Οδηγός αρχαρίων για ηην Ενέργεια και Ιζχύ

Transcript

1 Οδηγός αρχαρίων για ηην Ενέργεια και Ιζχύ Γιατί να μάκει κανείσ για τθν ενζργεια και τθν ιςχφ; Η απάντθςθ είναι γιατί όλοι καταναλϊνουμε κακθμερινά ενζργεια ςτθ ηωι μασ για τθ κζρμανςθ, τθν ψφξθ, το μαγείρεμα, τθν κακαριότθτα και τθν προςωπικι μασ υγιεινι. Είναι ουςιαςτικι για τθν κακθμερινι μασ ευθμερία. Πρόκειται για ζνα ακριβό αγακό και όπωσ φαίνεται θ τιμι του κα ςυνεχίςει να αυξάνεται κάκε χρόνο με ρυκμό μεγαλφτερο από αυτόν του πλθκωριςμοφ. Ωςτόςο, κα πρζπει κανείσ να καταλαβαίνει ποφ και γιατί τθν χρθςιμοποιεί, ϊςτε να μπορεί να ελζγχει τθν κατανάλωςθ τθσ. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Ενζργεια 2. Πόςη ενζργεια είναι το 1 kwh; 3. Ενζργεια από καφςιμα 4. Ιςχφσ 5. Πόςη ιςχφσ είναι το 1 kw; 6. χζςη Ενζργειασ και ιςχφσ 7. Παραδείγματα 8. υμπζραςμα 1

2 1. Ενζργεια Τι είναι ενζργεια; Οι άνκρωποι λζνε ότι ζχουν ενζργεια όταν αιςκάνονται ότι είναι ςε κζςθ να μετακινοφνται και να κάνουν πολλά πράγματα. Αυτό δεν είναι λάκοσ ωσ οριςμόσ. Πολλζσ μορφζσ ενζργειασ ςχετίηονται με τθν κίνθςθ, όπωσ για παράδειγμα θ κίνθςθ του ανζμου, οι παλίρροιεσ και τα κφματα. Μποροφμε να φανταςτοφμε τθ κερμότθτα ωσ ζνα μζτρο τθσ κίνθςθσ των μορίων. Μποροφμε να φανταςτοφμε τθν θλεκτρικι ενζργειασ, ωσ τθν κίνθςθ των θλεκτρονίων κατά μικοσ ενόσ καλωδίου. *Τα καφςιμα είναι κάτι πιο ςφνκετο μιασ και θ ενζργειά τουσ ςχετίηεται με τθν δθμιουργία και τθν διάςπαςθ των δεςμϊν μεταξφ των μορίων.+ Ζτςι, ςε γενικζσ γραμμζσ, θ ενζργεια είναι θ ικανότθτα να παράγεισ ζργο. Όπωσ ςυμβαίνει ςυνικωσ, θ μονάδα τθσ ενζργειασ πιρε το όνομά τθσ από τον ερευνθτι, του οποίου θ ςυμβολι ιταν κακοριςτικι για τθν κατανόθςθ του ςυγκεκριμζνου φυςικοφ μεγζκουσ. Ο James Joule ( ) ιταν επιςτιμονασ & ηυκοποιόσ ο οποίοσ αφιζρωςε τθν καριζρα του (35 χρόνια) μελετϊντασ τθν μετατροπι διάφορων μορφϊν ενζργειασ με πολφ μεγαλφτερθ ακρίβεια από ό, τι είχε μελετθκεί μζχρι τθν εποχι του. Για το λόγο αυτό, προσ τιμιν του, θ μονάδα τθσ ενζργειασ ορίςτθκε διεκνϊσ (εκτόσ ΗΠΑ) ωσ το Joule. Το Joule είναι θ μονάδα μζτρθςθσ τθσ ενζργειασ και χρθςιμοποιείται από τουσ επιςτιμονεσ και τουσ μθχανικοφσ. 2

3 Επειδι το 1 Joule αποτελεί ζνα πολφ μικρό ποςό ενζργειασ τισ περιςςότερεσ φορζσ χρθςιμοποιείται θ κιλοβατώρα (kwh). Τα τιμολόγια ενζργειασ ςασ από τουσ παρόχουσ υπθρεςιϊν ενζργειασ ςυνικωσ αναφζρονται ςτον αρικμό των kwh που ζχετε καταναλϊςει. *Για να μετατρζψουμε τισ kwh ςε Joules χρθςιμοποιείται ςυγκεκριμζνθ φόρμουλα (1 kwh = 3,6 εκατομμφρια Joules), αλλά είναι απίκανο να τθν χρειαςτείτε+ 3

