Рассказать друзьям
Физика 7 апреля 2013

Энергоэффективный дом

Введение

Каждый мужчина в своей жизни должен посадить дерево, родить сына и построить дома. Конечно мои мечты о будущем – это свой большой, светлый и теплый дом. Но однажды, глядя на новые построенные в нашем районе дома, я задумался, о том, из чего я буду строить свой дом. И решил, не откладывая на потом решить возникшую проблему.

Проблема исследования – как построить теплый дом на земле.
Цель исследования – выявить оптимальные материалы для строительства дома с минимальными потерями тепла.
Гипотеза –  с минимальными потерями энергии, возможно, возвести дом, используя материалы с низким коэффициентом теплопроводности.
Объект – строительство дома на земле.
Предмет – дом с минимальными потерями энергии.

Задачи:
1. Найти и классифицировать строительные материалы, используемые при возведении домов.
2. Изучить физические свойства материалов.
3. Провести экспериментальную проверку тепловых свойств материалов.
4. Провести экспериментальную проверку теплового состояния жилых домов, выполненных из различных материалов.
5. Выявить оптимальные строительные материалы для возведения дома с минимальными потерями тепла.
6. Создание модели «Теплый дом».

Практическая значимость работы – в процессе исследования выявлены оптимальные строительные материалы для возведения дома с минимальными потерями тепла.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
• анализ литературы, относящейся к объекту и  предмету исследования;
• физический эксперимент;
• обработка данных эксперимента, анализ и теоретическое обобщение, выполняемые с целью выявления уровня достоверности полученных результатов, и возможности их дальнейшего использования в работе.


1. Основные строительные материалы жилого дома и их свойства

1.1. Дерево

В России издавна используют дерево для строительства. Оно отлично подходит для областей с любым климатом. И в наши дни этот традиционный материал часто применяют при сооружении красивых и теплых домов. Его особые свойства позволяют достичь в помещениях высокого уровня комфорта.

Наши предки весьма тщательно относились к выбору и подготовке древесины для сруба. Строительный лес заготавливали обычно зимой или в начале весны, «пока дерево спит, и лишняя вода в землю ушла». Древесину вывозили из леса и сразу же очищали от коры. Известно, что свежесрубленная древесина в зимний период имеет влажность 30%. Но для изготовления сруба пригодна подсушенная древесина (18–20 процентной влажности). Чтобы получить такую древесину, ее выдерживали под навесом. Бревна укладывали в штабеля на подкладки, чтобы обеспечить сквозное проветривание. Кору, опилки и прочие отходы сжигали, чтобы обезопасить заготовленные бревна от жука-древоеда.[2]

В деревянных домах нет проблемы излишне сухой, чрезмерно насыщенной углекислым газом атмосферы комнат. В деревянных домах оптимальная влажность и состав атмосферы в жилых помещениях поддерживаются за счет естественного воздухообмена дерева. Древесина обладает замечательными теплоизоляционными качествами, которые на порядок выше, чем у пресловутого кирпича. По большому счету у древесины только один серьезный недостаток – сравнительная недолговечность. К тому же древесина не может противостоять огню, повреждению различными насекомыми и гнилостному разложению.

В плюсы древесины можно записать: ее относительно малый вес. За счет чего можно сэкономить на закладке фундамента. Древесина морозоустойчива, что позволяет вести строительно-ремонтные работы и в зимнее время. Древесина обладает низким единственным радиационным фоном. В деревянных домах даже не обязательно проводить дополнительную отделку внутренней поверхности стен. Можно ограничиться только лакировкой и шлифовкой. Поскольку древесина обладает низкой теплопроводностью толщину стен коттеджа можно сделать минимально допустимой в данных климатических условиях. И, конечно же, дом из дерева обладает прекрасным внешним видом. Существует множество возможных архитектурных вариантов деревянных построек.

