Интегрированный урок экологии и информатики:
«Сохраним климат с помощью простых энергетических решений»
Учитель: Торбаева А.Б. Дата: 25.01.11г.
Класс: 10
Цель: (в области экологии): познакомить учащихся с информацией, о том, как можно удовлетворить потребность в энергетических услугах для освещения без чрезмерных и опасных последствий для природы.
Цель: (в области информатики): обеспечить создание программы на языке программирования Delphi, рассчитывающую, как влияет использование энергоэффективных технологий на выбросы СО2.
Задачи:
Экологические:
— создать условия для развития компетентности в решении и предупреждении экологических проблем на основе принципов устойчивого развития;
— познакомить учащихся с универсальными методами энергосбережения;
— обеспечить представление информации о том, как простые примеры могут помочь сберечь электроэнергию;
Информационные:
— создать условия для разработки программы на языке программирования Delphi.
— обеспечить математическую передачу формул расчета влияния использования энергоэффективных технологий на выбросы СО2.
Актуальность: В целях реализации Концепции Перехода Республики Казахстан к Устойчивому Развитию от 14 октября 2006 года возникает необходимость внедрения в систему образования элементов, основанных на принципах и идеях устойчивости. Одной из таких идей является энергосбережение. Энергоресурсосбережение является одной из самых серьезных задач XXI века. От результатов решения этой проблемы зависит место нашего общества в ряду развитых в экономическом отношении стран и уровень жизни граждан. Республика Казахстан не только располагает всеми необходимыми природными ресурсами и интеллектуальным потенциалом для успешного решения своих энергетических проблем, но и объективно является ресурсной базой для многих государств, экспортируя нефть, нефтепродукты и природный газ в объемах, стратегически значимых для стран-импортеров. Однако избыточность топливно-энергетических ресурсов в нашей стране совершенно не должна предусматривать энергорасточительность, т.к только энергоэффективное хозяйствование при открытой рыночной экономике является важнейшим фактором конкурентоспособности казахстанских товаров и услуг. Учащиеся, разработав программу, и сравнивая результаты в динамике, должны сами убедится, насколько эффективны энергосберегающие технологии.
Учащиеся должны знать:
— влияние изменения природных условий, вызванных хозяйственной деятельностью, на здоровье людей;
— причины экологического кризиса;
— как на языке программирования Delphi создать программу расчетов;
Учащиеся должны уметь:
— выявлять противоречия между экологически необоснованной деятельностью человека и природой;
— компилировать программу и создавать запускающую программу в формате *.exe, для дальнейшего использования в экологических организациях.
Дидактический материал и оборудование:
Буклеты, раздаточный и наглядный материал SPARE, предоставленный ОО «ЭкоОбраз», энергосберегающие лампы, компьютеры, программа Delphi.
Ход урока:
Организационный момент – 1 мин.
В последнее двадцатилетие энергетика обеспечивала рост благосостояния в мире примерно в равных долях за счет увеличения производства энергоресурсов и улучшения их использования и в развитых странах меры по энергосбережению давала 60-65% экономического роста. В результате энергоемкость национального дохода уменьшилась за этот период в мире на 18% и в развитых странах – на 21-27%.
Требуемые для внутреннего развития энергоресурсы можно получить не только за счет увеличения добычи сырья в труднодоступных районах и строительства новых энергообъектов но и, с меньшими затратами, за счет энергосбережения непосредственно в центрах потребления энергоресурсов — больших и малых поселениях.
Стратегическая цель энергосбережения одна и следует из его определения — это повышение энергоэффективности во всех отраслях, во всех поселениях и в стране в целом. И задача — определить, какими мерами и насколько можно осуществить это повышение.
Цели энергосбережения совпадают и с другими целями государства, такими как улучшение экологической ситуации, повышение экономичности систем энергоснабжения и др.
Снижение потребления позволяет обеспечивать подключение новых потребителей при минимальных капитальных затратах на развитие инфраструктуры и снимает проблемы выделения земельных участков под новое строительство объектов генерации, отчуждение санитарно-защитных зон и т.д., что в целом положительно сказывается на градостроительном развитии.
Решение задач повышения энергоэффективности на сегодняшнем этапе, когда существует большой резерв малозатратных мероприятий, также совпадает с большинством стратегических целей государства и хозяйствующих субъектов.
