Skoletjenesten Aalborg kommune energiundervisning- Tjek på energien

Transkript

1 Lærervejledning Materialer: Tiliters spande Målebægre Lommeregnere/mobiler (Login fås af Teknisk Serviceleder på skolen) Om energi, effekt og kilowatttimer. Energi måles i Joule og det er meget lille enhed, hvorfor der næsten altid anvendes dekadiske præfikser. Kilo (1000) eller mega ( ). 1. kilojoule (kj) = 1000 joule 1. megajoule (MJ) = joule Effekt er defineret som energi pr. tid og angives i joule pr sekund, der også kaldes watt. Eksempel En glødepære på 60 watt skal således tilføres 60 joule pr sekund for at lyse. En 60 watts glødepære, der lyser i 5 sekunder får således tilført 5 x 60 = 300 joule. Da 1. Joule er en meget lille energimængde, bruges enheden kilowatttimer. (h) H et i kilowatttimer står for det latinske ord hora, der betyder time. Eller hour på engelsk. 1. kwh = 1000 x 3600 sekunder/time x 1. joule/sekund = joule = 3600 kj = 3,6 MJ Vand er efterhånden blevet ganske dyrt og vores vaner i badet har en ganske stor indflydelse på vores økonomi. Således kan et par teenagere i huset give en ganske solid vand- og varmeregning I en ganske almindelig husholdning går % af varmeregningen til opvarmning af varmt brugsvand. Prisen på brugsvand i Aalborg er 42,75 kr./m 3. Fjernvarmeprisen er 13,75 kr/m3, idet det er prisen for at tappe varmeenergien ud af 1000 l fjernvarmevand. Fjernvarmevandet løber enten igennem vore radiatorer eller gennem vores varmtvandsbeholder/ -veksler. Aalborg har Danmarks billigste fjernvarme.

2 Gennemsnitsprisen for danske byer er ca. dobbelt så høj. Så hvad nu hvis Aalborgs pris på fjernvarme kom op på landsgennemsnittet.? Lav evt. nogle regneeksempler på klassen. Opvarmningen af et stof er generelt givet ved: (Den svære udregning) Q = m x C x t Hvor Q er energimængden i kj, m er massen i kg og t er temperaturforskellen i Cº. C er vands specifikke varmekapacitet, der er 4, 19 kj/kg. Cº. Det bemærkes, at vands massefylde sættes til 1,0 kg/liter. Ved VVS-tekniske beregninger sættes begyndelsestemperaturen til 8 o C, hvilket er jordens temperatur i 1,20 m dybde. Den er konstant året rundt. Særligt ved varmtsvandbeholdere/- vekslere gælder det, at der tabes ca. 20 % af energien i fjernvarmevandet som følge af kalkaflejringer og varmetab til omgivelserne. Opgave 1: Opvarm 1 liter vand med en elkedel og mål, hvor meget el du har brugt. Kom 1 liter vand i elkedlen og mål temperaturen på det kolde vand. Sæt stikket i sparometret og tænd, mens du tager tid på, hvor lang tid det tager at bringe vores liter i kog. Hvor meget el bliver der brugt?? og hvad koster det, idet el koster 2,00 kr/kwh. Opgave 2: Næste opgave virker lang og kompliceret, men ved at splitte opgaven op og henvise til tidligere facit bliver den faktisk både gennemskuelig og forståelig. Mia kan godt lide at tage lange bade. Hver dag bader hun 15 minutter og volumenstrømmen er 0,3 liter pr sekund. A: Hvor meget vand bruger hun til sit bad? Vandmængde = 0,3 liter/s x 60 x 15 min. = 270 liter = 0,27 m 3 B: Hvad koster vandet, når prisen er 42,75 kr/m3: Pris = 42,75 kr/m3 x 0,27 = 11,54 kr Svaret i spm. B omfatter jo kun prisen for det kolde vand og det skal jo også varmes op vha fjernvarmevandet. C: Hvor meget energi skal der bruges til at varme denne mængde vand op fra 8 o C til 40 o C: 1 kwh er lig 3600 kj: Energimængde = 4,19 x 270 liter x (40 8) o C = kj =36167/3600 = 10,0 kwh D:Hvor meget fjernvarmevand skal der bruges til at varme brugsvandet op til Mia s bad?? En almindeligt god varmeveksler kan give 30 kwh/m 3 fjernvarmevand.

3 Fjernvarme = 10,0/30 kwh/m3 = 0,33 m 3 fjernvarme E: Hvad koster det at varme Mia s badevand op, hvis fjernvarme koster 13,75 kr/m3: Pris = 0,33 x 13,75 kr/m3 = 4,54 kr Hvad er den samlede udgift til både køb af vand og opvarmning af det? Dvs facit fra både spm. B og E. Samlet pris = 11,54 kr + 4,54 kr = 16,08 kr Ekstra opgave: Hvad koster Mia s bad pr minut? F: Den samme vandmængde varmes nu op vha elektricitet. 1 kwh = 3600 kj og el koster 2,00 kr/kwh. Der er intet tab i en elektrisk varmtvandsbeholder. Energimængde = kj/ 3600 = 10,0 kwh Pris for el: 2,00 x 10,0 = 20 kr G: Hvad koster badet, når vandet er varmet op med el: Samlet pris = 11, ,00 = 31,54 kr (prisen for badet fordobles med el som energikilde!!!) Opgave 3: Nu skal du efterprøve beregningerne i praksis. Find en bruser og bestem dens volumenstrøm vha et stopur og en tiliters spand. Mål temperaturen på det kolde vand. Den er ca 8 o C, når det har løbet lidt. Og hvor varmt er dit badevand? Indstil temperaturen på bruseren. Er jeres regnestykke troværdigt?? Udstyr: Papir, lommeregner og blyant. Termometre fra fysik samt 2-3 tilitersspande Sparometre samt el-kedel. Tips: Du kan overveje, om du vil lave praktiske målinger af bruserens volumenstrøm og temperatur til brug for vurderingen af troværdigheden af opg.2. først. Tal med eleverne om det at tage korte bade og hvis der vaskes op i hånden, må det ske i en balje og ikke under rindende hane. Lærervejledning: Vand er efterhånden blevet ganske dyrt og vores vaner i badet har en ganske stor indflydelse på vores økonomi. Således kan et par teenagere i huset give en ganske solid vand- og varmeregning I en ganske almindelig husholdning går 20-30% af varmeregningen til opvarmning af varmt

