Исследовательская работа на тему: Искусственное освещение и энергозбережение

24

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ГОРОДА ТУЛУНА «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 20»

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ КОНКУРС ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

Искусственное освещение

и энергосбережение

Автор:

Ермакова Владлена

9 класс

Руководитель:

Татарникова Надежда Михайловна

учитель физики

Тулун, 2014

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ПЛАН ДЕЙСТВИЙ ПО СОЗДАНИЮ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ НА ТЕМУ «ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ»………………………………………………………...3

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….3 - 4

Первая глава: ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМПАХ………………………………………………………………………4 -

1.1. Характеристики энергосберегающих ламп …………………………….

1.2. Строение энергосберегающих ламп и ламп накаливания …………….

1.3. Преимущества энергосберегающих ламп……………………………….

1.4. Недостатки энергосберегающих ламп…………………………………..

Вторая глава: ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1.Эксперимент: сравнение потребления электроэнергии энергосберегающей

лампы и лампы накаливания по электросчетчику…..

2.2. Опрос: использование энергосберегающих ламп в быту……………….

2.3. Расчет потребления электроэнергии ламп в своей квартире……………

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………

ГЛОССАРИЙ……………………………………………………………………

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ, ИНТЕРНЕТ - РЕСУРСОВ…………………………

ПРИЛОЖЕНИЯ …………………………………………………………………

ПЛАН ДЕЙСТВИЙ ПО СОЗДАНИЮ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ НА ТЕМУ «ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ»

1. Участие в олимпиаде по физике школьного уровня, I место…………………………………………………………………октябрь, 2013

2. Определение темы своей исследовательской работы……..октябрь, 2013

3. Подбор и изучение литературы, интернет - ресурсов……...ноябрь, 2013

4. Проанализировала полученную информацию……………декабрь, 2013

5. Провела исследования………………………………………...январь, 2014

6. Изготовила мини-музей «Волшебная лампочка»…………февраль, 2014

7. Систематизировала полученную информацию…………........март, 2014

8. Оформила работу……………………………………………....март, 2014

9. Представила работу на ежегодном школьном конкурсе «Ученик года - 2014»………………………………………………………………...апрель, 2014

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время в России, да и во всем мире, все определеннее берется курс на энергосбережение, на развитие инноваций в этой сфере. Все чаще об этом заявляет Президент страны и его ближайшее окружение. Экономить так или иначе приходится, т. к. рост потребления энергии резко обгоняет ввод новых мощностей в электроэнергетике.

Актуальность темы определяется не только необходимостью сбережения электроэнергии в масштабе страны и отдельно взятой квартиры, школы, но и улучшением экологии в природе и борьбой за здоровье человека.

Проблема: Каждый из нас является потребителем электроэнергии. Можем ли мы внести вклад в решение проблемы. Можно ли снизить потребление электроэнергии, не снижая уровня комфорта?

Объект исследования: энергетическое состояние квартиры учащегося и его школы.

Гипотеза исследования основана на предположении о том, что энергосбережение в жизни человека способствует улучшению экономики, экологии и энергетики страны.

Тема энергосберегающих технологий выходит на уровень государственной и международной политики во всем мире.

Энергосбережение имеющихся ресурсов, а также поиск альтернативных источников энергии становится актуальными национальными задачами.

Изучение нововведений в этой области становится год от года все актуальнее и более необходимо. Последние достижения базовой полупроводниковой технологии позволяют светодиодам в скором времени составить серьезную конкуренцию существующим источникам белого света. Вдобавок к долговечности и низкому энергопотреблению, они обладают целым рядом преимуществ перед существующими на сегодняшний день и широко используемыми источниками света. Небольшие размеры делают спектр их применения необычайно широким. Несколько светодиодов, объединенных в одну форму, способны заменить обычную лампу накаливания: расположенные по прямой, они могут освещать большие площади по периметру. Все это позволяет предположить, что наступившее третье тысячелетие станут по праву называть эрой светодиодной техники. Областью исследований данной работы являются физические принципы работы основных искусственных источников освещения, а предметом - их экономические показатели и влияние на здоровье человека.

Целью исследования является определение наиболее эффективных источников искусственного освещения и разработка практических рекомендаций по их выбору.

Для достижения поставленной цели, были определены следующие задачи исследования:

1. Проанализировать принципы работы основных источников искусственного света их достоинства и недостатки.

2. Выявить и обосновать наиболее эффективные с точки зрения экономии, источники искусственного света на примере освещения квартиры.

3. Выработать практические рекомендации для школьников по выбору источников освещения в своих квартирах.

4. Ознакомиться с материалами энергоэкспертизы МБОУ «СОШ № 20», убедиться в актуальности проблемы энергосбережения на уровне учреждения.

5. Создать мини-музей (пособие) лампочки с целью распространения информации о них.