Одним из действенных способов уменьшить влияние человека на природу является увеличение эффективности использования энергии — энергосберегающие технологии. В самом деле, современная энергетика, основанная в первую очередь на использовании ископаемых видов топлива (нефть, газ, уголь), оказывает наиболее массивное воздействие на окружающую среду. Начиная от добычи, переработки и транспортировки энергоресурсов и заканчивая их сжиганием для получения тепла и электроэнергии — все это весьма пагубно отражается на экологическом балансе планеты.
Основная роль в увеличении эффективности использования энергии принадлежит современным энергосберегающим технологиям. После энергетического кризиса 70-х годов XX века именно они стали приоритетными в развитии экономики Западной Европы, а после начала рыночных реформ — и в нашей стране. При этом их внедрение, помимо очевидных экологических плюсов, несет вполне реальные выгоды — уменьшение расходов, связанных с энергетическими затратами.
Энергосбережение сейчас становится одним из приоритетов политики любой компании, работающей в сфере производства или сервиса. И дело здесь даже не столько в экологических требованиях, сколько во вполне прагматическом экономическом факторе.
По данным специалистов, доля энергозатрат в себестоимости продукции в Казахстане достигает 30-40%, что значительно выше, чем, например, в западноевропейских странах. Одной из основных причин такого положения являются устаревшие энергорасточительные технологии, оборудование и приборы. Очевидно, что снижение таких издержек и применение энергосберегающих технологий позволяет повысить конкурентоспособность бизнеса.
В Казахстане более половины всей потребляемой электроэнергии на производствах используется для приведения в действие всевозможных электроприводов. Как правило, на большинстве отечественных предприятий установлены электродвигатели с большим запасом по мощности в расчете на максимальную производительность оборудования, несмотря на то, что часы пиковой нагрузки составляют всего 15-20% общего времени его работы. В результате электродвигателям с постоянной скоростью вращения требуется значительно (до 60%) больше энергии, чем это необходимо.
По данным европейских экспертов, стоимость электроэнергии, потребляемой ежегодно средним двигателем в промышленности, почти в 5 раз превосходит его собственную стоимость. В связи с этим очевидна необходимость применения энергосберегающих технологий и оптимизации оборудования с использованием электроприводов.
Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой, — конвейеры, насосы, вентиляторы и т.п. Кроме снижения расхода электроэнергии, экономический эффект от применения частотно-регулируемых электроприводов достигается путем увеличения ресурса работы электротехнического и механического оборудования, что становится дополнительным плюсом.
Такие энергосберегающие электроприводы и средства автоматизации могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ: от лифтов и вентиляционных установок до автоматизации предприятий, где нерациональный расход электроэнергии связан с наличием морально и физически устаревшего оборудования. По различным источникам, в европейских странах до 80% запускаемых в эксплуатацию электроприводов уже являются регулируемыми. В нашей стране пока их доля гораздо ниже, а необходимость использования энергосберегающих технологий все более актуальна.
Существуют и другие пути рациональнее использовать электроэнергию, причем не только на производстве, но и в быту. Так, уже давно известны «умные» системы освещения, широко внедряемые в странах Западной Европы, США и особенно в Японии. Интерес к ним не удивителен, учитывая, что, в зависимости от назначения помещений, на освещение может расходоваться до 60% общего электропотребления жилых и офисных зданий. Энергосберегающий эффект основан на том, что свет включается автоматически, именно когда он нужен. Выключатель имеет оптический датчик и микрофон. Днем, при высоком уровне освещенности, освещение отключено. При наступлении сумерек происходит активация микрофона. Если в радиусе до 5 м возникает шум (например, шаги или звук открываемой двери), свет автоматически включается и горит, пока человек находится в помещении.
Разумеется, такие системы освещения были бы не полными без использования энергосберегающих ламп. Их можно разделить на две группы по сферам использования: мощные энергосберегающие лампы больших размеров, предназначенные для освещения офисов, торговых площадок, кафе, и компактные лампы со стандартными цоколями для использования в квартирах. Экономия электроэнергии с применением таких ламп достигает 80%, не говоря уже о том, что по сравнению с обычными лампами их время жизни во много раз больше.
К числу наиболее «прожорливого» оборудования, используемого в жилых и офисных помещениях, относится практически вся климатическая техника, прежде всего, кондиционеры. Разумеется, борьба за энергоэффективность не могла пройти мимо этой категории бытовых устройств.