4 brugsvand. Prisen på brugsvand i Aalborg er 42,75 kr/m 3. Fjernvarmeprisen er 13,75 kr/m3, idet det er prisen for at tappe varmeenergien ud af 1000 l fjernvarmevand. Fjernvarmevandet løber enten igennem vore radiatorer eller gennem vores varmtvandsbeholder/ -veksler. Aalborg har Danmarks billigste fjernvarme, gennemsnitsprisen for danske byer er ca dobbelt så høj. Så hvad nu hvis Aalborg s pris på fjernvarme kom op på landsgennemsnittet??? Opvarmningen af et stof er generelt givet ved: Q = m x C x t Hvor Q er energimængden i kj, m er massen i kg og t er temperaturforskellen i o C. C er vands specifikke varmekapacitet, der er 4, 19 kj/kg o C. Det bemærkes, at vands massefylde sættes til 1,0 kg/liter. Ved VVS-tekniske beregninger sættes begyndelsestemperaturen til 8 o C, hvilket er jordens temperatur i 1,20 m dybde. Den er konstant året rundt. Opgave 1: Opvarm 1 liter vand med en elkedel og mål, hvor meget el du har brugt. Kom 1 liter vand i elkedlen og mål temperaturen på det kolde vand. Sæt stikket i sparometret og tænd, mens du tager tid på, hvor lang tid det tager at bringe vores liter i kog. Hvor meget el bliver der brugt?? og hvad koster det, idet el koster 2,00 kr/kwh. Opgave 2: Næste opgave virker lang og kompliceret, men ved at splitte opgaven op og henvise til tidligere facit bliver den faktisk både gennemskuelig og forståelig. Mia kan godt lide at tage lange bade. Hver dag bader hun 15 minutter og volumenstrømmen er 0,3 liter pr sekund. A: Hvor meget vand bruger hun til sit bad? B: Hvad koster vandet, når prisen er 42,75 kr/m3: Svaret i spm. B omfatter jo kun prisen for det kolde vand og det skal jo også varmes op vha fjernvarmevandet. C: Hvor meget energi skal der bruges til at varme denne mængde vand op fra 8 o C til 40 o C: D: Hvor meget fjernvarmevand skal der bruges til at varme brugsvandet op til Mia s bad?? En varmeveksler kan få 30 kwh ud af 1 m3 fjernvarmevand. E: Hvad koster det at varme Mia s badevand op, hvis fjernvarme koster 13,75 kr/m3:

5 Hvad er den samlede udgift til både køb af vand og opvarmning af det? Dvs facit fra både spm. B og E. F: Den samme vandmængde varmes nu op vha elektricitet. 1 kwh = 3600 kj og el koster 2,00 kr/kwh. Der er intet tab i en elektrisk varmtvandsbeholder G: Hvad koster badet nu med el som energikilde?? Opgave 3: Nu skal du efterprøve beregningerne i praksis. Find en bruser og bestem dens volumenstrøm vha et stopur og en tiliters spand. Mål temperaturen på det kolde vand. Den er ca 8 o C, når det har løbet lidt. Og hvor varmt er dit badevand? Indstil temperaturen på bruseren. Er jeres regnestykke troværdigt?? Opgave 4: Hvad kan vi selv gøre for at spare på det varme vand??? Fælles mål 2009 Fysik beskrive og forklare eksempler på energiomsætninger beskrive hverdagslivets teknik og dens betydning for den enkelte og samfundet. formidle resultatet af arbejdet med fysiske, kemiske og tekniske problemstillinger Fælles med Fysik Geografi Biologi beskrive hovedtræk af vands og kulstofs kredsløb i naturen (fælles med biologi og geografi). kende fordele og ulemper ved udnyttelsen af forskellige energikilder kende til grundvandsdannelse i Danmark og forhold, der har indflydelse på vores muligheder for at indvinde rent drikkevand (fælles med biologi og geografi) anvende it-teknologi til informationssøgning, dataopsamling, kommunikation og formidling (fælles med biologi og geografi). Matematik opstille, behandle, afkode, analysere og forholde sig kritisk til

6 modeller, der gengiver træk fra virkeligheden, bl.a. ved hjælp af regneudtryk, tegning, diagrammer, ligninger, funktioner og formler (modelleringskompetence) udtænke, gennemføre, forstå og vurdere mundtlige og skriftlige matematiske ræsonnementer og arbejde med enkle beviser (ræsonnementskompetence) kende de reelle tal og anvende dem i praktiske og teoretiske sammenhænge kende og anvende målingsbegrebet, herunder måling og beregning i forbindelse med omkreds, flade og rum arbejde med problemstillinger vedrørende dagligdagen, bl.a. i forbindelse med privatøkonomi, bolig og transport behandle eksempler på problemstillinger knyttet til den samfundsmæssige udvikling, hvori bl.a. økonomi, teknologi og miljø indgår