Неделя 3
Практическая часть
В этом проекте мы создаем модель солнечного коллектора. В целом работу, которую нужно было сделать, мы поделили на 3 недели. Уже третью неделю мы создаем модель коллектора, комбинируя картонные бумаги и банки.
Шаг 1. Разделитесь по 5 человек в группы. Ознакомьтесь всеми необходимыми материалами.
Шаг 2. Склеиваем термоклеем прямоугольник размером 44*19 см с прямоугольником размером 44*19 см. Следует учитывать: резные круги на двух картонах должны стоять не в одном направлении, а в противоположном. Потому что если через отверстие в боковую поступает воздух, то через отверстие в подошве выходит наружу.
Шаг 3. Соединенные банки крепим на картон 44*19 см через термоклей на отрезок 30 см посередине.
Шаг 4. К готовому коллектору крепим через термоклей вторую боковую поверхность размером 44*9 см. Отверстия на боковины должны быть параллельны друг другу.
Шаг 5. Два прямоугольника размером 18,5*9 см закрепляем термоклеем по обе стороны коллектора.
Шаг 6. Окрашиваем коллектор аэрозольной краской черного цвета.
Шаг 7. Приклеиваем пищевую пленку к поверхности термоклеем.
Мы полностью изготовили солнечный коллектор. Теперь сделаем расчет в качестве эксперимента. С помощью этих расчетов мы убедимся в том, сколько тепла, сколько топлива или в каком количестве требуется коллектор для класса/комнаты, в которой мы находимся.
Эксперимент №1.
Задание № 1.
Рассчитаем объем и массу воздуха класса/помещения, в котором мы находимся. Для этого нужна высота и размер площади той же комнаты. Где 𝞺=1,22 кг/м3 – плотность воздуха.
В качестве примера рассчитаем объем и массу воздуха в доме с высотой потолка 2,5 м, площадью 28 м2.
| Дано: | Решение: |
| S=28 м2 h = 2,5 м 𝞺=1,22 кг/м3 Найти: m – ? | V=S*h=28*2.5=70 м3 m=𝞺*V=1.22*70=85.4 кг |
Задание № 2.
Рассчитаем количество тепла, необходимое для нагрева воздуха в помещении до 20°C. Где c = 1005 Дж/кг*c – теплоемкость воздуха (по вашим расчетам вы получите величину выбывшей массы)
| Дано: | Решение: |
| c=1005 Дж/кг*c ∆t=20°C m=85.4 кг Найти: Q -? | Q=cm∆t Q=1005*85.4*20=1716540 Дж |
Задание № 3.
Рассчитаем количество топлива, необходимое для обогрева этой воздушной массы. Где q – удельная теплота сгорания топлива. (по вашим расчетам вы получите величину количества выделяющегося тепла)
| Дано: | Решение: |
| Q=1716540 Дж q(газ)= 44 МДж/кг q(дерево) = 13 МДж/кг q(уголь)= 27 МДж/кг Найти: m -? | Q=qm m=Q/q m(дерево) =1716540/13000000=0,132 кг m(уголь) =1716540/27000000=0,0635 кг m(газ) =1716540/44000000 = 0,039 кг |
Задание № 4.
Вычислим количество теплоты, передаваемой одной трубой солнечного коллектора, и сколько штук коллекторов необходимо для обогрева одного помещения.
В качестве примера приведены расчеты коллектора для г. Астаны.
Дано:
Эффективная площадь поглощения солнечного коллектора – S=0,092 м2 (на 1 трубу).
Среднегодовое количество инсоляции в г. Астане – Р=1144 кВт*сағ/ м2. (для других городов размер инсоляции указан в таблице).
КПД – от 67% до 80% (для устаревших коллекторов будут использованы актуальные минимальные показатели, поэтому результаты будут немного занижены).
Найти: Q(коллектор), N(коллектор) -?
Решение:
Q(коллектор)=SР𝞰=0,092*1144*67=70516,16 Вт*ч/ м2.
N(коллектор)=1716540/70516,16=24,3425≈25 шт коллектор.
Таблица. Сезонные значения среднедневной инсоляции для основных населенных пунктов Казахстана
| Населенный пункт | Среднее количество солнечной радиации в день, кВт*ч/ м2 | Годовая сумма, кВт*ч/м2 | |||
| Зима | Весна | Лето | Осень | ||
| Атырау | 52 | 124 | 163 | 85 | 1272 |
| Балхаш | 49 | 138 | 172 | 99 | 1372 |
| Кызылорда | 75 | 152 | 191 | 127 | 1634 |
| Усть-Каменогорск | 53 | 124 | 145 | 78 | 1198 |
| Актау | 58 | 125 | 177 | 99 | 1382 |
| Актобе | 41 | 116 | 153 | 73 | 1147 |
| Алматы | 83 | 132 | 173 | 130 | 1554 |
| Аральск | 53 | 125 | 166 | 92 | 1306 |
| Астана | 42 | 121 | 144 | 74 | 1144 |
| Байконыр | 63 | 138 | 179 | 108 | 1464 |
| Жанаозен | 71 | 126 | 176 | 106 | 1435 |
| Капшагай | 80 | 144 | 183 | 134 | 1621 |
| Караганды | 45 | 124 | 149 | 78 | 1186 |
| Кокшетау | 43 | 124 | 149 | 78 | 1186 |
| Костанай | 39 | 121 | 144 | 67 | 1111 |
| Павлодар | 44 | 131 | 145 | 72 | 1175 |
| Петропавловск | 39 | 122 | 143 | 60 | 1091 |
| Семей | 49 | 121 | 144 | 78 | 1208 |
| Талдыкорган | 79 | 144 | 184 | 128 | 1600 |
| Тараз | 71 | 136 | 201 | 132 | 1621 |
| Туркестан | 76 | 148 | 195 | 132 | 1652 |
| Уральск | 42 | 122 | 154 | 65 | 1148 |
| Чимкент | 71 | 137 | 210 | 133 | 1650 |
Заключение
Энергия стала одним из самых необходимых ресурсов для жизни человека. Традиционная энергия, которую мы используем, не является экологически чистой и имеет большие финансовые затраты. К тому же они истощаются. Поэтому введение альтернативных источников энергии станет решением этих вопросов. Одним из них является солнечная энергия. Это самый дешевый возобновляемый источник энергии. Согласно некоторым исследованиям, в ближайшие 20 лет во многих странах солнечная энергия из энергии угля и газа выйдет вперед по объему.
А мы в этом проекте разработали модель коллектора, который преобразует этот солнечный источник в тепловую энергию и провели 3 экспериментальные работы.
Оценивание
Критерий оценивания по PBL:
Problem based learning (проблемно-ориентировочное обучение) — это метод обучения, при котором учащиеся приобретают знания и навыки, работая над одним проектом в течение 3-х или 4-х недель, для исследования и поиска ответа на подлинный, интересный и сложный вопрос, проблему или вызов (далее перейдите по ссылке PBL Rubrics на рубрики).