В работе применялись следующие эмпирические и теоретические методы исследования: изучение и анализ литературы по рассматриваемой теме, наблюдение и описание проводимых опытов, опрос школьников, анализ и синтез, сравнение и обобщение полученных результатов исследования.

Первая глава

1.1 Естественное и искусственное освещение

Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для сохранения здоровья. Свет представляет собой видимые глазом электромагнитные волны оптического диапазона длиной 380-760 нм, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора.

Естественное освещение создается природными источниками света прямыми солнечными лучами и диффузным светом небосвода (от солнечных лучей, рассеянных атмосферой). Естественное освещение является биологически наиболее ценным видом освещения, к которому максимально приспособлен глаз человека.

К естественным или природным источникам света прежде всего относят: Солнце, кометы, полярные сияния, атмосферные электрические разряды, биолюминесценцию живых организмов, свет звезд и иных космических объектов, свечение окисляющихся органических продуктов и минералов.

Солнце - основной естественный источник света и тепла на Земле. Температура поверхности Солнца достигает 6000 K, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок.

В природе встречается и "холодный" свет, т. е. светящиеся тела в этом случае не раскалены. Например, свет гнилушек, различных светлячков и полярных сияний. В лесной траве встречаются светлячки - маленькие жучки. На их спинках есть особое пятнышко, вещество которого светится. В морях и океанах светится вода, причина этого - многочисленные светящиеся организмы. Весьма интересное свечение наблюдается и у некоторых глубоководных рыб - у них около рта или под глазами светится живая ткань.

Источники света, созданные человеком, называются искусственными. К ним относятся электрическая лампочка, свеча, лампа, факел, костер, пламя газовой горелки.

В пламени костра, лучины и фитильных ламп свет излучается раскаленными твердыми частичками углерода. В электрических лампах накаливания светится раскаленная металлическая нить. Таким образом, до наших дней человечество в основном пользуется горячими источниками света.

1.2 История развития искусственных источников освещения

Пламя в трех классических формах - факел, масляный светильник, свеча - являлось инструментом освещения с самых древних времен. Почему же на протяжении тысячелетий эти осветительные системы не претерпевали существенных изменений?

Возможно, потому что вплоть до XIX века к освещению предъявлялись весьма скудные социальные требования. Для зрительной работы вполне хватало естественного света, ибо основная деятельность человека протекала вне помещений и в дневные часы. А вечером и ночью было достаточно света от открытого огня, несмотря на его очевидные недостатки (малая интенсивность света, возможность воспламенения, тепловыделение, дым и т. д.).

Социальные изменения, происшедшие в процессе промышленной революции, породили два явления, резко изменивших ситуацию. Во-первых, экстенсивное использование территорий уступило место интенсивному (освоение внутренних пространств). Во-вторых, возникла необходимость в существенной продлении времени работы производственного оборудования ночью, (почти 50% суточного времени), и это время хотелось, как то использовать. Тем самым был придан мощный импульс развитию систем искусственного освещения.

Первыми шагами в светотехнике были попытки улучшения классических осветительных систем, в основном в части используемого ими топлива (парафина, масла и т. д.). Позднее стали применять газовое топливо - ацетилен, оксидные смеси, дистилляционные газы (называемые в то время светильным газом).

Первым качественным изменением стало появление известковых светильников, наполненных газом и маслом: впервые человек использовал в качестве источника света не прямое пламя, а "накал" от промежуточного элемента. Затем пришло время освещения вольтовой дугой - искрой, возникающей между двумя угольными электродами. Первичная энергия здесь была не химической, аккумулированной в веществе, а электрической (разность потенциалов между концами проводника, образованная проходящим потоком электронов). Эта электрическая энергия - единственная, которую использовали Дэви, Гебль, Сван и ряд других исследователей. Она же позволила Т. А. Эдисону создать в 1879 году первую лампу накаливания. (Первым изобрел угольную лампу накаливания русский изобретатель-электротехник А. Н. Лодыгин в 1872 году).

Поначалу со стороны систем, работающих при помощи сгорания топлива, электрическое освещение испытывало жесточайшую конкуренцию. Оно было технически несовершенно, характеризовалось крайне низким рабочим ресурсом и малой мощностью ламп. Но несмотря на это электрическое освещение завоевывало все новые и новые территории и расширяло области своего применения.