4 2. Πόςη ενζργεια είναι 1 kwh; Για λόγουσ ςφγκριςθσ, το 1 kwh ςε ενζργεια μπορεί να μασ δϊςει: 2 μζρεσ χριςθσ μιασ μικρισ λάμπασ φκοριςμοφ 10 ϊρεσ λειτουργίασ μιασ τθλεόραςθσ LCD 5 ϊρεσ χριςθσ ενόσ επιτραπζηιου υπολογιςτι 4 ϊρεσ λειτουργίασ μιασ τθλεόραςθσ Plasma 60 λεπτά χριςθσ μιασ μθχανισ κουρζματοσ του γκαηόν 30 λεπτά χριςθσ ενόσ φοφρνου μικροκυμάτων 6 λεπτά ςτο ντουσ (με μζγιςτθ ροι) 4 λεπτά χριςθσ ενόσ οικιακοφ μπόιλερ (διαρκι χριςθ ςτθ μζγιςτθ ιςχφ) 100 δευτερόλεπτα χριςθσ ενόσ μικροφ αυτοκινιτου (διαρκι χριςθ ςτθ μζγιςτθ ιςχφ) 4

5 Οι καταςκευαςτζσ οριςμζνων ςυςκευϊν κουηίνασ, όπωσ τα πλυντιρια και τα ψυγεία αναγράφουν ςτα προϊόντα τουσ τθν «τυπική» ετιςια κατανάλωςθ ενζργειασ (kwh / ζτοσ). Για παράδειγμα: Μικρά ψυγεία: 150kWh / ζτοσ Πλυντιρια 6 κιλϊν: 200kWh / ζτοσ Μικρά πλυντιρια πιάτων: 250kWh / ζτοσ Καταψφκτεσ ψυγείου: 300kWh / ζτοσ *Για τα ςτεγνωτιρια, οι καταςκευαςτζσ αναφζρουν τθν κατανάλωςθ ανά χριςθ. Η κατανάλωςθ αυτι κυμαίνεται από 3 ζωσ 5 kwh / χριςθ+ Τα παραδείγματα που αναφερκικαν παραπάνω αφοροφν νζεσ και καλά ςυντηρημζνεσ ςυςκευζσ. Συςκευζσ άνω των 5 ετϊν είναι πικανότερο να ζχουν κατανάλωςθ ενζργειασ πολφ πάνω από τισ αναφερόμενεσ τιμζσ. Οι τιμζσ αυτζσ μπορεί να παρουςιάηουν ςθμαντικζσ αποκλίςεισ για άτομα που κάνουν αςυνικιςτι χριςθ λόγω του ιδιαίτερου τρόπου ηωισ τουσ. 5

6 3. Ενζργεια ςτα καφςιμα Ιςτορικά αποκτοφςαμε τθν ενζργεια μασ ςε μεγαλφτερο ποςοςτό από τθν κατανάλωςθ ορυκτϊν καυςίμων, για τον λόγο αυτό παρουςιάηει ιδιαίτερο ενδιαφζρον θ ςφγκριςθ των πθγϊν καυςίμων όςον αφορά το ποςό τθσ ενζργειασ (kwh) που περιζχουν ανά μονάδα καυςίμου. Ζνασ ςχετικόσ οδθγόσ (χρθςιμοποιϊντασ μζςεσ τιμζσ) δίνετε παρακάτω: 1 kg ανκρακίτθσ 10 kwh 1 kg κάρβουνο 10.3kWh 1m 3 φυςικό αζριο 10.8kWh 1 λίτρο βενηίνθσ 9.4 kwh 1 λίτρο πετρζλαιο ντίηελ 11.1kWh 1 λίτρο πετρζλαιο κίνθςθσ/κζρμανςθσ 11.4kWh 1 λίτρο μαηοφτ 12.2kWh Συγκριτικά 1kg ενόσ ανανεώσιμου καυσίμου, όπωσ για παράδειγμα οι μπριγκζτεσ βιομάηασ περιζχουν ςυνικωσ περίπου 4kWh. Η τιμολόγθςθ των καυςίμων με βάςθ τθν περιεκτικότθτα τουσ ςε ενζργεια παρουςιάηει ιδιαίτερο ενδιαφζρον. Για παράδειγμα, ζνα λίτρο καυςίμου ντίηελ περιζχει περίπου 18% περιςςότερθ ενζργεια από 1 λίτρο βενηίνθσ, παρόλα αυτά θ τιμι του ςτα πρατιρια καυςίμων είναι μόνο ζνα μικρό ποςοςτό ακριβότερο από τθν βενηίνθ. 6

