Opgave 1 Opvarmning, energitab og energibalance Når vi tilfører energi til en kedel vand, en stegepande eller en mursten, så stiger temperaturen. Men bliver temperaturen ved med at stige selv om vi fortsætter med at tilføre den samme energi? Du skal i de følgende undersøge hvad der sker, når du tilfører energi til et lille glas vand. En nem måde at tilføre energi til vandet er med en dyppekoger. Her skal du anvende en speciel hjemmelavet dyppekoger til 6V. Du skal bruge et kronemuffepar, 10 cm kanthaltråd (Ø 0,25), to stykker udrettede papirclips og to ledninger med krokodillenæb. Kom 30 ml vand i et lille bægerglas (50 ml). Placer dyppekogeren og et termometer i vandet. Aflæs temperaturen. Tænd for strømmen og aflæs temperaturen hvert minut i 10 minutter (husk omrøring inden aflæsning). Kom vandet til at koge? Afsæt temperaturerne i et koordinatsytem, hvor tiden afsættes ud ad X-aksen og temperaturen op ad Y- aksen. Lav nu det samme forsøg, men denne gang skal du lave et låg (pap) som kan lægges på glasset. Du skal også pakke noget om glasset (vante, tørklæde eller lignende). Indtegn temperaturforløbet i samme koordinatsystem. Ændrer temperaturen sig på en anden måde end før? Har du tilført den samme mængde energi (samme dyppekoger og spænding)? - 1 -
Opgave 2 Isolering Undersøg forskellige materialers evne til at isolere for varmetab til omgivelserne. Forsøgsopstillingen består af et almindeligt reagensglas i mælkekarton eller syltetøjsglas med det materiale som skal undersøges. Prop med termometer så termometret går ca. 5 cm under proppen. Du skal fylde varmt vand (når det varme vand har løbet lidt fra hanen) i reagensglasset så det står 2 cm fra kanten. Proppen sættes i og temperaturen aflæses hvert minut. Følg temperaturfaldet og indtegn i koordinatsystem. Find 3-4 forskellige materialer du kan undersøge. - 2 -
Opgave 3 Opvarmning og isolering af paphus Vi vil godt have det varmt i vores bolig, også om vinteren. Derfor må vi tilføre energi i form af varme. Desværre forsvinder varmen fra boligen, så vi skal blive ved med at tilføre ny varme hele vinteren. Du kan lave et forsøg som illustrerer problemet. Lav et modelhus af en papkasse (til A4-papir) uden vinduer. Inde i huset placerer du to pærer (6v, 1A) i parallelforbindelse. Forbind til strømforsyningen. Lav et hul til et termometer. Mål temperaturen udenfor huset. Tænd for varmen (pæren) og aflæs temperaturen hvert minut i 10 minutter. Tegn en kurve over temperaturforløbet i et koordinatsystem. Gentag forsøget, men denne gang skal du pakke huset ind i et materiale som du mener er godt til at holde på varmen. Forklar forskellen på de to kurver. Et rigtigt hus er ikke bygget så simpelt som en papkasse. De forskellige bygningsdele (tag, gulv, vægge og vinduer) er lavet af forskellige materialer som har forskellige evner til at isolere for varmetabet til omgivelserne. Denne evne til at isolere udtrykkes i materialets K-værdi jo lavere værdi jo bedre isoleringsevne. - 3 -