Существование искусственного освещения в том виде, как мы его сегодня понимаем, начинается примерно с 1940 года. Поскольку большая часть трудоспособного населения была милитаризована, военная промышленность Северной Америки требовала привлечения рабочих из других стран, которые требовали улучшения условий труда. В этой связи потребовалось существенно увеличить привычный уровень освещения. В этот период появилась люминесцентная лампа. Она обладала большей энергоэффективностью, меньшей яркостью и хорошей цветопередачей. Ее появление и совершенствование дали толчок исследовательской мысли и тем самым послужили развитию удивительного разнообразия современных источников света, увеличению их эффективности и мощности. Она же способствовала развитию оптических систем, обозначила широкий спектр новых возможностей, а значит, и сфер применения искусственного освещения.
Наши требования к свету постоянно растут и столь же постоянно удовлетворяются. Их удовлетворение стимулирует стремление к еще более высокому уровню комфортности и полезности освещения. Так, от использования масляной лампы в течение всего нескольких минут в день мы вошли в мир, в котором искусственное освещение можно включать по звонку будильника. Теперь можно использовать ночные часы и для работы, и для отдыха.

С тех пор, как мы научились освещать внутренние (в том числе и подземные) помещения, в нашем ведении оказались совсем иные пространства. Наконец, с тех пор, как искусственное освещение позволило создавать хорошие зрительные условия для деятельности, неизмеримо возросло само качество нашей жизни.

1.3. Принцип действия основных источников искусственного освещения

Типичная бытовая лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который откачивается и заполняется инертным газом) и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию.

В обычной лампочка накаливания, как известно, светится раскаленная спираль, а спектр свечения нагретого тела зависит в основном от его температуры. Наш глаз приспособился улавливать свет, излучаемый поверхностью Солнца, которая раскалена до 6000 градусов. Другими словами, солнечный свет по своему спектральному составу как раз оптимален для глаза. Нить накала в лампочке, конечно, имеет гораздо более низкую температуру, поэтому она светится совсем в другом спектральном диапазоне (инфракрасном), и только малая доля излучаемого лампочкой света приходится на видимую часть спектра.
Источником света в лампе накаливания служит раскаленная нить, для повышения ее эффективности существует единственный способ это повышение температуры нити. Для этого стеклянную колбу заполняют газом под высоким давлением, чтобы нить не испарялась при более высокой температуре, - получается галогенная лампа. Такие лампы используются в различных проекторах, в автомобильных фарах и т. п. Галогенная лампа излучает в видимом диапазоне до 15% затраченной мощности. Если же и такая эффективность не устраивает (а хочется 100%), то надо воспользоваться другими принципами излучения света. Рассмотрим два принципиально иных источника света: сначала (вкратце) люминесцентные лампы, а потом - светодиоды.
Люминесцентные трубки светятся, когда в них загорается электрический разряд: в заполняющем трубку газе некоторое количество электронов отрывается от своих атомов и движется с ускорением в электрическом поле. Когда такой ускоренный электрон сталкивается с атомом, он отдает энергию в виде ультрафиолетового излучения. Трубка покрыта изнутри люминофором, который поглощает этот ультрафиолетовый свет и переизлучает его уже как видимый свет. С точки зрения КПД это уже гораздо лучше, потому что в принципе ничто не мешает собрать весь ультрафиолет и перевести его в видимый свет. А лампочки накаливания, наоборот, светят в основном инфракрасным светом, с которым уже ничего не сделаешь - он теряется, нагревая саму лампочку и окружающее пространство. Люминесцентные лампы примерно в 4 раза эффективнее ламп накаливания.
Светодиод излучает непосредственно видимый свет. Срок действия светодиода - несколько лет непрерывной работы. У него нет бьющейся стеклянной колбы, он безопасен и не содержит ртути и прочих вредных веществ, не перегорает при включении/выключении, не требует высоковольтного питания, он компактен и может быть встроен куда угодно, работает при любой окружающей температуре.
Как работает светодиод. По сути, это тот же самый полупроводниковый диод, который применяется в электрических схемах как выпрямитель, только сделан он не из кремния, а из специальных, так называемых «прямозонных» полупроводников. Вообще полупроводник можно представить себе наглядно как некий двухэтажный дом для электронов. Верхний этаж (который называется «зона проводимости») почти пуст. Нижний этаж («валентная зона»), наоборот, заполнен электронами почти до отказа, но и в нем могут быть свободные места (по - научному, называются дырками. Если на диод подать напряжение нужной полярности (для светодиодов: от 2 до 4 В в зависимости от цвета), то электроны и дырки побегут навстречу друг другу и рекомбинация будет происходить в массовом порядке. Прыгая с «верхнего» этажа на «нижний», электроны теряют энергию; эта энергия может рассеиваться в виде тепла, а может и излучаться в виде света - это последнее и есть принцип действия светодиодов. Можно сказать, что светодиод реализует наиболее прямой способ преобразования электрической энергии в свет.
Светодиод - это маленький кусочек полупроводникового кристалла (встроенный в прозрачный корпус, который служит заодно и линзой для собирания света), у него нет раскаленных, газообразных, агрессивных составных частей. Теоретически ничто не запрещает получить КПД светодиода сколь угодно близкий к 100%. Светодиод излучает практически чистый спектральный цвет. Светодиод в 12 раз экономичнее лампочки накаливания и в 5 раз люминесцентных ламп.