К минусам древесины следует отнести: высокую пожароопасность, усушку, подверженность атмосферным воздействиям, поражение вредителями, сравнительная недолговечность.[2]


1.2. Кирпич

Кирпич известен людям уже тысячи лет. Ни один строительный материал не может сравниться с ним по популярности. Это очень прочное, огнестойкое, морозоустойчивое и экологически чистое изделие. Во все времена кирпич был самым актуальным, популярным и модным материалом. Кирпич используется для строительства частных домов, а также для гражданского и промышленного строительства.

В нынешнее время выпускается кирпич десятков марок и наименований: кирпич рядовой, кирпич керамический, кирпич силикатный, кирпич облицовочный, кирпич клинкерный; в зависимости от размера кирпич может быть узким, утолщенным, одинарным, полуторным, двойным и фасонным; а также пустотелым и полнотелым. В зависимости от состава сырья, а также технологии приготовления и получают различные марки кирпича, который получают путем обжига в специальных печах. Кирпич керамический является самым распространенным строительным материалом. Его получают при обжиге глины в печи при температуре более 1100 градусов. Одна из основных характеристик качества – уровень прочности на сжатие обозначатся буквой М. Чем выше уровень прочности, тем выше показатель. Наиболее оптимальным для выполнения большинства строительных работ является рядовой кирпич марок М100, М125, М150. Керамический кирпич способен поглощать именно такое количество влаги, которое обеспечивает надежное сцепление, и при этом предотвращает появление плесени. Полнотелый рядовой кирпич обычно используют при кладке несущих конструкций, фундаментов, каминов. Пустотелый рядовой кирпич применяется в основном для изготовления межкомнатных перегородок, а при постройке малоэтажных зданий – и при кладке несущих стен. Пустоты внутри такого кирпича (от 15% массы) значительно снижают нагрузку на фундамент и повышают теплоизоляцию возводимого здания. [4]


1.3. Шлакоблоки

Стены из шлакоблоков отличаются простой технологией возведения и невысокой стоимостью. Однако надо учесть, что свежий шлак содержит вредные вещества, поэтому перед использованием ему следует выстаиваться не менее года под открытым небом. Толщина стен из шлакоблоков для домов постоянного проживания должна составлять 90 см. Кроме того, такие стены надо обязательно штукатурить, не говоря о том, что бетонные стены на дачных участках не заменят комфортности стен из дерева.

Шлакоблоки – это строительные блоки (стеновые камни), которые получаются методом вибропрессования раствора бетона в форме. Изготавливаются шлакоблоки: на основе ракушечника, цементно-песчанные и керазмитовые. В состав бетона, используемого в их производстве, может быть различным – отсев щебня, отходы кирпича, опилки, песок, перлит и другие. Шлакоблок – это народное название стенового камня. Основной недостаток этого строительного материала – это его прочность и морозостойкость. Поэтому, шлакоблоки, используемые в строительстве недолговечны и подвержены быстрому снашиванию. Одновременно с этим, стеновые камни чрезвычайно распространены среди несложных построений с минимальной нагрузкой: выложить стену, используя шлакоблоки, может любой частный застройщик – не обязательно быть профессиональным каменщиком.[4]

Довольно сильно схожи по своим характеристикам пеноблоки и шлакоблоки. Эти два строительных материала довольно просты относительно технологии производства и имеют достаточно низкую себестоимость. Строительство коттеджей и малоэтажных домов в равной степени может использовать пеноблоки или шлакоблоки в качестве конструкционного материала несущих и самонесущих стен благодаря их относительно равной степени прочности. Однако технология производства определяет некоторые особенности этих строительных материалов.