De forskellige bygningsdeles overflade har også betydning for hvor meget energi der slipper ud. Bygningskonstruktioner ses bedst i virkeligheden, men hvis du ikke har adgang til en byggeplads eller en teknisk skole med bygge og anlæg, kan de ses i f.eks. Den lille lune fra Rockwool eller på www.rockwool.dk Jo større forskel der er mellem indendørstemperaturen og udendørstemperaturen jo større er energitransporten fra boligen til luften udenfor. Du kan få en fornemmelse af hvilke bygningsdele som isolerer godt ved at måle temperaturen på indersiden af vinduer, vægge, yderdøre m.m. Det er ikke let, men hvis du tager et termometer og holder det tæt til det du vil måle, samtidig med at termometeret dækkes med en flamingoklods (se foto) og venter 3-5 minutter inden aflæsning, så får du resultater som gør dig i stand til at vurdere hvilke bygningsdele som er kolde. Hvis du skal finde ud af hvor meget energi der skal tilføres dit hus på et år, er det besværligt at skulle måle udetemperaturen hver dag året igennem. Resultatet har du så også først når året er gået. Ved mange års målinger har man fundet ud af, at vi opvarmer vores bolig i 230 døgn, det svarer til 5500 timer om året. Den gennemsnitlige udendørs temperatur er 4ºC i fyringssæsonen. - 4 -
Opgave 4 Simulering Når man skal have erfaringer med situationer som kan være vanskelige at gennemføre i virkeligheden, laver man ofte simuleringer, efterligninger af virkeligheden. Du kan hente et regneark på http://evu.dk/index.php?siteid=3&pageid=164 hvor du kan ændre på isoleringsgraden og vinduernes størrelse i et modelhus. Prøv at eksperimentere med forskellige ændringer og se hvilken betydning det har for energiforbruget til opvarmning. Varmetabet i din bolig Den store opgave er at finde ud af hvor meget energi som skal bruges til at opvarme jeres hus og måske finde på ændringer, så der skal bruges mindre energi. Ved mange års målinger har man fundet frem til, at fyringssæsonen i gennemsnit varer 230 døgn som svarer til 5500 timer. Udendørstemperaturen har på samme måde et gennemsnit som er sat til 4ºC. Indendørstemperaturen sættes normalt til 20ºC, men hvis I derhjemme har en højere temperatur skal du selvfølgelig regne med den. For at beregne varmetabet skal dette skema først udfyldes: Ydervægge Areal Vinduer m 2 Loft m 2 Gulv m 2 Døre m 2 Dernæst skal du finde ud af hvilken U-værdi de forskellige bygningsdele har. Du kan finde eksempler på U-værdier på næste side. Bygningsdel U-værdi Ydervægge Vinduer Loft Gulv Døre - 5 -
Eksempler på U-værdier Vinduer U-værdi 1 lag glas 6,0 Termorude 2,7 Energirude 1,1 Tage og lofter U-værdi Isoleringstykkelse; 0 mm 1,5 Isoleringstykkelse; 50 mm 0,6 Isoleringstykkelse; 100 mm 0,4 Isoleringstykkelse; 150 mm 0,25 Isoleringstykkelse; 200 mm 0,2 Isoleringstykkelse; 400 mm 0,1 Gulve U-værdi Støbt gulv 0 mm isolering 0,76 Støbt gulv 50 mm isolering 0,32 Støbt gulv 100 mm isolering 0,25 Krybekælder 0 mm isolering 1,2 Krybekælder 25 mm isolering 0,8 Krybekælder 100 mm isolering 0,4 Ydervæg U-værdi Træskeletvæg 0 mm isolering 2,2 Træskeletvæg 50 mm isolering 0,6 Træskeletvæg 100 mm isolering 0,4 Træskeletvæg 150 mm isolering 0,25 Træskeletvæg 200 mm isolering 0,2 30 cm hulmur, uisoleret 1,5 30 cm hulmur, hulmursisoleret 0,5 24 cm letbetonmur 0,8 24 cm letbetonmur + 50 mm isolering 0,4 Murstensmur uden hulrum 2,3 Murstensmur uden hulrum + 100 mm isolering 0,4-6 -