Глава вторая

2.1Достоинства и недостатки основных источниками искусственного освещения применяемых в наших квартирах.

Обычные лампы накаливания. Срок их службы составляет около 750 - 1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не «скачет» и не превосходит указанного на лампе (220 или 127 В). Если же напряжение в сети в силу каких-то причин является повышенным или время от времени повышается даже на короткие промежутки времени, лампа может быстро выйти из строя. Поэтому вы никогда не увидите гарантию на лампы накаливания, ее просто не существует.

Достоинства лампы накаливания:

низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход

К недостаткам относятся:

низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% - в тепло высокая рабочая температура, нужно соблюдать осторожность, чтобы не получить ожог. сильно заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания недолговечность, отсутствие гарантии

Люминесцентные лампы имеют заявленный срок службы от 6000 часов до 12 000 часов в зависимости от производителя, но гарантия выдается только от перегорания и то при соблюдении определенных условий эксплуатации, т. е. практически заменить ее по гарантии не удастся.

Достоинства люминесцентных ламп:

высокая световая отдача (до 80 лм/Вт), экономичность в 4 раза выше, чем в обычной лампочке относительно высокая продолжительность работы

Недостатки люминесцентных ламп:

очень хрупкое стекло, даже при транспортировке до 2% допускается бой. необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве (стартере и дросселе) чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°С лампа может не зажечься), т. е. применяется только в отапливаемых помещениях. наличие стробоскопического эффекта. Этот эффект вызывается частыми (100 раз в секунду) не уловимыми для глаза миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека создается нарушение правильного восприятия скорости движения предметов, вызываются неприятные ощущения. при неправильном включении (без защитных конденсаторов в пускорегулирующем устройстве) люминесцентные лампы становятся источниками помех для радиоприемников и телевизоров обязательная утилизация ламп как ртутьсодержащие отходы после использования и только в специальные контейнеры. не применяется, где нужны частые включения и выключения света.

Светодиодные лампы являются полупроводником. Исходя из своего принципа работы, основанном на явлении электролюминесценции-холодного свечения, возникающего при протекании тока, они на много экономичнее, экологически и технически безопаснее всех существующих искусственных источников освещения. По мнению специалистов ХХI век, это век светодиодов.

К недостаткам можно отнести только относительно высокую стоимость, в среднем это порядка 300 руб., но с каждым годом она будет уменьшаться.

К преимуществам светодиодов можно отнести:

низкое энергопотребление - в 12 раз ниже, чем в обычных лампах и в 5 раз - чем, в люминесцентных. долгий срок службы - не менее 100 000 часов, уже есть экспериментальные образцы со сроком службы до 300 000 часов. На космической станции «Мир» высокоэффективные солнечные элементы на основе полупроводниковых гетероструктур проработали в непрерывном режиме, без замены и без снижения мощности все 15 лет существования этой станции. высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость, а главное «вандалоусточивость», полупроводник практически невозможно разбить. чистота и разнообразие цветов (возможность программирования), направленность излучения и регулируемая интенсивность низкое рабочее напряжение, может применяться в воде и в газах. экологическая и противопожарная безопасность. Они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются. широкий температурный диапазон эксплуатации - от - 50 до + 60 °С, и к тому же, световой поток не уменьшается при отрицательных температурах.

Таким образом, из приведенного анализа можно сделать следующее заключение, что светодиоды, за счет низкого расхода финансовых средств исходя из, как минимум, 20 летнего периода их эксплуатации, высокой яркости, отсутствия инфракрасного и УФ излучений, являются лидерами в рейтинге прочих источников освещения.

Основное преимущество светодиодов по сравнению с люминесцентными лампами заключается в их полной экологической безопасности.

Производители флуоресцентных ламп не любят вспоминать и говорить о том, что лампы содержат пары ртути и должны проходить специальную утилизацию. Одна разбитая лампа способна сделать непригодной для питья 27 кубометров воды. Перегоревшие лампы должны сдаваться в специальные контейнеры, которые должны находиться при ЖЭКах по месту жительства, об этом нигде не сообщается и поэтому об этом мало кто знает. Я спрашивал в нашем ЖЭК, где находится такой контейнер и мне сказали, что у них его нет. Оказалось, что по всей Москве их единицы, а по стране и тем более. Возникает вопрос, как же мы будем утилизировать эти лампы. В лучшем случае жители будут их выбрасывать в контейнеры для мусора. Но если люминесцентные лампы попадут в эти контейнеры, то на 100% они будут разбиты, исходя из технологии погрузки. Если учесть масштабы применения таких ламп в жилых домах, то явно возникнут проблемы с экологией.

