Из опыта использования математических расчетов в исследовательских работах по энергосбережению

Лемешкина Ирина Евгеньевна,

МКОУ Лемешкинская СОШ Руднянского района Волгоградской области

Ефименко Людмила Викторовна,

МКОУ Горнобалыклейская СОШ Дубовского района Волгоградской области

Из опыта использования математических расчетов

 в исследовательских работах по энергосбережению

Пожалуй, ни одна исследовательская работа в любой области не может обойтись без математики – в частности, без  статистической обработки результатов. Однако этим необходимость знания математики в исследовательской деятельности не ограничивается.

Проводя в прошедшем учебном году межшкольный экологический проект между Лемешкинской СОШ Руднянского района и  Горнобалыклейской СОШ Дубовского района волгоградской области, мы с коллегой – оба учителя химии и биологии  - столкнулись с необходимостью проведения расчетов по энергосбережению. Здесь  пригодились не только наши и ученические знания по некоторым разделам физики, но в определенном объеме и знания математики.

Тема наших исследований – расчет потребления электроэнергии различными электроприборами с помощью бытового электросчетчика.

Приведем ниже методику исследований, разработанную  нами для учащихся. Возможно, кого-то из коллег заинтересует данное направление школьной проектной деятельности по энергосбережению. Будем очень рады.

Желающих подробнее ознакомиться с нашим межшкольным проектом приглашаем зайти в нашу группу  https://vk.com/club67087117 или на сайт http://raduga498.moy.su/index/0-69

Методические рекомендации по проведению  и оформлению  исследований

Тема:  «Экономия электроэнергии в быту»

• Актуальность темы (общая часть для всей  командной работы, делает ее капитанская пара): ответить на вопрос, почему надо экономить электроэнергию, чем это полезно для природы и человека; почему надо экономить даже ту электроэнергию, которая, как в нашей местности,  вырабатывается на гидроэлектростанциях

Тема №1: «Самоокупаемость энергосберегающей лампочки за счет экономии электроэнергии»

Цели исследования (формулируются самостоятельно)

•   высокая цена энергосберегающей лампочки многократно окупится (или быстро окупится, или почти не окупится, или не окупится) экономией электричества

Методы исследования: измерение, расчет, сравнение

Ход работы (измерения проделывает один из партнеров, расчеты и сравнения делаются партнерами совместно)

1. Определение примерного времени работы энергосберегающей лампочки спирального типа, освещающей жилое помещение в вашем доме, в течение суток весной или осенью (т.е. при средней длине светового дня).  Посчитайте суммарное время работы лампочки в одной из комнат или на кухне  (где часто горит свет) за сутки.  Для точности сделайте измерение в течение трех дней и найдите среднее значение
2. Расчет количества потребленной за сутки электроэнергии путем умножения мощности энергосберегающей лампочки (кВт) на количество часов работы. Предварительно мощность лампочки в ваттах, указанную на упаковке,  делят на тысячу
3. Расчет количества сэкономленной за сутки электроэнергии (экономия энергосберегающей лампочки  спирального типа четырехкратная, то есть сэкономленная энергия в четыре раза больше, чем потребленная, рассчитанная в п.2)
4. Расчет стоимости сэкономленного за сутки количества электроэнергии (для этого узнайте цену одного киловатт-часа в нашем регионе и умножьте на количество сэкономленной за сутки электроэнергии, рассчитанное в п.3)
5. Расчет времени окупаемости лампочки (для этого узнайте цену лампочки и разделите ее на суточную стоимость сэкономленной  электроэнергии, рассчитанную в п.4)
6. Сравнение примерного срока работы энергосберегающей лампочки (написано на упаковке в часах, переведите их в сутки, разделив на число часов работы в сутки из п.1) со сроком окупаемости.  Рассчитайте, во сколько раз срок окупаемости больше или меньше срока службы

Оформление результатов работы (описание, расчеты, наглядное их подтверждение в виде фотографий, таблиц и диаграмм)

Выводы (подтвердилась ли гипотеза и за сколько дней происходит самоокупаемость лампочки)

Рекомендации о целесообразности или нецелесообразности  использования энергосберегающих лампочек для  экономии денежных средств

Ссылки на использованные интернет-ресурсы

Тема № 2: «Экономия электроэнергии компьютером, работающим в ждущем режиме»

Цели исследования (формулируются самостоятельно)

Гипотеза 1. Компьютер, работающий в ждущем режиме, потребляет столько же (или больше) электроэнергии, как и выключенный, но остающийся в электрической сети

Гипотеза 2. Компьютер, находящийся в ждущем режиме,  экономит (или не экономит) энергию, идущую на загрузку компьютера

Методы исследования: измерение, расчет, сравнение

Ход работы (измерения проделывает один из партнеров, расчеты и сравнения делаются партнерами совместно)

Исследование 1. Сравнение потребления  электроэнергии компьютером, находящимся в выключенном и ждущем режиме 