1.4. Каркасно-насыпные дома

Делают каркас из бруса хвойных пород деревьев, высушенных и обработанных против гниения, повреждения насекомыми, делают его практически не горючим и каркасно-насыпной дом. Каркас заполняется утеплителем, обшивается гипсокартоном. Снаружи при желании каркасно-насыпной дом обложить кирпичом. А можно этого и не делать. Немаловажно и то, что после окончания строительства остается не так уж много строительного мусора. Понаблюдайте, сколько его возле вновь построенных кирпичных домов. И тяжелая строительная техника тоже не используется, не ломает все вокруг. И если вы решили построить дом в бору или саду, то насаждения останутся практически нетронутыми.[4]

Для утепления всех конструкций выше уровня грунта (фасадов, кровли и т. д.) идеально подходит минеральная вата. Одно из главных достоинств этого утеплителя — его легкость. Так, при одинаковом показателе теплопроводности удельный вес минеральной ваты из стекловолокна в два раза ниже, чем удельный вес базальтовой ваты (15 кг/м3 против 30 и более кг/м3). Используя ее для утепления кровли, вы вдвое снижаете нагрузку на стропила, опорные стены и остальные элементы конструкции. Кроме того, минеральная вата на основе стекловолокна обладает еще и прекрасной звукоизоляцией. Это делает ее незаменимой для утепления деревянных и каркасных домов, звукоизоляция которых явно недостаточна для нормальной жизни, а также внутренних межкомнатных перегородок, междуэтажных перекрытий и облицовки наружных стен изнутри.

Среди теплоизоляционных материалов важное место занимает экструдированный пенополистирол — долговечный и экологически безопасный строительный материал, получаемый методом экструзии.[7]


1.5. Тепловые потери жилого дома

Количество тепла, необходимого для отопления дома, напрямую зависит от тепловых потерь здания. То есть чем больше тепла теряется через ограждающие поверхности (стены, крышу, полы, подвал), тем больше нужно энергии для отопления здания. Если на этапе проектирования и строительства дома предусмотреть хорошую теплоизоляцию, а также установить герметичные окна, заполнить щели в дверных проемах, отапливать дом впоследствии будет намного проще и дешевле. Как показывает практика, при правильном утеплении дома уровень тепловых потерь можно сократить до 70 %, а затраты на отопление — более чем в два раза!

Чтобы построить энергоэффективный дом, нужно минимизировать количество слабых мест в его конструкции, подверженных самым большим потерям тепла, — мостиков холода.

Мостки холода бывают линейными и точечными. Линейные — результат прерывистости теплоизоляции, например, подлине относов окон или балконных дверей и перемычек в области конструктивных узлов. Точечные создают крепежные элементы (подвески, анкеры и т. д.), а образуются такие мостики в местах установки телевизионных антенн, навесов и др.

Потенциальные места возникновения мостиков холода — конструктивные узлы и все соединения наружных элементов, сделанных из разных материалов. Чаше всего это стык пола на грунте со стеной фундамента, плиты фундамента с наружной стеной, проемы окон и дверей, а также соединение крыши со стеной. К этому перечню также относятся балконные плиты, выступы стен, места крепления металлических балюстрад и подпорок для телевизионных антенн. Избежать мостиков холода можно, если помнить: теплоизоляция, уложенная по наружной поверхности, должна быть непрерывной на всем протяжении.

Строительство дома предполагает бетонирование фундамента, возведение и утепление стен, а также прокладку гидроизоляции. Отдельный элемент конструкции — наружные стены первого этажа, которые могут быть одно-, двух- или трехслойными. Пол на фунте в энергоэффективных домах всегда утеплен, независимо от того, с подогревом он или нет. То есть теплоизоляция стен фундамента должна быть соединена с утеплителем стен непрерывным слоем. А теплоизоляция пола на грунте должна соединяться с несущей стеной, которая обычно «теплее», чем стены фундамента. Для утепления стен первого этажа используют достаточно прочные материалы с хорошими теплоизолирующими свойствами, например штапельное стекловолокно иди базальт толщиной 10-15 см. При этом обязательна защита теплоизоляции стен фундамента от влаги и механических повреждений.