Для справки: ежегодно в России на 1 млн. населения в среднем приходится около 80 000 отработанных люминесцентных ламп (или 16 тонн РСО). Если учесть, что в ближайшие годы количество таких ламп увеличится в 3 раза, то и отходы на 1 млн. населения составят около 48 тонн РСО. Стоимость утилизации 1 т РСО составляет 300 долларов США. Нетрудно подсчитать, что ежегодные расходы только на утилизацию люминесцентных ламп для России должны составлять сумму порядка 2 100 000 долларов.

Другим недостатком энергосберегающих ламп, о котором также умалчивается, является то, что человек может находиться от них на расстоянии не ближе, чем 50 сантиметров. Из-за большого уровня ультрафиолетового излучения энергосберегающих ламп при близком расположении к ним может быть нанесен вред людям с чрезмерной чувствительностью кожи и тем, кто подвержен дерматологическим заболеваниям. Однако если человек находится на расстоянии не ближе, чем 50 сантиметров от ламп, вред ему не наносится.

Глава третья ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ

3.1 Обоснование практических рекомендации по выбору искусственных источников освещения для своей квартиры

Зная масштабы использования обычных ламп накаливания, многие страны уже в начале этого столетия ввели поэтапный и постепенный переход на энергосберегающие источники освещения.

В нашей стране, как считают специалисты, с опозданием как минимум на 5 лет, принято решение на переход к энергосберегающей политике. Министр экономического развития Эльвира Набиуллина в свою очередь объявила о том, что переход к энергоэффективным лампочкам и приборам в России будет поэтапным. А именно: лампы накаливания мощностью свыше 100 ватт запретят с 1 января 2011 года, она подчеркнула, что такой тип ламп используют в основном учреждения и предприятия. А для граждан меры будут более мягкими - с 1 января 2013 года будет запрещена продажа ламп мощностью свыше 75 ватт. А с 2014 года предполагается запрет всех ламп накаливания. Кроме того, с 2011 года запретят государственные закупки ламп накаливания любой мощности. Исходя из этого следует, что полностью лампы накаливания в нашей стране будут запрещены с 2014 года.

Министр экономического развития Эльвира Набиуллина оценила переход на энергосберегающие лампы в России в 100 миллиардов рублей. Она отметила, что энергосберегающие лампы, созданные на основе светодиодов, сейчас стоят в десятки раз больше, чем лампы накаливания, однако в ближайшие годы их цена снизится в 2-3 раза и когда она станет сопоставима по стоимости с люминесцентными лампами, начнется переход на их использование.

Многие страны мира уже с 2015 года планируют переход на светодиодные лампы освещения.

Проведенный опрос в нашей школе показывает, что в настоящее время переход на люминесцентные лампы в своих квартирах еще очень незначительный, а переход на светодиоды почти совсем не происходит. Кроме этого никто из опрошенных не перешел на энергосберегающие лампочки. Данные опроса приведены в данной таблице.

Всего было опрошено человек

Используют ЛН

Перешли частично на ЛЛ

Перешли частично на СД

Ничего не знают об энергосберегающих лампах

чел

%

чел

чел

чел

68

68

12

9

14

По опросам школьников неприменение энергосберегающих ламп объясняется высокой их ценой. Но никто из них никогда не считал, какую экономию они могли бы получить при переходе у себя в квартире на эти лампы.

3.2 Расчеты потребления электроэнергии

Мною проведены исследования, результаты которых приведены в следующих таблицах.

Таблица 1

Расчеты потребления электроэнергии для 2-х комнатной квартиры
(с применением ламп накаливания)

Кол-во ламп

Мощность

Время работы в сутки

Работа тока

Тариф

Стоимость в сутки

Прихожая

1

75 Вт

2 ч

0,15кВт·ч

0,92р

0,138р

Гостиная

4

300 Вт

5 ч

1,5кВт·ч

0,92р

1,38р

Кухня

1

75 Вт

6ч

0,45кВт·ч

0,92р

0,414р

Спальня

4

300 Вт

2 ч

0,6кВт·ч

0,92р

0,552р

Ванная

1

75 Вт

2 ч

0,15кВт·ч

0,92р

0,138р

Туалет

1

75 Вт

2 ч

0,15кВт·ч

0,92р

0,138р

итого

2,76р в день

82,8р в месяц

Вначале были проведены расчеты (таблица 1) по оплате за освещение лампочками накаливания в 2-х комнатной квартире. Получилось, что ежедневно мы платим в сутки по 2 рублей 76 копеек, в среднем за месяц получается 82рубля 80 копеек (естественно это без учета оплаты за электроплиту, холодильник, телевизор, стиральную машину и другую технику).