7 4. ΙΧΤ Η Ιςχφσ είναι ζνα μζτρο του πόςο γριγορα παράγει κανείσ κάποιο ζργο ι διαφορετικά χρθςιμοποιεί τθν ενζργεια. Όπωσ αναφζρκθκε προθγουμζνωσ, θ μονάδα μζτρθςθσ τθσ ιςχφοσ πιρε το όνομα τθσ από τον ερευνθτι του οποίου θ ςυνειςφορά ςυνζβαλε ουςιαςτικά ςτθν κατανόθςθ τθσ. Διεκνϊσ (εκτόσ ΗΠΑ) θ μονάδα ιςχφοσ είναι το Watt. Ο Σκοτςζηοσ μθχανικόσ και εφευρζτθσ James Watt ( ) είχε προςλθφκεί από το Πανεπιςτιμιο τθσ Γλαςκϊβθσ ςτο Ηνωμζνο Βαςίλειο, για να επιςκευάςει ζνα μοντζλο τθσ πιο ςφγχρονθσ ατμομθχανισ τθσ εποχισ εκείνθσ. Ο κινθτιρασ αυτόσ λεγόταν κινθτιρασ Newcomen. Ο Watt επινόθςε μια ςειρά από κερμικζσ και μθχανικζσ βελτιϊςεισ ςτον κινθτιρα, αυξάνοντασ τθν απόδοςθ του κατά 300%, με αποτζλεςμα να υιοκετθκεί διεκνϊσ θ χριςθ τθσ μθχανισ ςε εφαρμογζσ που απαιτοφταν μθχανικι ενζργεια. Στθν εποχι πριν τον ηλεκτριςμό θ ςυμβολι του ςτθν παραγωγι ενζργειασ ιταν επαναςτατικι. Ζνα Watt ιςοφται με τθν κατανάλωςθ 1 Joule ανά δευτερόλεπτο. 7

8 Το 1 Watt δεν είναι μια μεγάλθ ποςότθτα ενζργειασ. Πολλαπλάςια του Watt, είναι το kilowatt, το οποίο χρθςιμοποιείται πιο ςυχνά. 1kilowatt = 1000Watts Η μονάδα kilowatt αναγράφεται ςυνικωσ ωσ kw. Για τθν μετατροπι των Watts ςε kw απλά διαιροφμε με το Παράδειγμα: 500 Watts = 500/1000 = 0.5kW (ι ½ kw) 2000 Watts = 2000/1000 = 2kW 8

9 5. Πόςη ιςχφσ είναι το 1kW; Η τιμι τθσ ονομαςτικήσ ιςχφοσ ςυνικωσ αναφζρεται ςτθν κατανάλωςθ ενζργειασ *και παραγωγι ενζργειασ+ από ςυςκευζσ και δίνει ςτοιχεία για το πόςο γριγορα καταναλϊνεται *ι παράγεται+ θ ενζργεια από μια ςυςκευι. Η ονομαςτικι ιςχφσ κάκε ςυςκευισ αναγράφεται ςε μια ταμπζλα ι αυτοκόλλθτο ςυνικωσ ςτο πίςω ι ςτο κάτω μζροσ τθσ ςυςκευισ. Ηλεκτρικι ςοφπα Βραςτιρασ Ηλεκτρικι τοςτιζρα Παραδείγματα ονομαςτικήσ ιςχφοσ ςε καθημερινζσ οικιακζσ ςυςκευζσ. *Συνικωσ ςτισ ςυςκευζσ μπορεί να υπάρχουν πολλζσ πλθροφορίεσ, αλλά αυτό που μασ ενδιαφζρει είναι μόνο ο αρικμόσ που ακολουκείται από Watts, W ι kw.] Εναλλακτικά, ρίξτε μια ματιά ςτισ οδθγίεσ των καταςκευαςτϊν. Συνικωσ ζχουν ζναν πίνακα με πλθροφορίεσ. 9