Какими же путями можно повысить энергоэффективность в коммунальной сфере? По мнению специалистов компании ROCKWOOL, мирового лидера в области производства негорючей теплоизоляции, следует выделить три основных направления энергосбережения. Во-первых, это снижение потерь на этапе выработки и транспортировки тепла — то есть повышение эффективности работы ТЭС, модернизация ЦТП с заменой неэкономичного оборудования, применение долговечных теплоизоляционных материалов при прокладке и модернизации тепловых сетей. Во-вторых, повышение энергоэффективности зданий за счет комплексного применения теплоизоляционных решений для наружных ограждающих конструкций (в первую очередь, фасадов и кровель). В частности, штукатурные системы утепления фасадов ROCKFACADE позволяют сократить теплопотери через внешние стены не менее чем в два раза. И, в-третьих, использование радиаторов отопления с автоматической регуляцией и систем вентиляции с функции рекуперации тепла.
В последние годы все энергоэффективные технологии объединяются в концепцию так называемого пассивного дома, то есть жилища, максимально дружелюбного окружающей среде. В Западной Европе сейчас строятся пассивные дома с энергопотреблением не более 15 Квт, ч/м3 год, что более чем в 10 раз экономичнее типовой отечественной «хрущевки». Можно сказать, что такие здания — это будущее мирового строительства, ведь они фактически отапливаются за счет тепла, выделяемого людьми и электроприборами.
Разработка программного продукта на языке программирования Delphi:
Новая форма имеет одинаковые имя (Name) и заголовок (Caption) — Form1. Для изменения заголовка вызовите окно инспектора объектов (F11) и щелкните кнопкой мыши на форме. В форме инспектора объектов найдите и щелкните мышью на свойстве Caption страницы Properties. В выделенном окне наберите ”Влияние использования энергоэффективных технологий на выбросы СО2”.
Размещение строки ввода (TEdit)
Если необходимо ввести или вывести информацию, которая вмещается в одну строку, используют окно однострочного редактора текста, представляемого компонентом TEdit. В данной программе с помощью однострочного редактора будут вводиться переменные типа extended.
Выберите в меню компонентов Standard пиктограмму , щелкните мышью в том месте формы, где вы хотите ее поставить. Вставьте компоненты TEdit в форму. Захватывая их «мышью» отрегулируйте размеры окон и их положение.
Обратите внимание на то, что в тексте программы появились три новых однотипных переменных Edit1, Edit2, Edit3. В каждой из этих переменных с расширением Text будет содержаться строка символов (тип String) и отображаться в соответствующем окне Edit.
Так как численные значения переменных x, y, z имеют действительный тип для преобразования строковой записи числа, находящегося в переменной Editl.Text, в действительное, используется стандартная функция
X := StrToFloat(Edit1.Text);
Если исходные данные имеют целочисленный тип, например integer, то используется стандартная функция:
X := StrToInt(Editl.Text);
При этом в записи числа не должно быть пробелов, а действительное число пишется с десятичной запятой.
С помощью инспектора объектов установите шрифт и размер символов отражаемых в строке Edit (свойство Font).
Размещение надписей (Label)
Размещение многострочного окна вывода (ТМето)
Текст программы имеет вид:
unit Unit1;
interface
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls;
type
TForm1 = class(TForm)
Edit1: TEdit;
Edit2: TEdit;
Edit3: TEdit;
Edit4: TEdit;
Label1: TLabel;
Label2: TLabel;
Label3: TLabel;
Label4: TLabel;
Memo1: TMemo;
Button1: TButton;
Button2: TButton;
Label5: TLabel;
Label6: TLabel;
Label7: TLabel;
Timer1: TTimer;
Timer2: TTimer;
Timer3: TTimer;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure Button2Click(Sender: TObject);
procedure Timer1Timer(Sender: TObject);
procedure Timer2Timer(Sender: TObject);
procedure Timer3Timer(Sender: TObject);
private
{ Private declarations }
public
{ Public declarations }
end;
var
Form1: TForm1;
implementation
{$R *.dfm}
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var a,b,c,d,e,f,g,h:real;
begin
a:=strtofloat(edit1.Text);
b:=strtofloat(edit2.Text);
c:=strtofloat(edit3.Text);
d:=strtofloat(edit4.Text);
e:=a*b*c*d/1000;
f:=e/8.1;
g:=f*1.7;
h:=g*1.977;
memo1.clear;
memo1.lines.Add(‘Кол-во потребляемой энергии(кВт): ‘ +floattostr(e));
memo1.lines.add(‘Затрачено угля: ‘+ floattostr(f));
memo1.lines.add(‘Выделяется СО2(в м3): ‘+ floattostr(g));
memo1.lines.add(‘Выделяется СО2 (в кг): ‘+ floattostr(h));
end;
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);
begin
close;
end;
procedure TForm1.Timer1Timer(Sender: TObject);
begin
label7.left:=label7.left+10;
if label7.left>200 then
begin
label7.left:=0;
end;
end;
procedure TForm1.Timer2Timer(Sender: TObject);
begin
form1.caption:=’Хочешь замедлить изменение климата?’;
end;
procedure TForm1.Timer3Timer(Sender: TObject);
begin
form1.caption:=’Влияние использования энергоэффективных технологии на выбросы CO2′;
end;
end.
