлива полным сгоранием без дыма, копоти и золы. Добыча газа осуществляется скважинным способом. Разница давлений в пласте и на поверхности является движущей силой выхода газа из недр. На месторождении сооружается установка комплексной подготовки газа, на которой производится очистка и осушка газа. После этого газ под высоким давлением, порядка 75 атмосфер, движется по трубопроводу.
Природный газ состоит из углеводородных газов: метан — на 80% - 100%, этан, пропан, бутан. И из не углеводородных веществ — вода (в виде пара), водород, сероводород (H2S), диоксид углерода (СО2), азот (N2), гелий (Не). Чем больше водорода в молекулярном составе «газа», тем газ чище горит. То есть, «идеальным» газом в трубе является метан CH4.
Сероводород и вода являются самыми неприятными составляющими компонентами сетевого газа. Сероводород, в присутствии воды, вступает в реакции с металлами и вызывает коррозию труб газопроводов, газовых котлов, металлических дымоходов.
Азот в газе — просто «пустая порода», снижающая калорийность газа.
Паспортные КПД котлов, работающих на природном газе, варьируют в пределах 80−93%. Однако, фактический КПД составляет только 50−60%.
Основные причины того, что фактический КПД котельных ниже регламентного, заключаются в низком качестве теплоносителя; нарушении качества топлива; устаревшем оборудовании и нарушении дисциплины его ремонтов; применение непрофильной автоматики [ 5 ].
4) Определение объёма природного газа, необходимого для нагрева воды
Коэффициент полезного действия котла 50%. (= 50%)
Удельная теплота сгорания природного газа используемого в котельных qгаза= 34· 106Дж/кг; плотность используемого газа с = 0,7кг/м3.
1. Посчитаем массу и объём газа, необходимого для нагрева воды, вытекающей за час
mгаза = = = 0, 019 кг = 19 г
V = = = 0,027 м3
2. Посчитаем массу и объём газа, необходимого для нагрева воды, вытекающей за сутки
mгаза = = = 0,457 кг = 457 г
V = = = 0,653 м3
3. Посчитаем массу и объём газа, необходимого для нагрева воды, вытекающей за неделю
mгаза = = = 2,67 кг = 2 кг 67г
V = = = 3,814 м3
4. Посчитаем массу и объём газа, необходимого для нагрева воды, вытекающей за месяц
mгаза = = = 13,712 кг = 13 кг 712 г
V = = = 19,589 м3
5. Посчитаем массу и объём газа, необходимого для нагрева воды, вытекающей за год
mгаза = = = 166,826 кг = 166 кг 826 г
V = = = 238,323 м3
6. Занесём результаты подсчётов в таблицу (скорость падения капель 2 к/с)
Время | час | сутки | неделя | месяц | год | |
mводы, кг | 0,771 | 18,5 | 129,5 | 6752,5 | ||
mугля, кг | 0,0405 | 0,971 | 6,686 | 29,137 | 354,506 | |
mгаза, кг | 0,019 | 0,457 | 2,67 | 13,712 | 166,826 | |
Vгаза, м3 | 0,027 | 0,653 | 3,814 | 19,589 | 238,323 | |
ВЫВОД: Результаты расчётов показывают значительные потери энергоресурсов, с учётом скорости падения воды всего 2 к/с и неисправности только одного водопроводного крана. При мощности котла 800 кВт, данной массы угля и газа, теряемой в процессе утечки воды за год, было бы достаточно для работы котла на протяжении 2х часов!
Qуг.год = q · m = 16 · 106 Дж/кг · 354,506 кг = 5672,1 · 106 Дж
P =; t = = = 7090 с = 1,97ч
3. ИССЛЕДОВАНИЕ «МАТЕРИАЛЬНЫЕ ПОТЕРИ»
ОБОРУДОВАНИЕ: квитанции об оплате коммунальных услуг, калькулятор ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:
определить материальные потери, связанные с оплатой
коммунальных услуг за используемую воду и
энергетические ресурсы, идущие на нагревание воды
в течение года ХОД РАБОТЫ Произведём расчеты для частного пользователя энергоресурсами при наличии индивидуальных счётчиков на воду и газ, а так же при расценках за уголь, купленный в гортопсбыте.
1. Посчитаем материальные потери, связанные с протеканием холодной воды из одного крана.