Затем проведены расчеты, если бы мы в своей квартире перешли на компактные люминесцентные лампы. Результаты расчетов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Расчеты потребления электроэнергии для 2-х комнатной квартиры
(с применением люминесцентных ламп)

Кол-во ламп

Мощность

Время работы в сутки

Работа тока

Тариф

Стоимость в сутки

Прихожая

1

18 Вт

2 ч

0,036кВт·ч

0,92р

0,033р

Гостиная

4

72 Вт

5 ч

0,36кВт·ч

0,92р

0,33р

Кухня

1

18 Вт

6ч

0,108кВт·ч

0,92р

0,099р

Спальня

4

72 Вт

2 ч

0,144кВт·ч

0,92р

0,13р

Ванная

1

18 Вт

2 ч

0,036кВт·ч

0,92р

0,033р

Туалет

1

18 Вт

2 ч

0,036кВт·ч

0,92р

0,033р

Итого

0,66р в день

19,8р в месяц

Расчеты показали, что ежедневно при переходе на люминесцентные лампы мы платили бы в сутки по 66 копеек, в среднем за месяц получилось бы 19рублей 80 копеек. Ежемесячная экономия в этом случае составила бы 63рубля.

Естественно, что в масштабе государства и даже отдельного города эта экономия составит значительные суммы.

Но в данном варианте меня совершенно не устраивает влияние люминесцентных ламп на здоровье человека, проблемы утилизации этих ламп и их экологическая вредность.

Отслужившую лампу необходимо отправить на утилизацию, но пунктов приема не существует. Утечка ртути или других газов из лампы при ее повреждении в квартире приведет к ее загрязнению воздуха. Любая ртутная лампа содержит до 100 мг сильнодействующего вещества - паров ртути. Предельно допустимая концентрация этих паров в квартире равняется 0,0003 мг/м2. Расчеты показывают, что даже при разбившейся одной лампе в квартире площадью 50 квадратных метров, концентрация составит 2 мг/м2 , что в 6600 раз больше допустимой нормы.

Ртуть это самый ядовитый тяжелый металл, она токсична в любой форме. При вдыхании ртутные пары адсорбируются в мозге и почках, а также вызывают разрушение легких и желудочно-кишечного тракта. Даже давние ртутные загрязнения опасны, поскольку ртуть может испаряться годами, нанося непоправимый вред здоровью человека.

Люминесцентные лампы излучают более интенсивный свет, нежели обычные. По данным Британской ассоциации дерматологов от этого могут пострадать, прежде всего люди с повышенной светочувствительностью кожи. Как утверждают ученые, использование энергосберегающих ламп может нанести вред человеку, имеющему кожные заболевания и даже привести к раку кожи, а также вызвать мигрень и головокружение у людей, страдающих эпилепсией.

Исходя из вышесказанного я пришла к выводу, что если переходить на энергосберегающие лампы, то нужно сразу переходить на светодиоды. Поэтому были проведены расчеты и для светодиодных ламп, представленные в таблице 3.

Таблица 3

Расчеты

потребления электроэнергии для 2-х комнатной квартиры
(с применением светодиодных ламп)

Кол-во ламп

Мощность

Время работы в сутки

Работа тока

Тариф

Стоимость в сутки

Прихожая

1

8 Вт

2 ч

0,016 кВт·ч

0,92р

0,014р

Гостиная

4

32 Вт

5 ч

0,16 кВт·ч

0,92р

0,14

Кухня

1

8 Вт

6ч

0,048 кВт·ч

0,92р

0,044р

Спальня

4

32 Вт

2 ч

0,064 кВт·ч

0,92р

0,06р

Ванная

1

8 Вт

2 ч

0,016 кВт·ч

0,92р

0,014р

Туалет

1

8 Вт

2 ч

0,016 кВт·ч

0,92р

0,014р

Итого

0,28р в день

8,4р в месяц

Расчеты показали, что ежедневно при переходе на светодиодные лампы мы платили бы по28 копеек, в среднем за месяц получилось бы 8 рублей 40копеек, что в 10 раз дешевле, чем мы платим сейчас и в 2 раза меньше, чем мы платили бы при переходе на люминесцентные лампы.

Стоимость одной светодиодной лампочки по сравнению с обычной окупается примерно за один год в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Европейские эксперты подсчитали, что если в жилых помещениях стран Евросоюза заменить традиционные лампы накаливания энергосберегающими лампами, можно сэкономить почти 40ТВт/ч. Это соответствует производству электроэнергии 35 средними электростанциями или годовому потреблению электрической энергии 11 миллионами европейских семей. Данных по России никто не подсчитывал, однако известно, что россияне менее бережливо относятся к потребляемой ими электроэнергии, и здесь экономия будет еще более значительной.

