ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ОТОПИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Раздел: Научно-исследовательская работа школьников
Журнал: Научно-исследовательская работа школьников и студентов
15 февраля 2015 г.
Авторы: Якушина Евгения
Е. Якушина
Руководитель: Квасов Евгений Викторович, учитель физики МБОУ «Гимназия №12», Ленинск-Кузнецкий ГО.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ОТОПИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Старшее поколение помнит, как в студенческие годы в общежитии при помощи двух бритвочек или ножей кипятили воду. Модель простая: два тонких лезвия, между ними две спички, чтобы они не касались друг друга, и всё перетянуто ниткой. К лезвиям подсоединяются провода от источника тока. Техника безопасности нарушается, но чай закипает очень быстро! Возникает вопрос: почему вода нагревается, если бритвочки не замкнуты?
Оказывается, это уже успешно применяется для обогрева жилых помещений в виде электродного водонагревателя. Ещё в СССР схожие по принципу действия отопительные приборы использовались на атомных подводных лодках и кораблях Военно-морского флота. В конце 1980-х годов конструкция электродного котла была адаптирована к использованию в системах отопления жилых, производственных, складских и торговых помещений.
Цель исследовательской работы: исследование свойств теплоносителя для Энергосберегающей отопительной установки (далее ЭОУ) и создание действующей модели ЭОУ.
Задачи:
- Изучить принцип работы ЭОУ.
- Выяснить его эффективность.
- Исследовать электропроводность различных образцов воды.
- Выяснить зависимость электропроводности жидкости от температуры.
- Определить необходимую и достаточную концентрацию теплоносителя.
- Создать модель для исследования свойств теплоносителя.
Объект исследования: процесс преобразования электрической энергии в тепловую.
Предмет исследования: электрические свойства теплоносителя для ЭОУ.
Методы исследования:
- Сбор и анализ литературных источников, Интернет-ресурсов и полученных знаний на уроках физики и химии.
- Физический эксперимент.
- Наблюдение.
Этапы исследования:
- Изучение данной темы при помощи научной литературы и Интернет-ресурсов.
- Исследование электропроводности воды из разных источников.
- Исследование зависимости сопротивления теплоносителя от его температуры.
- Создание действующей модели ЭОУ из подручных материалов.
- Расчёт эффективности работы оригинальной ЭОУ.
Теоретическая и практическая значимость:
- Предложен способ определения удельного сопротивления теплоносителя для более эффективной работы ЭОУ;
- Изготовлена наглядная действующая модель отопительной системы, которая может применяться учителем на уроках химии и физики при изучении физических и химических свойств жидкости и конвекции в жидкостях.
Процесс нагрева в водонагревателе электродного типа происходит посредством протекания электрического тока через теплоноситель, за счет сопротивления которого и происходит нагрев. При этом явление электролиза (разложение воды на кислород и водород при пропускании через неё постоянного электрического тока) не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой тока в электрической сети (50 Гц). Значит, нагревание происходит из-за колебательных движений заряженных частиц, и на выходе в считанные секунды теплоноситель нагревается до 95ºС!
В ходе проведения экспериментов выяснили, что различные жидкости имеют разное удельное сопротивление, и нами была определена пропорция компонентов смеси, необходимой для наиболее эффективной работы энергосберегающей водонагревательной установки электродного типа. А так же была исследована зависимость электропроводных свойств теплоносителя от температуры.
При помощи математических расчётов определены преимущества электродного водонагревателя в области энергосбережения сравнительно с ТЭНовыми водонагревателями и естественными видами топлива.
В процессе работы над данной темой была создана действующая модель отопительной системы, которая с успехом может быть использована учителями физики и химии на уроках для демонстрации электрических свойств жидкости и конвекции.
Таким образом, работая над данной исследовательской работой, мы можем выделить следующие особенности электродных котлов:
- За счет простоты конструкции и принципа нагрева тепловые потери в котле сведены к минимуму, благодаря чему КПД электродных котлов близки к 100 (96-98%)
- Так как теплоноситель является элементом электрической цепи, то в электродных котлах отсутствует проблема «сухого хода», или, другими словами, если из системы отопления по какой-либо причине вытекает теплоноситель, то электродный котел просто перестает работать из-за размыкания цепи, тем самым предотвращая аварийную ситуацию.
- Энергопотребление электродных котлов напрямую зависит от температуры теплоносителя - чем ниже температура воды в системе, тем ниже энергопотребление. На номинальный режим энергопотребления котел выходит при условии, что температура воды в системе равна 75 градусам.
- Рабочая температура электродного котла не должна превышать 75 градусов - при увеличении температуры увеличивается мощность котла, и, как следствие, нагрузка на электросеть.
- Электродные котлы менее инертны, что позволяет быстрее разгонять систему до заданной температуры и эффективнее применять управляющую автоматику.
- Электродные котлы не чувствительны к перепадам напряжения. С изменением напряжения изменяется лишь мощность котла, а в целом он продолжает работать.
- Малые габариты и низкая стоимость.
- Электродные котлы требовательны к качеству теплоносителя.
- При установке электродного котла необходимо наличие хорошего заземления - из-за значительных токов утечки подключение котла после УЗО (устройства защитного отключения) невозможно.
ЭОУ на сегодняшний день самый экономичный вид отопления среди электрических котлов и ТЭНовых обогревателей!