Учитывая тот факт, что простая лампочка накаливания потребляет 100 Вт в час, а энергосберегающая лампа потребляет 18 Вт в час. При этом освещают одинаково. Т.е. перед нами стоит следующая задача:
Необходимо ввести следующие данные:
1) Количество ламп, шт
2) Мощность, Вт
3) Число часов работы в день
4) Количество рабочих дней
Выходные данные:
1) Количество потребленной электроэнергии рассчитывается по формуле:
Количество ламп, шт * Мощность, Вт * Число часов работы в день * Количество рабочих дней = (в Вт)
2) Для того, чтобы перевести в кВт необходимо Количество потребленной электроэнергии разделить на 1000
Например:
Количество ламп, шт 5
Мощность, Вт 100
Число часов работы в день 5
Количество рабочих дней 220
Количество потребленной электроэнергии 550000 Вт
Количество потребленной электроэнергии 550 КВт
Теперь, как мы можем рассчитать выбросы СО2 :
Вид топлива Удельная теплота (образование электроэнергии при сжигании 1 кг угля) сгорания кВтч/кг; кВтч./м3 Удельное количество углекислого газа, м3/кг; м3/м3(для газа)
(для газа)
Уголь 8,1 1,7
Нефть 12,8 1,5
Природный газ 11,4 1,2
Пример: Для получения 1 кВт электроэнергии нужно: 1 : 8,1 = 0,12 (кг) угля, при этом выделяется 0,12 • 1,7 = 0,21 (м3) СО2
3) данные за год:
— затрачено угля: Количество потребленной электроэнергии (в кВт/8,1);
— выделяется СО2(в м3): сколько затрачено угля *1,7 (см.таблицу – удельное количество углекислого газа);
— выделяется СО2 (в кг): выделяется СО2(в м3) * 1,977 (плотность углекислого газа при нормальных условиях).
Пример:
Количество потребленной электроэнергии 550 КВт
данные за год 67,90123457 кг угля
115,4320988 (м3) СО2
58,3875057 кг СО2
Рефлексия
Выводы: учащиеся должны создать программу на языке программирования Delphi. Сравнивая результаты, должны сделать выводы о том, как простые энергосберегающие технологии помогают сократить выбросы СО2 в атмосферу, и следовательно, сохраняют климат.
Домашнее задание:
Знать и выучить, как простые энергосберегающие технологии помогут сберечь климат. Сохранить программу на Flesh-носитель. Вводить различные данные и показать родителям и знакомым, как обычная энергосберегающая лампа может сократить количество выбросов СО2 в атмосферу.
Использованная литература:
1. Программа сквозного курса по образованию для устойчивого развития для школ Карагандинской области. Издание 2-е: испр. и доп./ Под ред. Жирковой М.Г., Игнатович И.О., Куртавцевой Л.Н., Караганда: ОО «ЭкоОбраз», 2008.
2. Лабораторный практикум по курсу: «Практикум на ЭВМ». Карагандинский Государственный университет им. Е.А.Букетова. Математический факультет. Кафедра Прикладной математики и информатики. Караганда, 2004.
3. Фаронов В.В. Delphi 6. Учебный курс. – М.: Изд. Молгачева С.В., 2001. — 672 c.
4. Марко Кэнту. Delphi 5 для профессионалов.- СПб.: Питер. 2001. – 944 с.