10 Για να μπορζςουμε να ςυγκρίνουμε τθν ονομαςτικι ιςχφ οριςμζνων κοινϊν οικιακϊν ςυςκευϊν, παρουςιάηουμε τον παρακάτω πίνακα: υςκευή Εφροσ κατανάλωςησ (Watt) 32 (80cm) LED τθλεόραςθ 30 50W Μικρόσ ανεμιςτιρασ 30 50W Υπολογιςτισ τφπου Laptop 50 W 32 (80cm) LCD τθλεόραςθ 50 80W 60 (150cm) Plasma 3D τθλεόραςθ 180W Μίξερ τροφίμων W Επιτραπζηιοσ Υπολογιςτισ W Πολφ-κόφτθσ τροφίμων W Πολφ-μθχάνθμα τροφίμων W Ηλεκτρικι τοςτιζρα 1500W Καφετιζρα 1500W Μθχανι κουρζματοσ γκαηόν 1-1.7kW Πιςτολάκι για τα μαλλιά kW Ηλεκτρικι ςκοφπα kW Μικρό ςίδερο για τα ροφχα kW Φοφρνοσ μικροκυμάτων (800W) kW Βραςτιρασ kW Φορθτόσ θλεκτρικόσ ανεμιςτιρασ και kW κερμάςτρεσ Μικρόσ μπόιλερ οικιακισ χριςθσ 10-15kW Παρατθριςτε τθν ιςχφ του φοφρνου μικροκυμάτων. Αυτό ζχει ιδιαίτερο ενδιαφζρον να το μελετιςουμε. Οι φοφρνοι μικροκυμάτων ςυνικωσ αναφζρονται από τουσ καταςκευαςτζσ να ζχουν ιςχφσ ωσ 650W, 800W ι και 900W. Ωςτόςο, αυτι είναι μόνο θ ιςχφσ μόνο για τα μικροκυμάτα. Ο φοφρνοσ ςυνολικά μπορεί να καταναλϊνουν θλεκτρικι ενζργεια πάνω από 2000Watts (2kW). Μπορείτε να ςκεφτείτε γιατί? *Απάντθςθ: Ο φοφρνοσ χρθςιμοποιεί επίςθσ θλεκτρικι ενζργεια για να περιςτρζψει το δίςκο, κακϊσ και να φωτίςει το εςωτερικό. Επίςθσ, δεν μπορεί να μετατρζψει θλεκτρικι ενζργεια ςε μικροκφματα πολφ αποτελεςματικά+. 10

11 6. ΧΕΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΧΤΟ Η Ενζργεια και η ιςχφσ είναι μεγζκθ που ςυνδζονται άμεςα. Η εφαρμογι τθσ ιςχφοσ για ζνα δεδομζνο χρόνο, κα ζχει ωσ αποτζλεςμα τθν κατανάλωςθ ενζργειασ. Μποροφμε να υπολογίςουμε πόςθ ενζργεια κα καταναλϊςει μια οικιακι ςυςκευι αρκετά εφκολα αν χρθςιμοποιιςουμε τισ μονάδεσ (kwh, kw και ώρεσ) ςωςτά. Δεν είναι πιο δφςκολο από ό, τι το να πολλαπλαςιάςουμε δφο αρικμοφσ *θ χριςθσ μιασ αρικμομθχανι δεν απαγορεφεται!+ Η ςχζςθ ανάμεςα ςε αυτό που αναγράφεται ςτο λογαριαςμό μασ (kwh) και τθν ονομαςτικι ιςχφ (kw) μιασ ςυςκευισ είναι: Ενζργεια (kwh) = Ιςχφσ (kw) x χρόνοσ χριςθσ (ώρεσ) *Αν γνωρίηουμε το κόςτοσ τθσ ενζργειασ (ευρϊ / kwh) μποροφμε να πάμε ζνα βιμα παραπζρα κάνοντασ μια εκτίμθςθ του λογαριαςμοφ τθσ ενζργειασ μασ.+ Μερικά απλά παραδείγματα για το πϊσ μποροφμε να χρθςιμοποιιςουμε αυτι τθ ςχζςθ κα μασ λφςουν κάκε απορία. 11

12 7. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΣΑ Ερώτηςη 1 Μια θλεκτρικι κερμάςτρα με ιςχφσ 1kW λειτουργεί για 1ώρα. Πόςθ ενζργεια (kwh) κα καταναλϊςει; *Ελζγχουμε ότι όλεσ θ μονάδεσ είναι ςωςτζσ ] Στθ ςυνζχεια Ενζργεια (kwh) = Ιςχφσ (kw) x χρόνοσ λειτουργίασ (ώρεσ) = 1 x 1 = 1kWh Ερώτηςη 2 Μια θλεκτρικι κερμάςτρα ιςχφοσ 1kW ζχει μείνει αναμμζνθ για 30 λεπτά. Πόςθ ενζργεια (kwh) κα καταναλϊςει? *Παρατθροφμε ότι ο χρόνοσ τθσ χριςθσ δίνεται ςε λεπτά. - Θα πρζπει να μετατρζψουμε τα λεπτά ςε ώρες] 30 λεπτά = ½ ώρεσ Στθ ςυνζχεια, Ενζργεια (kwh) = Ιςχφσ (kw) x χρόνοσ χριςθσ (ώρεσ) = 1 x 1/2 = ½ kwh 12