Очень важно не только правильно выбрать стеклопакет и раму но и профессионально их установить. Прежде всего, нужно хорошо состыковать оконную конструкцию со стеной и герметизировать эти места, особенно с наружной стороны. Чаше всего для герметизации используют слой теплоизоляции или полиуретановой монтажной пены. Откосы должны закрывать около 80% проема, а это значит, что они должны заходить на рамы не менее чем на 6 см. И так по всему периметру окна, в том числе и под подоконником. Благодаря тщательной герметизации и «правильным» откосам столярка будет защищена от ветра и мостиков холода.[9]

В энергоэффективных домах для окончательной герметизации оконных проемов часто используют специальную трехслойную систему, внутренний слой которой защищает конструкцию от влаги (лента, силикон), средний является теплоизоляционным (полиуретановая пена), а наружный пропускает воздух, но защищает от атмосферных воздействий (лента, фольга).

Обычно проблема заключается в том, что для утепления стен и крыши используют разные материалы (пенополистирол и минеральную вату). А также в том, что эти конструктивные элементы утепляют не одновременно и зачастую это делают разные группы рабочих. Кроме того, место соединения закрывает деревянная бачка, которая мешает не только увидеть, но и исправить нарушения. Своевременно проверить непрерывность теплоизоляционного слоя на стыке стен и кровли — первоочередная задача каждого хозяина. Необходимо, чтобы пенополистирол, утепляющий наружные стены, был плотно соединен со слоем минеральной ваты, которая изолирует поверхность крыши. Это логично, когда нет чердачных стен или когда их высота около 1 м и они считаются продолжением наружных стен. Если чердачная стена есть и сделана она из двух слоев пустотелых кирпичей или блоков, часто проектируют дополнительные внутренние стенки из дерева. И тогда, как правило, утепляют только эти легкие стенки и часть кровли. А это ошибка, ведь чердачная стена чаше всего является мостиком холода. Правильное решение — укладка минеральной ваты на всей крыше и соединение этого материала с теплоизоляцией стен. Теплоизоляцию необходимо дополнительно защитить двумя слоями: слоем ветроизоляции снаружи и пароизоляиии изнутри. Суммарная толщина слоев минеральной ваты под крышей должна быть не меньше 20 см (в энергоэффективных домах). [14]


2. Физика тепловых процессов

2.1. Температура. Тепловое равновесие

Для описания процессов в газах и других макроскопических телах нет необходимости все время обращаться к молекулярно-кинетической теории. Поведение макроскопических тел, в частности газов, можно охарактеризовать немногим числом физических величин, относящихся не к отдельным молекулам, слагающим тела, а ко всем молекулам в целом. К числу таких величин относятся объем V, давление р, температура t.

Центральное место во всем учении о тепловых явлениях занимает понятие температура. Температура характеризует степень нагретости тела (холодное, теплое, горячее). Для ее измерения был создан прибор, называемый термометром. В его устройстве использовано свойство тел изменять объем при нагревании или охлаждении.

Термометр никогда не покажет температуру тела сразу же после того, как он соприкоснулся с ним. Необходимо некоторое время для того, чтобы температуры тела и термометра выровнялись, и между телами установилось тепловое равновесие, при котором температура перестает изменяться. Тепловое равновесие с течением времени устанавливается между любыми телами, имеющими различную температуру.

Тепловым равновесием называют такое состояние тел, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными. Это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей, твердых тел и т. д. В частности, не меняется объем столбика ртути в термометре, т. е. температура системы остается постоянной. Но микроскопические процессы внутри тела не прекращаются и при тепловом равновесии: меняются положения молекул, их скорости при столкновениях. [5]

Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объема, давления, электрического сопротивления и т. д. Чаще всего на практике используют зависимость объема жидкости (ртути или спирта) от температуры. При градуировке термометра обычно за начало отсчета принимают температуру тающего льда; второй постоянной точкой считают температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (шкала Цельсия). Шкалу между точками 0˚С и 100˚С делят на 100 равных частей, называемых градусами. Перемещение столбика жидкости на одно деление соответствует изменению температуры на 1˚С.