3.3 Исследование материалов энергетического обследования школы № 20

Проблема качества освещения связана не только с энергоэффективностью. Как показали результаты исследования московских школ, проведенного в рамках проекта программы развития ООН и Глобального экологического фонда, освещение в школах напрямую влияет и на здоровье, и на успеваемость детей.

22-25% молодых людей заканчивают школу с дефектами зрения. При этом патология возрастает за период обучения в 2,4-2,5 раза. Одной из основных причин этого негативного и опасного процесса является неудовлетворительное состояние освещения школ.

По результатам энергетического обследования школы №20 в 2010г. установлено, что 8 школьных классов не соответствуют требованиям действующих норм к освещенности на рабочих местах. В обследованной школе освещенность на досках составляет 130-140 лк при норме 500 лк. Люминесцентные лампы имеют уровень пульсации светового потока, в 2,5-3 раза превышающий максимально допустимый. По действующим санитарным нормам эти условия освещения квалифицируются как вредные и опасные для здоровья, способствующие развитию заболеваний.

При этом необходимо отметить, что отечественные нормы для многих помещений (компьютерных классов, учебных мастерских, классов изостудий, спортзалов) существенно ниже действующих около 10 последних лет европейских норм.

Несмотря на то, что утвержденные в 2003 году «Изменения №1 к СНиП 23-05-2010*» запрещают применение ламп накаливания при освещении учебных помещений. Они до сих пор используются во многих школах в давно устаревших неэффективных светильниках. Из-за чего перерасход электроэнергии в этих школах составляет 35-40%.

В обследованной школе №20 значительная часть светильников работает более 20 лет. Стоит отметить, что чем больше спектр освещения отличается от естественного, непрерывного спектра освещения, тем хуже общее состояние школьника. Но при этом коэффициент цветопередачи может быть высоким. При линейчатом спектре (даже с высоким индексом цветопередачи) нарушается работа цветового канала, что ведет к ухудшению физиологического и психологического состояния человека. Поэтому для школьного освещения необходимо ввести такую характеристику качества освещения, как цветность.

В школе было выявлено одновременное применение в одном классе ламп с разной цветовой температурой, что недопустимо. Это нарушает равномерность светоцветовой среды и ведет к усложнению процесса адаптации, что, соответственно, увеличивает утомление и перевозбуждение школьника. Освещенность рабочей поверхности должна быть не менее 400 лк, что не везде соблюдается.

Эксперты аудита предлагают осуществить замену ламп накаливания энергосберегающими лампами. При замене ламп накаливания на люминесцентные источники света в 6 раз снижается электропотребление.См. приложение

Расчет экономической эффективности от внедрения мероприятий по энергосбережению (выдержка)

№

Расчетные показатели предлагаемых к реализации энергосберегающих мероприятий

Наименование мероприятий по видам энергетических ресурсов

Затраты

(план),

тыс.руб

Годовая экономия ТЭР (план)

Средний срок окупаемости (план), лет

В натуральном выражении

Ед.

измерения

В стоимостном

выражении

(тыс.руб)

1.3

Замена ламп накаливания на энергосберегающие лампы

55,5

39,14

тыс. кВтч

97,87

0,6

Эти цифры на 2010 год, а если учесть повышение тарифа на электроэнергию, то средний срок окупаемости уменьшается до полугода.

Т.е. вопрос об улучшении состояния освещения школ давно рассматривается в управлении образования, но никаких мер по изменению состояния дел, к сожалению, не предпринимается.

Комплексной Программы работ по модернизации осветительных установок с выделением необходимого финансирования вероятно нет.

А как бы хотелось оборудовать школу образцово-показательными осветительными установками, соответствующими нормам, с энергоэкономичными источниками света.

Я заинтересовалась расчетами аудиторской проверки по энергосбережению (приложение № ) и убедилась в правильности и своевременности поднятия вопроса энергосбережения. Изготовление мини-музея лампочки поможет пропагандировать идею энергосбережения с детского возраста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нашу жизнь невозможно представить без искусственного освещения. Для жизни и работы людям просто необходимо освещение с применением ламп. Раньше для этого использовались только обычные лампочки накаливания, которые были изобретены в 20 веке, а уже в следующем, двадцать первом веке, очень остро встала проблема дефицита ограниченных ресурсов. Экономия ресурсов потребовала создание инновационных решений в области сбережения энергии. Так и появились энергосберегающие лампы.