Nu er det muligt at beregne det samlede varmetab i løbet af fyringssæsonen. Det samlede varmetab er bestemt af hvor stort et areal varmen kan slippe væk gennem, hvor lang tid dette varmeudslip varer samt hvor let varmen slipper igennem mure, vinduer, døre, lofter og gulve. Varmetabet (eller energiudslippet) måles i Wh (watttimer eller kwh, kilowatttimer). Varmetabet beregnes ved at gange arealet (i kvadratmeter) med U-værdien og igen gange resultatet med temperaturforskellen. Resultatet bliver målt i Wh. Da U-værdierne er forskellige for de forskellige bygningsdele er det lettest at beregne varmetabet for hver bygningsdel for sig. Indsæt tallene i skemaet og beregn varmetabet Bygningsdel Areal U-værdi Temperaturforskel Tid Varmetab Ydervægge 5500 timer Wh Vinduer 5500 timer Wh Loft 5500 timer Wh Gulv 5500 timer Wh Døre 5500 timer Wh Ialt Wh Omregn varmetabet til kwh (kilowatttimer) Varmetabet er kwh pr. år Til at dække dette varmetab kan der bruges forskellige opvarmningsformer: Olie, elektricitet, naturgas, fjernvarme og fast brændsel. De forskellige opvarmningsmetoder bruger forskellige betegnelser for den mængde energi der er brugt til opvarmning. Du skal omregne til den opvarmningsform I bruger derhjemme. 1 kwh svarer til 0.133 l olie afbrændt i oliefyr 1 kwh svarer til 859,8 kcal (kilocalorier) fjernvarme Hvis I bruger elektricitet til opvarmning er der ingen problemer med omregning. - 7 -
Opgave 5 Boligopvarmning Vi kan opvarme vores bolig på mange forskellige måder. Den mest almindelige er radiatorer med vand. Vandet varmes op i en kedel i boligen hvor der fyres med biomasse, olie eller naturgas, det kaldes et centralvarmeanlæg. Et fjernvarmeanlæg fungerer på samme måde, her kommer opvarmningsvandet bare fra en stor kedel på fjernvarmeværket. Boligens centralvarmeanlæg består i princippet af en kedel hvor vandet varmes op og radiator, hvor vandet kan afgive sin varme til luften i boligen. Du kan bygge en model af centralvarmeanlægget. Du skal bruge: 1 stk kedel: 50 cm 8 mm blød kobberrør vikles om et vandrør i en spiral 1 stk radiator: 15 cm 3/4 (20mm) sort stålrør For at sammensætte opstillingen skal du bruge: 2 stk 10 cm gummislange 1 stk bøjet glasrør 1 stk T-stykke (glas eller plast) 1 stk 10 cm klar plastslange 2 stk gummiprop med 1 hul 1 stk 30 mm Rockwool måtte Noget tyndt ståltråd (blomstertråd) til at holde isoleringen på plads - 8 -
Se på billedet hvordan delene skal sættes sammen og spændes op i to stativer. Principopstilling af centralvarmeanlæg Løft den øverste prop af radiatoren og fyld op med vand til kanten. Sæt proppen på plads igen. Nu er anlægget fyldt med vand og der står vand halvt op i plastslangen. Plastslangen fungerer som ekspansionsbeholder og udluftning. Vandet kan ikke løbe rundt hvis der er luftbobler i anlægget. Hvis der er luft kan det slippe ud gennem plastslangen. Når vandet varmes op udvider det sig. Hvis anlægget var helt lukket ville vandets udvidelse betyde at rør og slanger blev ødelagt; derfor skal der være mulighed for ekspansion. Opvarmningen sker med et fyrfadslys som sættes inde under kobberspiralen. Det er nødvendigt at pakke kobberspiralen ind i Rockwool så der stadig kan komme luft til fyrfadslyset og så der er en åbning foroven (skorsten). Mærk øverst og nederst på din hjemmelavede radiator. Hvordan er temperaturen? Høj Mellem Lav Øverst på radiatoren Nederst på radiatoren - 9 -
Lad centralvarmeanlægget passe sig selv i 10 minutter. I mellemtiden kan du måle temperaturen på en rigtig radiator. Mål både øverst og nederst på radiatoren. Kan du forklare dine måleresultater? Når de 10 minutter er gået, mærk igen øverst og nederst på din hjemmelavede radiator. Hvordan er temperaturen? Høj Mellem Lav Øverst på radiatoren Nederst på radiatoren Hvilken vej tror du vandet løber rundt i dit centralvarmeanlæg? Lav en skitse, hvor du viser hvilken vej vandet løber. Hvad sker der med vandets temperatur når det løber gennem anlægget? - 10 -