Так как различные жидкости расширяются при нагревании неодинаково, то установленная таким образом шкала будет до некоторой степени зависеть от свойств данной жидкости, расстояния на шкале между 0˚С и 100˚С будут различны. Поэтому градусы (расстояние между двумя соседними отметками) спиртового и ртутного термометров будут разными.

Какое же вещество выбрать для того, чтобы избавиться от этой зависимости? Было замечено, что в отличие от жидкостей все разреженные газы – водород, гелий, кислород – расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют свое давление при изменении температуры. По этой причине в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определенного количества разреженного газа при постоянном объеме или изменение объема газа при постоянном давлении. Такую шкалу иногда называют идеальной газовой шкалой температур.[12]


2.2. Внутренняя энергия тела и способы ее изменения

Одним из важнейших понятий термодинамики является внутренняя энергия тела. Все макроскопические тела обладают энергией, заключенной внутри самих тел. С точки зрения молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии всех атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. В частности, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий всех частиц газа, находящихся в непрерывном и беспорядочном тепловом движении. Отсюда вытекает закон Джоуля, подтверждаемый многочисленными экспериментами. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры и не зависит от объема.

Молекулярно-кинетическая теория приводит к следующему выражению для внутренней энергии одного моля идеального одноатомного газа (гелий, неон и др.), молекулы которого совершают только поступательное движение:

U = (3/2)RT

Поскольку потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от расстояния между ними, в общем случае внутренняя энергия U тела зависит наряду с температурой T также и от объема V:

U = U (T, V)

Таким образом, внутренняя энергия тела однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние тела. Она не зависит от того, каким путем было реализовано данное состояние. Принято говорить, что внутренняя энергия является функцией состояния.

Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу (положительную или отрицательную). Например, если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A’. В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу A = –A’. Величина работы зависит от того, каким путем совершался переход из начального состояния в конечное.

В отличие от газа, жидкости и твердые тела мало изменяют свой объем, так что во многих случаях работой, совершаемой при расширении или сжатии, можно пренебречь. Однако внутренняя энергия жидких и твердых тел также может изменяться в результате совершения работы. При механической обработке деталей (например, при сверлении) они нагреваются. Это означает, что изменяется их внутренняя энергия. [1,3]


2.3. Теплопроводность материала

Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью. Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное). Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня и коэффициента теплопроводности материала. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж. Фурье.

Для здания в зимних условиях последние величины практически постоянны, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остается уменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию.[11]


3. Создание модели энергоэффективного дома

3.1. Экспериментальная проверка физических параметров строительных материалов

Проведя теоретические исследования, связанные с темой нашей работы мы сформулировали цель своей экспериментальной работы: выявить энергетические выгодные материалы.

Исходя из цели работы, были сформулированы задачи эксперимента:
1. Выяснить и классифицировать основные строительные материалы, используемые при возведении жилых малоэтажных домов.
2. Провести экспериментальное исследование физических параметров отобранных материалов.
3. Проанализировать полученные результаты.
4. Обнаружить зависимость количество теплоты, затрачиваемое на обогрев дома от физических параметров строительных материалов.

Гипотеза: исходя из анализа значений теплопроводности и теплоемкости материалов, наиболее оптимальным является древесина.
Условия проведения эксперимента: при проведении опытов необходимо производить максимальную теплоизоляцию системы для уменьшения потерь тепла.
Приборы и материалы: чайник, вода, термометр электронный, секундомер,  весы, строительные материалы, теплоизоляция.