Выполнив данную исследовательскую работу, я сначала изучила строение тех и других ламп, изучили преимущества и недостатки энергосберегающих ламп. Узнала, что энергосберегающие лампы выделяют меньше тепла, чем лампы накаливания. Для примера можно отметить, что до горящей лампы мощностью 20Вт (аналог 100Вт лампочке) можно спокойно дотронуться рукой и не обжечься. Такое незначительное тепловыделение позволяет использовать компактные энергосберегающие лампы большой мощности в хрупких бра, нежных светильниках и люстрах, в которых от ламп накаливания с высокой температурой нагрева может оплавляться пластмассовая часть патрона или сам плафон. Лампы накаливания нагреваются примерно в 4 раза больше, чем энергосберегающие лампы. Покупая обычные лампочки, мы можем рассчитывать на их работу в течение пяти-шести месяцев. Как правило, после этого срока нить накаливания просто перегорает. В современных осветительных приборах нить накаливания просто отсутствует. Соответственно, и ломаться там нечему. Качественная лампочка энергосберегающего типа может работать до 12 000 часов, что равняется примерно 2-3 годам эксплуатации в достаточно интенсивном режиме. И при свете энергосберегающей лампы даже работается лучше. Учеными из ведущих мировых университетов доказано, что при свете энергосберегающих ламп у человека повышается работоспособность в 1,5 раза. Достигается это благодаря тому, что, энергосберегающая лампа не слепит глаза, в ней сбалансирована яркость света, чего ни в одной лампе накаливания не встретишь. Несмотря на все достоинства энергосберегающих ламп у них есть и свои недостатки. Это, например, то, что наполнитель энергосберегающих ламп содержит некоторое количество ртути, которая, несомненно является вредным ядом для человека и окружающей среды. Разработчики энергосберегающих ламп уже работают над этой проблемой - заменяют ртуть на другие похожие, подходящие вещества. Например, в лампах некоторых современных производителей не применяются вредные для человека и природы пары ртути. В колбу вместо жидкой ртути вводится металлический сплав (т.н. "амальгама" - амальгама кальция), где ртуть находится в связанном виде, поэтому при атмосферном давлении и комнатной температуре не испаряется, то есть не может попасть в воздух. Поэтому, даже если вдруг разобьется лампа, не потребуется трудоемкая очистка от ртути - достаточно просто собрать осколки и проветрить помещение.

Выполняя практическую часть работы, я провела эксперименты по вычислению потребления электроэнергии, узнала мнение своих знакомых о новых энергосберегающих лампах и использовала расчеты материальных затрат на замену обычных ламп на энергосберегающие. Пришла к выводу, что потребление электроэнергии энергосберегающей лампой меньше, чем потребление электроэнергии лампой накаливания. Таким образом, энергосберегающие лампы действительно экономят электроэнергию. Так как результаты опроса показали, что энергосберегающие лампы не пользуются популярностью по причине незнания о них я изготовила демонстрационное пособие о лампах для учащихся. А расчеты финансовых затрат на замену ламп в своей квартире убедили, что энергосберегающие лампы, несмотря на высокую стоимость, действительно экономичнее.

Список литературы

1. Проект Федерального закона РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ».2009

2. Алексеев С. В., Усенко В. Р. Гигиена труда. М.: Медицина, 1998.

3. Апресян Л. А., Кравцов Ю. А. Теория переноса излучения. М.: Просвещение.

4. Большая советская энциклопедия / гл. редактор А. М. Прохоров - М.: "Советская энциклопедия", 1970.

5. Вавилов С. И. Люди русской науки: Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники, М: Гос. изд-во техн.-теоретической лит-ры, 1948.

6. Волович М. Б. Справочник школьника 5-11 классы, М: АСТ-ПРЕСС, 1999.

7. Гончаренко А. Г. Мировая экономика: взгляд на 10 лет вперед.// «Россия в глобальной политике», №6, 2006.

8. Гурский И. П. Элементарная физика. М.: Просвещение, 1984.

9. Иванов Б. С. Человек и среда обитания: Учебное пособие, М.: МГИУ, - 1999.

10. Развитие энергетики // «Иллюминатор», выпуск №2, 2006.

11. Кузнецова А. М., И. В.Петрянов''Вещество и энергия''.М: Просвещение, 1982

12. Кухлинг Х. Справочник по физике. М.: Мир 1982.

13. Ландсберг Г. С. Оптика. М.: Просвещение, 1976.

14. Лауэ М. История Физики. М.: Просвещение, 1956.

15. Маркушевич А. И. "Детская энциклопедия'' том 3.М:1994

16. Николаев В. И. История светодиодов// «Наука и жизнь», ноябрь,2007.

17. Петров В. И., Азбука освещения, М.: «ВИГМА», 1999г.

18. Суханькова Е. П. Лампа накаливания - изобретение А. Н. Лодыгина // Физика: приложение к газете "Первое сентября", 1997 г., № 45, с. 4-5.

19. Тарасов Л. В., Тарасова А. Н. Беседы о преломлении света. М.,. Наука, 1982.

20. Тихомирова С. А. Загадки с физическим содержанием//Физика в школе, 1999.

21. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2001.

22. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике, М.: Наука, 1978.