1. Измерение с помощью электросчетчика старого типа (с вращающимся диском) потребления электроэнергии неработающим, но включенным в электрическую сеть компьютером. При этом  монитор остается включенным, а подключенные к компьютеру колонки, принтер и другие приборы должны быть выключены, электроэнергия на освещение, работу холодильника и другие нужды не должна расходоваться, все электроприборы  в доме должны быть выключены из сети.
2. Посчитайте, за сколько секунд  при данных условиях диск счетчика сделает один оборот.
3. Определите потребленную  электроэнергию в кВт*ч за измеренные секунды (на счетчике обычно указано, сколько оборотов диска соответствует одному  киловатт-часу). Для этого разделите один на число оборотов диска
4. Определите потребленную электроэнергию в пересчете на один час. Для этого посчитайте число секунд в одном часе, разделите это значение на число секунд, измеренное вами в п.2, а затем умножьте на значение потребленной электроэнергии, рассчитанное в п.3
5. Повторите такое же измерение и расчеты, когда компьютер находится в ждущем режиме.  Для этого при выключении компьютера в окне выключения нажмите кнопку «Ждущий режим»
6. Сравните потребление компьютером электроэнергии в выключенном и ждущем режиме  за один час, сделайте вывод

Исследование 2. Сравнение  потребления  электроэнергии на загрузку компьютера, находящегося в выключенном и в ждущем режиме

1. Измерение с помощью электросчетчика старого типа (с вращающимся диском) электроэнергии, затраченной на загрузку выключенного, но находящегося в сети компьютера. При этом  монитор остается включенным, а подключенные к компьютеру колонки, принтер и другие приборы должны быть выключены, электроэнергия на освещение, работу холодильника и другие нужды не должна расходоваться, все электроприборы  в доме должны быть выключены из сети.

2. Попросите кого-нибудь из домашних включить компьютер и посчитать время (в секундах) до загрузки компьютера (до момента появления на экране рабочего стола и всех значков). Сами в это время посчитайте, сколько оборотов сделает диск счетчика.

3. Определите потребленную электроэнергию в кВт*ч за измеренное время. Для этого число оборотов диска, измеренное вами, разделите на число оборотов диска, указанное на счетчике и равное одному кВт*ч

4. Определите потребленную электроэнергию в пересчете на один час

5. Повторите  такое же измерение и расчеты для компьютера, находившегося до включения в ждущем режиме.

6. Сравните потребление электроэнергии на загрузку компьютера, находящегося в выключенном и в ждущем режиме, за один час, сделайте вывод

Оформление результатов работы (описание, расчеты, наглядное их подтверждение в виде фотографий, таблиц и диаграмм)

•   по сопоставлению исследований 1 и 2 (подтвердились ли гипотезы, есть ли экономия электроэнергии в целом, насколько она велика)

Рекомендации о целесообразности или нецелесообразности использования ждущего режима компьютера в целях экономии электроэнергии

Ссылки на использованную литературу и интернет-ресурсы

Тема №3. «Экономия электроэнергии путем выключения электроприборов из сети»

Цели исследования (формулируются самостоятельно)

• выключая неработающие электроприборы из сети, можно (или нельзя) сэкономить значительное количество электроэнергии

Методы исследования: измерение, расчет, сравнение

Ход работы (измерения проделывает один из партнеров, расчеты и сравнения делаются партнерами совместно)

1. Определение  с помощью электросчетчика старого типа (с вращающимся диском) потребления электроэнергии неработающими, но постоянно включенными в сеть электроприборами: телевизором, спутниковой антенной, микроволновой печью, стиральной машиной, компьютером, звуковыми колонками, принтером, зарядным устройством телефона и (или) другими (при этом электроэнергия на освещение, работу холодильника и другие нужды не должна расходоваться);
2. Посчитайте, за сколько секунд  при данных условиях диск счетчика сделает один полный оборот. Для достоверности сделайте три измерения и найдите среднее значение
3. Определите потребленную  электроэнергию за измеренные секунды (на счетчике обычно указано, сколько оборотов диска соответствует одному  киловатт-часу). Для этого разделите один на число оборотов диска
4. Определите потребленную электроэнергию в пересчете на один час. Для этого посчитайте число секунд в одном часе, разделите это значение на число секунд, измеренное вами в п.2, а затем умножьте на значение потребленной электроэнергии, рассчитанное в п.3
5. Повторите такое же измерение, когда все электроприборы выключены.  Диск счетчика при этих условиях не должен вращаться.
6. Рассчитайте, сколько электроэнергии потратят впустую электроприборы, находящиеся в «спящем» режиме,  за месяц;  определите стоимость этой электроэнергии.

Оформление результатов работы  (описание, расчеты, наглядное их подтверждение в виде фотографий, таблиц и диаграмм)

Вывод (о том, подтвердилась ли гипотеза, насколько значительна трата электроэнергии на работу приборов в «спящем» режиме и что можно было бы купить полезного на сэкономленные деньги за месяц, за год и за 10 лет)

Рекомендации о целесообразности или нецелесообразности выключения электроприборов из сети

Ссылки на использованные интернет-ресурсы

Общий вывод ко всей командной работе  (формулируется капитанской парой)