Исследование проходило в несколько этапов.
В исследовании № 1 мы изучили все найденные строительные материалы. И пришли к выводу, что чаще всего для строительства малоэтажных домов в сельской местности используют материалы, представленные в таблице. Для каждого материалы были определены тепловые характеристики. [10,11]


Таблица 1. Тепловые свойства материалов

Проанализировав все материалы, выбрали те, которые возможно протестировать в домашних условиях.
Исследование № 2 было посвящено определению зависимости теплопроводности материала от рода вещества. В эксперименте использовались: кирпич, древесина и шлакоблок и строительная плита. Для определения температуры, в емкость с водой при температуре 90˚С, были погружены материалы с отверстиями, внутри которых размещались термометры спиртовые и электронные:


Рис. 1. Измерение температуры нагревания материала спиртовым термометром


Рис. 2. Измерение температуры нагревания материала цифровым термометром

Через 15 минут были произведены измерения, результаты которых представлены в таблице.


Таблица 2. Температура нагревания материалов


Диаграмма 1. Зависимость температуры нагревания образца из разных материалов

Из представленных  данных хорошо видно, что самой низкой теплопроводностью обладает древесина, затем располагается кирпич и шлакоблок, а вот исследуемый образец плиты имеет  более высокое значение температуры, что говорит о  самом высоком показатели теплопроводности среди всех исследуемых образцов, так как в состав плиты входит железная арматура.

В исследовании № 3 вычисления удельной количества теплоты необходимой для нагревания материала. В ходе работы исследуемый материал помещался в воду для передачи количества теплоты. Все образцы нагревались до температур  50˚С.  Далее материал переносился в теплоизолированную систему, и проводились измерения температуры через каждые 15 минут:


Рис. 3. Измерение температуры материала в теплоизолированной системе

Полученные результаты отражены в таблице 3.


Таблица 3. Зависимость температуры остывания материала от времени


Диаграмма 2. Зависимость температуры охлаждения образца из разных материалов с течением времени

На основе построенной диаграммы делаем вывод, что не смотря на то что теплопроводность древесина имеет минимальное значение из всех предложенных  материалов, при использовании образца малого объема, и при распиливании бруса поперек волокна, остывание материала происходит быстрее остальных.

Расчитаем количества теплоты необходимой для нагревании материала до 50˚С:

Итак, по полученным расчетам видно, что для нагревания дома выполненного из выбранных нами материалов большее количество теплоты необходимо потратить для нагревания здания выполненного из железобетонных плит, так как при одинаковых размерах массы плиты оказывается наибольшая. Так же стоит отметить высокие затраты тепла на нагревание дома из древесина.

Анализируя совместно данные на диаграмме 2 и вычисления количества теплоты, мы пришли к выводу, что деревянные дома эффективно выполнять из бруса диаметром превышающем диаметр кирпича как минимум в два раза, и должен составлять примерно 20 см. Строительство дома из бруса 10*10 см является энерго не эффективным.


3.2 Экспериментальная проверка жилых домов

После проведения опытов, мы решили проверить полученные нами результаты на практике. Провели исследования жилых домов. Не смотря на достаточно большие погрешности в основе данного измерения, большое количество данных позволяет сделать нам некоторые выводы.

В качестве объектов эксперимента были использованы частные жилые помещения общей площадью 50 – 65 м2. Во всех домах были пластиковые окна, что сводит к минимуму потери через оконные проемы. Достаточно утеплен фундамент.



Таблица 4. Значение температуры дневной и вечерней в домах из различного материала

Анализируя представленные в таблице 4 данные, мы получили, что самыми теплыми оказались дома выполненные из деревянного каркаса с использование утеплителя из минеральной ваты и оббитые дополнительными материала. Затем следует дом из дерева, при этом в эксперименте участвовали дома выполненные из бревна средним диаметром 35 см. На последнем месте оказались дома выполненные из чистого кирпича. Жители таких домов, однако, отмечали, что отопить дом до нужной температуры приходится быстрее, чем это происходит в домах из другого материала, что связано с удельной теплоемкостью материала.


