Environmentální vzdělávání, výchova a osvěta

V této části jsou představeny dvě oblasti úspor – úspora tepla a úspora elektrické energie.

Úspora tepla – izolace

Teorie

Abychom věděli jakými způsoby je možné minimalizovat tepelné ztráty, musíme pochopit principy šíření tepla.

Teplo se prostředím šíří třemi základními způsoby:

• Vedením – Při vedení (neboli kondukci) se tepelná energie postupně šíří v nepohyblivé hmotě.
• Prouděním – Při proudění (neboli konvekci) dochází k přenosu tepla v důsledku proudění a promíchávání různě ohřátých částí hmoty.
• Tepelným zářením – Při tepelném záření (neboli sálání či radiaci) dochází k vyzařování energie ze zdroje ve formě elektromagnetických vln a jeho následnému pohlcování ozařovaným tělesem.

Teplo se vždy šíří od místa s vyšší teplotou k místu s nižší teplotou.

Tepelná energie se může šířit vedením a prouděním pouze v prostředí, které je vyplněno látkou. Příčinou šíření je neustálý pohyb částic hmoty. Vzájemným působením mezi jednotlivými částicemi (např. srážkami) dochází k předávání kinetické energie a to tak dlouho, dokud nedojde k vyrovnání teplot.

Tepelné záření se svojí povahou odlišuje od vedení a proudění, neboť tepelná energie se může přenášet i v prostoru, který není vyplněn látkou (tedy ve vakuu). Důvodem je skutečnost, že sálání představuje elektromagnetické záření, které ke svému přenosu hmotu nepotřebuje.
(zdroj: Wikipedia.org)

Praxe

Popis obrázků

Obr. 1 – „panelák“ s jednou výměnnou stěnou. Výměnné stěny jsou opatřeny různými typy izolace – polystyren (umístěn na domě), sláma, minerální vata, silikátové tvárnice, alobal (omezení radiace)

Obr. 2 – sestava pro základní měření. Umístěny tři multimetry s teplotními sondami – nezateplená střecha, nezateplená stěna, „zateplená“ stěna. V popředí zleva stopky – pro měření rychlosti teplotních změn, infračervený teploměr. V pozadí měřidlo výkonu – měří výkon „vyhřívací“ žárovky uvnitř domu.

Obr. 3 – sestava pro automatizované měření prostupu tepla. Zleva infračervený teploměr s napěťovým výstupem. Napětí je snímáno osciloskopem, který předává naměřená data počítači, který je následně zpracuje.

Experimenty

1. Závislost povrchové teploty stěn na čase
   Měření povrchové teploty – t[°C], v pravidelných intervalech 1min.
   Vynesení naměřených hodnot do grafu – graf(t[°C]/t[s]).

2. Závislost povrchové teploty na typu izolace
   Měření probíhá stejně jako v předešlém experimentu s různými typy stěn – izolací.

3. Stanovení koeficientu prostupu tepla různými materiály
   Měření je pouze orientační, vzhledem k nerovnoměrné distribuci tepla uvnitř budovy.
   Koeficient prostupu tepla:
   k[J.°C^-1] = Q[J]/(t_vnitřní[°C]-t_vnejší[°C]),
   kde k – koef. prostupu tepla, Q – přibližně 1/6 příkonu „vyhřívací“ žárovky, t_vnitřní – teplota uvnitř domu, t_vnejší – povrchová teplota stěny.
   Měření provádíme po ustálení teploty, pro různé typy stěn.

Úspora elektrické energie

Teorie

Světelný zdroj je zdroj elektromagnetického záření v rozsahu vlnových délek zhruba 380 – 780 nm, (360-800 nm), což je záření, které můžeme pozorovat lidským okem jako viditelné světlo. Zpravidla rozlišujeme světelné zdroje přírodní a zdroje umělé (člověkem vytvořené).

Nejznámnější a nejrozšířenější umělé zdroje světla se rozdělují podle dalších hledisek. Jedno z nich je podstata vzniku světla. Rozeznáváme zdroje na principu teplotního záření (např. žárovky), záření elektrického výboje v plynech a parách kovů (zářivky, výbojky) anebo luminiscence (např. svítivé diody).

Mezi hlavní parametry, jenž se sledují u umělých světelných zdrojů patří: život světelného zdroje (udávaný v hodinách), hodnota světelného toku a jeho spektrální složení, svítivost a její prostorové rozložení, jas, teplota chromatičnosti T_c a index podání barev R_a. U umělých světelných zdrojů, jejichž činnost závisí na elektrické energii, pak také příkon, napětí, proud a především měrný výkon, což je podíl vyzařovaného světelného toku a příkonu (vyjadřuje se tedy v lm/W). Měrný výkon charakterizuje efektivnost přeměny energie elektrické na světelnou.
(zdroj: Wikipedia.org)

Praxe

Popis obrázků

Obr. 1 – sada pro měření účinnosti světelných zdrojů. Vlevo úsporná žárovka – zářivka. Uprostřed v pozadí měřič příkonu, v popředí luxmetr. Vpravo klasická wolframová žárovka.

Obr. 2 – sestava pro měření základních elektro-optických parametrů různých světelných zdrojů.

Experimenty

1. Porovnání účinnosti různých světelných zdrojů
   Jedná se o relativní porovnání různých zdrojů světla. Pro přesnější měření je vhodné svítidlo bez stínidla. Eliminuje se vliv tvaru žárovky a množství odraženého světla od lesklého stínidla.
   Při všech měřeních je nutno zachovat stejnou vzdálenost čidla luxmetru od zkoumaného zdroje světla.
   Pro porovnání účinnosti zdrojů světla je dostačující
   koeficient k[lx.W^-1] = E[lx]/P_vst[W],
   kde k – koeficient účinnosti, E – osvětlenost, P_vst – příkon zdroje světla.

2. Závislost intenzity záření úsporné žárovky na čase
   Zafixovat vzdálenost čidla luxmetru od úsporné žárovky /zářivka/.
   Po rozsvícení žárovky zaznamenat každých 5 s hodnotu osvětlení E[lx], měření opakovat do ustálení měřené hodnoty.
   Naměřené hodnoty vynést do grafu: graf(E[lx]/t[s]).

3. Určení závislosti osvětlení na vzdálenosti od zdroje
   Čidlo luxmetru umístit do vzdálenosti 0,5 m od zdroje světla.
   Zaznamenat hodnotu osvětlení a následně čidlo vzdálit od zdroje světla o 5 cm.
   Měření opakovat do vzdálenosti minimálně 1 m.
   Naměřené hodnoty vynést do grafu – graf(E[lx]/s[m]).