13 Ερώτηςη 3 Ζνασ λαμπτιρασ φκοριςμοφ, ιςχφοσ 20 Watts ζχει μείνει αναμμζνοσ για 8 ώρεσ. Πόςθ ενζργεια (kwh) κα καταναλϊςει? [Παρατθροφμε ότι θ ιςχφσ δίνεται ςε Watts. - Θα πρζπει να μετατρζψουμε τθν ιςχφ ςε kw διαιρϊντασ με 1000 Για τθν μετατροπι κα μποροφςατε αν κζλετε να χρθςιμοποιιςετε μια αρικμομθχανι, αλλά επειδι δεν είμαςτε ακόμα ςτο ςχολείο και θ χριςθ τθσ αρικμομθχανισ του κινθτοφ ςασ κα κάνει ακριβϊσ τθν ίδια δουλειά!+ 20 Watts = 20/1000 = 0.02kW Στθ ςυνζχεια, Ενζργεια (kwh) = Ιςχφσ (kw) x χρόνοσ χριςθσ (ώρεσ) = 0.02 x 8 = 0.16kWh 13

14 8. υμπζραςμα Η Ιςχφσ (μετριζται ςε kilowatts) και θ ενζργεια (μετριζται ςε kilowatt-ώρες ι Joules) δεν είναι μεγζκθ ταυτόςθμα και δεν αντικακιςτοφν το ζνα το άλλο. Ωςτόςο, θ μετατροπι τουσ, με λίγθ εξάςκθςθ, είναι ςχετικά απλι. Εντάξει, αυτό ιταν όλο για τθν εκμάκθςθ αυτισ τθσ εκπαιδευτικισ ενότθτασ. Τι μπορείτε να κάνετε τϊρα; Δείτε αν μπορείτε να εντοπίςετε τθν ονομαςτικι ιςχφ ςε οποιαδιποτε από τισ ςυςκευζσ που καταναλϊνουν ενζργεια ςτο ςπίτι ςασ. Αυτι μπορεί να αναγράφεται ςτθ ςυςκευι ι ςτισ οδθγίεσ του καταςκευαςτι. Κςωσ, για 1 θμζρα, να μποροφςατε να κρατιςετε ζνα ημερολόγιο ενέργειας με τισ ςυνικειζσ ςασ, για παράδειγμα, ποιεσ ςυςκευζσ χρθςιμοποιείται, πότε τισ χρθςιμοποιείται και για πόςο χρόνο. Θα μποροφςατε να προςπακιςετε να ςυμπλθρϊςετε το ακόλουκο ςφντομο κουίη (για διαςκζδαςθ) και να δοκιμάςετε τισ γνϊςεισ ςασ γφρω από την Ενζργεια και την Ιςχφ. Καλι τφχθ! 14

15 Συγγραφέας Ο Neil Packer είναι ζνασ εγκεκριμζνοσ Μθχανικόσ και λζκτορασ ςτο Τμιμα Πλθροφορικισ, Μθχανικϊν και Επιςτιμθσ,του πανεπιςτθμίου του Staffordshire ςτο Ηνωμζνο Βαςίλειο. Διδάςκει κερμομθχανικι ρευςτϊν και μθχανικι περιβάλλοντασ για ςχεδόν 20 χρόνια και είναι Σφμβουλοσ χαμηλών εκπομπών άνθρακα παρζχοντασ ςε επιχειριςεισ, βιομθχανίεσ και τοπικζσ αρχζσ μια ςειρά από ενεργειακζσ υπθρεςίεσ. Στοιχεία επικοινωνίασ: Faculty of Computing, Engineering and Science Staffordshire University Beaconside, Stafford, ST18 0AD Tel Όλεσ οι πλθροφορίεσ που παρουςιάηονται ςτθν ενότθτα αυτι αποτελοφν προϊόν του προγράμματοσ Senior Engagement in a Green Economy Project (SEE-GREEN) το οποίο χρθματοδοτείται από το Πρόγραμμα Δια Βίου Μάκθςθσ (Gruntdvig) τθσ Ευρωπαϊκισ Επιτροπισ. Το ζργο αυτό ξεκίνθςε τον Νοζμβριο του 2011 και κα ολοκλθρωκεί τον Οκτϊβριο του Για περιςςότερεσ πλθροφορίεσ ι για να λάβετε μζροσ τθν online κοινότθτα μασ επιςκεφτείτε τθν ιςτοςελίδα του ζργου: 15