3.3 Создание модели «Энергоэффективный дом»

Итак, проанализировав все результаты, полученные в ходе эксперимента, мы предполагаем, что энергоэффективным будет дом, выполненный в соответствии со следующими требованиями:
1. Из древесины, средний диаметр бревна должен составлять не менее 30-35 см.
2. Из кирпича с условием использования дополнительно утеплителя из минваты или пенополистирола.
3. Возможно возведение домов финансово менее затратных – каркасно-утепленных, так как теплопроводность утеплителя в разы меньше даже древесины, поэтому в таком доме вы не замерзнете даже в сильные морозы.

Однако при возведении дома следует помнить, что отток тепла происходить в главной мере не из-за неправильно выбранного материала, поэтому стоит уделить при строительстве внимание утеплению оконных проемов, потолков и фундамента.

При выборе строительных материалов мы рекомендуем воздержаться от применения шлакоблоков, так теплопроводность такого материала достаточно высокая, а вредное воздействие входящего в состав шлака плохо изучено и вам наверняка не известно его происхождение. А вот пеноблоки, вполне можно применять, однако с дополнительным укреплением каркаса дома.

И совершенно стоит исключить возведение дома из строительных железобетонных плит, по причине их высокой теплопроводности и низкой влагостойкости. Дом из такого материала утеплить так же будет достаточно трудно.


Заключение


Таким образом, в работе нам удалось выяснить, что количество тепла, необходимого для отопления дома, напрямую зависит от тепловых потерь здания. То есть чем больше тепла теряется через ограждающие поверхности, тем больше нужно энергии для отопления здания.
Чтобы построить энергоэффективный дом, нужно минимизировать количество слабых мест в его конструкции, подверженных самым большим потерям тепла.
Проведя экспериментальные исследования мы смоделировали варианты жилых домов, которые будут наиболее энергоэффективными:
1. Из древесины, средний диаметр бревна должен составлять не менее 30-35 см.
2. Из кирпича с условием использования дополнительно утеплителя из минваты или пенополистирола.
3. Возможно возведение домов финансово менее затратных – каркасно-утепленных, так как теплопроводность утеплителя в разы меньше даже древесины, поэтому в таком доме вы не замерзнете даже в сильные морозы.
Помните: не утепленные стены и крыша пропускают 30-55% тепла, используемого для обогрева дома, а окна и двери — около 15-25%. Поэтому при строительстве своего дома уделяйте внимание всем возможным потярям тепла.


Библиография
1. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термодинамике [Электронный ресурс] // [Учебный компьютерный курс компании ФИЗИКОН] / URL: http://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter3/section/paragraph8/theory.html#up
2. Выбор и заготовка древесины для строительства[Электронный ресурс] // [Интернет портал для строительства] / URL: http://www.vashdom.ru/articles/rusdom_1.htm
3. Касьянов, В.А. Физика 10кл. [Текст] / В.А. Касьянов: Учебн. Для общеобразоват. учереждений. – 5-е изд., дораб. – М.: Дрофа, 2003. – 416 с.: ил.
4. Кирпич – многие века один из лучших материалов для строительства. / [Электронный ресурс]. URL: http://proektstroy.ru/publications/view/Kirpich—-mnogie-veka-odin-iz-luchshih-materialov-dlya-stroitelstva
5. Мякишев Г.Я. Физика. 10 класс [Текст]: учеб.для общеобразоват.уяреждений: базовый и профил.уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентейвой. – 19-е изд. – М.: Просвещение, 2010. – 366с.: ил. – (Классический курс).
6. Перышкин А.В. Физика. 8 класс: учебник для общеобр. учреждений. М.: Дрофа, 2008.
7. Полежаев Ю. В. и Юревич Ф. Б. Тепловая защита. Под ред. А. В. Лыкова.М., «Энергия», 1976. 392 с. с ил.
8. ТЕПЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ зданий / [Электронный ресурс]. URL: http://www.krivda.net/books/nefedov_a._v._gordeeva_v._i.-otechestvennye_poluprovodnikovye_pribory_i_ih_zarubezhnye_analogi._spravochnik_-_2.6._teplovyeparametry_16
9. Теплопотери зданий / [Электронный ресурс]. URL: http://www.vst-nn.ru
10. Теплопроводность и звукоизоляция оконных конструкций / [Электронный ресурс]. URL: http://allprofile.ru/index.htm
11. Теплопроводность строительных материалов [Электронный ресурс] // [Инженерный справочник] / URL: http://www.dpva.info/
12. Теплота. Теплообмен и его виды  [Реферат по физике] / [Электронный ресурс]. URL: http://2balla.ru/index.php?option=com_ewriting&Itemid=116&func=chapterinfo
13. Удельная теплопроводность веществ / [Электронный ресурс]. URL: http://www.xiron.ru/
14. Энциклопедия строительства дома  В.И. Рыженко – Издательство: Оникс, 2008 г.- 688 с.


