Решение задачи по термодинамике для УГСН 08.00.00

Практическая работа по теме: Термодинамика для УГСН 08.00.00 1. Сбор исходных данных Для расчетов используем данные с учебной доски: - Объем воды: \( V = 1000 \) л = \( 1 \) \( м^3 \) - Начальная температура: \( t_1 = 15^\circ C \) - Конечная температура: \( t_2 = 60^\circ C \) - Удельная теплоемкость воды: \( c_в = 4200 \) \( \frac{Дж}{кг \cdot ^\circ C} \) - Плотность воды: \( \rho = 1000 \) \( \frac{кг}{м^3} \) - Масса воды: \( m = \rho \cdot V = 1000 \cdot 1 = 1000 \) кг - Изменение температуры: \( \Delta t = t_2 - t_1 = 60 - 15 = 45^\circ C \) Тарифы (согласно фото 4): - Электроэнергия: \( 4,22 \) руб/кВт·ч - Природный газ: \( 7,45 \) руб/\( м^3 \) - Тепловая энергия: \( 2157,7 \) руб/Гкал 2. Расчет необходимого количества теплоты Используем формулу: \[ Q = c \cdot m \cdot \Delta t \] \[ Q = 4200 \cdot 1000 \cdot 45 = 189\,000\,000 \text{ Дж} = 189\,000 \text{ кДж} \] Переведем результат в кВт·ч (согласно фото 3): \[ Q_{кВт \cdot ч} = \frac{Q_{кДж}}{3600} = \frac{189\,000}{3600} = 52,5 \text{ кВт·ч} \] 3. Расчет энергозатрат и стоимости для каждого способа 1) Электрический водонагреватель (бойлер) - Примем КПД \( \eta = 0,95 \) (95%) - Потребляемая энергия: \( E = \frac{Q_{кВт \cdot ч}}{\eta} = \frac{52,5}{0,95} \approx 55,26 \text{ кВт·ч} \) - Стоимость: \( S = 55,26 \cdot 4,22 \approx 233,20 \text{ руб} \) 2) Газовый водонагреватель - Примем КПД \( \eta = 0,85 \) (85%) - Низшая теплота сгорания газа (фото 5): \( Q_{н.газ} = 34,95 \text{ МДж/м}^3 = 34950 \text{ кДж/м}^3 \) - Требуемая теплота от газа: \( Q_{газ} = \frac{Q_{кДж}}{\eta} = \frac{189\,000}{0,85} \approx 222\,353 \text{ кДж} \) - Объем газа: \( V_{потр} = \frac{Q_{газ}}{Q_{н.газ}} = \frac{222\,353}{34950} \approx 6,36 \text{ м}^3 \) - Стоимость: \( S = 6,36 \cdot 7,45 \approx 47,38 \text{ руб} \) 3) Централизованное теплоснабжение - Примем КПД теплообменника \( \eta = 0,98 \) (98%) - Переведем \( Q \) в Гкал (1 Гкал = 4186,8 МДж согласно фото 3): \[ Q_{Гкал} = \frac{189 \text{ МДж}}{4186,8} \approx 0,04514 \text{ Гкал} \] - Требуемая энергия из сети: \( Q_{сети} = \frac{0,04514}{0,98} \approx 0,04606 \text{ Гкал} \) - Стоимость: \( S = 0,04606 \cdot 2157,7 \approx 99,38 \text{ руб} \) 4. Сводная таблица результатов Способ нагрева | Потр. энергия | Объем ресурса | Стоимость (руб) | КПД (%) --- | --- | --- | --- | --- Электрический бойлер | 55,26 кВт·ч | - | 233,20 | 95% Газовый нагреватель | - | 6,36 \( м^3 \) | 47,38 | 85% Центр. отопление | 0,046 Гкал | - | 99,38 | 98% 5. Анализ и выводы Самым экономически выгодным способом нагрева воды является использование природного газа (47,38 руб). Это обусловлено тем, что Россия обладает огромными запасами газа, что позволяет поддерживать доступные тарифы для населения и промышленности. Электрический нагрев является самым дорогим (233,20 руб), однако он наиболее прост в установке и экологичен в месте использования. Централизованное теплоснабжение занимает промежуточное положение по стоимости. Для частного дома в РФ оптимальным выбором при наличии магистрали является газификация.