По данным квитанции об оплате за коммунальные услуги холодная вода объёмом V = 1 м3 стоит 1450 бел. рублей.
За год вытекает вода объёмом Vв. год= 6,753 м3.
Введём обозначение — С — стоимость — бел. руб Сх.в.год= 6,753 м3 · 1450 бел. руб/м3 = 9792 бел. руб
2. Посчитаем материальные потери, связанные с использованием газа для нагревания воды.
По данным квитанции об оплате за коммунальные услуги, газ в разное время года имеет различную стоимость:
в «летний период» — 990 бел. руб за 1 м3,
в «зимний период» — 358,8 бел. руб за 1 м3.
За год на нагрев воды используется газ в объёме Vгаза.год= 238,323 м3.
Будем считать для нашей местности, что «летний» и «зимний» период составляют по полгода.
Cгаз.летний = Vгаз.год/2 · 990 бел. руб/м3 = 117 970 бел. руб Сгаз.зимний = Vгаз.год/2 · 358,8 бел. руб/м3 = 42 755 бел. руб Сгаз.год = Cгаз.летний + Сгаз.зимний = 160 725 бел. руб
3. Посчитаем материальные потери, связанные с использованием древесного угля для нагревания воды.
По данным организации гортопсбыта 1 тонна древесного угля для населения стоит 105 000 бел.рублей.
За год на нагрев теряемой воды, используется древесный уголь массой
mуг.год = 354,506 кг = 0,355 т Суг.год = 0,355 т · 105 000 бел. руб = 37 275бел. руб
Результаты
Материальные потери, связанные с использованием энергоресурсов (за год) | ||
холодная вода | 9792 бел. руб | |
природный газ | 160 725 бел. руб | |
древесный уголь | 37 275 бел. руб | |
ВЫВОД: Получились достаточно внушительные результаты, связанные с материальными потерями, при неисправности только одного крана с водой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По данным Национального статистического комитета Республики Беларусь численность населения на 2012 год составляла 9 миллионов 468 тысяч жителей. Представим, что только 1 тысяча жителей не очень хорошо закрыла кран с водой. В результате возникает довольно серьёзная проблема. Впустую выльется 6752,5 тыс. литров или 6752,5 м3 воды, это соизмеримо с небольшим озером размерами 3040. Впустую сгорит 354 тонны 506 кг древесного угля. В среднем, для отопления одного дома в осенне-зимний период, необходимо 6 тонн древесного угля. Следовательно, теряемого угля хватило бы на 59 лет, или для обогрева небольшого посёлка за один отопительный сезон. Потери газа тоже очень велики — 238 тысяч 323 м3. Если учесть, что газ используют для обогрева дома, воды, приготовления пищи; учесть «летний» и «зимний» период пользования, можно в среднем предположить расход газа — 300 м3 в месяц, за год — 3600 м3. Простые расчёты показывают, что теряемого газа хватило бы одной семье на 66 лет! Результаты исследования проявляют огромные масштабы проблемы. Не так мала, оказывается, капля воды. Сберечь одну каплю — значит, сберечь озеро или энергетические ресурсы для будущих людей.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ вода электроэнергия потери
1. Исаченкова Л. А. Физика: учеб. для 8-го кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. обучения / Л. А. Исаченкова, Ю. Д. Лещинский. — Минск: Нар. асвета, 2010. — 183 с.
2. Енохович А. С. Справочник по физике / А. С. Енохович. — М.: Просвещение, 1978. — 415 с.
3. Исьемин Р. Л. Водогрейные котлы с кипящим и интенсивно продуваемым слоем топлива для сжигания низкосортных углей и биомассы — результаты десятилетнего опыта разработки и эксплуатации: проблемы и перспективы / Р. Л. Исьемин, С. Н. Кузьмин, В. В. Коняхин, А. В. Михалев, А. Т. Зорин // Журнал «Новости Теплоснабжения». 2008. — № 5. — С. 93.
4. Юрьев Ю. Л. Древесный уголь. Справочник / Ю. Л. Юрьев. — Екатеринбург: Сократ, 2007. — 184 с.
5. Газ / http://forexaw.com/TERMs/Nature/l252_Газ_Gas
6. Население Беларуси / http://ru.wikipedia.org/wiki/Население_Белоруссии