Выполнил:
ученик 9 кл.
Савкив Илья Владимирович

Научный руководитель:
учитель физики
Тарабанова Ирина Викторовна


МКОУ «Полтавский лицей»
р.п. Полтавка

Комментарии ( 4 )
  • Морозов Никита 8 апреля 2013, 01:03
    Первое: теплопроводность сухих и мокрых материалов довольно сильно отличается. Можно ли говорить о правильности полученных Вами данных.
    Второе: у Вас в заключении написано: "что количество тепла, необходимого для отопления дома, напрямую зависит от тепловых потерь здания",в таблице приведена разница температур в домах в течение дня, но не указана разница температур теплоносителя. Тепло можно сохранить только тогда когда оно есть.
    Третье: понятие "Энергоэффективность" включает в себя довольно много составляющих. Прежде всего это экономические составляющие по расходу воды, электроэнергии, газа и тепла в доме, и соответственно по расходу денежных средств на их оплату. В вашей работе данные составляющие не учтены вовсе. Может быть следует сменить название? В работе разбирается зависимость возможности энергосбережения (а именно сбережения тепла) от материалов, из которых строятся дома. Энергосбережение, а не энергоэффективность...
  • Тарзанов Андрей 8 апреля 2013, 06:09
    При рассмотрении проекта энергоэффективного дома можно уделить внимание и таким моментам как форма ограждающих конструкций. Чем меньше углов, тем меньше теплопотерь. Цилиндрическая или куполообразная форма дома будет терять меньше тепла, чем традиционная прямоугольная.
    В погоне за сохранением тепла, не стоит забывать про то, что нужен приток воздуха извне. А его нужно греть... Хотя с другой стороны зимой холодный воздух с улицы может являться хорошим средством против излишней влажности...
    Согласен с Морозовым Никтой, что название работы желательно изменить. Названая тема очень широка, а рассмотрен лишь небольшой её сектор.
  • Игорь 15 апреля 2013, 14:37
    Огромное вам спасибо за комментарии, они для меня очень ценны. Ведь когда выполняешь исследование видишь его с одной стороны, а ребята нашли очень много вопросов на которые можно найти ответы в рамках данной темы. Так же я решил согласится с мнением Никиты о теме, действительно стоит переименовать в "Энергосбережение". Однако хотел бы возразить Андрею, по поводу формы дома, меня интересовали на практике конкретные жилые дома, а не абстрактные круглой или цилиндрической формы.
  • Тарзанов Андрей 15 апреля 2013, 17:08
    Позвольте не принять Ваши возражения об "абстрактных домах круглой или цилиндрической формы". Дома таковой формы создавались с самых древних времён до нынешних. Попробуйте в том же гугле фразу "Купольные дома". Видимо, Вас поразит обилие материалов в этом направлении.
Ваш комментарий
 
Кому:
Ваше имя:
Ваш e-mail:
Комментарий:
 
  гостевые комментарии проверяются модератором