Экономика «умного» освещения класса

XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Экономика «умного» освещения класса

Овчаров М.А. 1
1МБОУ "Школа №1 имени В.И. Муравленко"
Шугаева С.С. 1Овчарова Е.В. 1
1МБОУ "Школа №1 имени В.И. Муравленко"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В настоящее время вопрос ресурсосбережения стоит наиболее остро, чем когда либо, так как вопрос благополучия в будущем во многом зависит от того, насколько эффективно используются природные ресурсы сейчас.

Энергетика невероятна важна для человечества. В настоящее время на планете проживает почти 7 млрд людей, к 2050г. численность населения по некоторым подсчетам возрастет до 9 млрд человек, а потребляемая ими электроэнергия увеличится 1,7% ежегодно. В настоящее время до 90% энергии вырабатывается от сжигания органических ископаемых — угля, нефти и газа, запасы которых ограничены и не возобновляются. Помимо исчерпаемости энергоресурсов, стоит отметить, что само потребления электроэнергии порождает ряд экологических проблем, и несомненно ведет к дефициту энергии, что может отразиться на экономике нашей страны. Таким образом проблема энергосбережения становится невероятно актуальной на сегодняшний день. [5, c.143]

В своем исследовании мы решили подробнее рассмотреть вопрос энергосбережения в области экономии электроэнергии. Экономия электроэнергии дает возможность снизить  собственные затраты и оказывать меньшее воздействие на окружающую среду. Экономия электроэнергии в осветительных установках имеет важное значение, т. к. в России на нужды освещения расходуется до 13% вырабатываемой электроэнергии. Больше всего электроэнергии расходуется в общественных, административных зданиях, учебных заведениях – до 39% от общего объема электропотребления. [4, c.10-14]

Диаграмма1.

Все вышеупомянутое определяет актуальность исследования, которая состоит в необходимости эффективного и рационального использования энергии как основного тезиса успешного решения экологической проблемы и минимизации расходов на энергию.

Итак, цель нашего исследования: выявление экономически обоснованных способов минимизации потребления электроэнергии на примере школьного кабинета.

Объект исследования: потребление электроэнергии в школе.

Предмет: экономически обоснованные способы минимизации потребления электричества в школьном классе.

Гипотеза: не все способы элетросбережения являются экономически обоснованными.

Задачи исследования:

Изучить основные понятия.

Определить электропотребление в классе.

Выявить способы экономии электричества,

Определить их эффективность и экономность.

Сделать выводы о способах экономии электричества в классе и их целесообразности.

Новизна исследования состоит в том, что мы попытаемся экономически обосновать способы снижения потребления энергии на примере класса.

Методы исследования: анализ научной литературы, экономические вычисления потребления энергии и экономии, сравнительный анализ, систематизация материала.

Глава I. Основная часть.

1.1. Понятие «электросбережение»

На сегодняшний день вопрос энергосбережения - является приоритетным для решения в масштабах мира. Причиной тому служат дефицит основных энергоресурсов, высокая стоимостью их добычи, а также неразрывно связан с глобальными экологическими проблемами.

Энергосбережение — это приемы и методы эффективного и разумного использования топливно-энергетических ресурсов планеты. Это подход к снижению потребления электроэнергии основывается на использовании энергосберегающих технологий, цель которых уменьшить потери и потребление электроэнергии. Универсальных способов экономить электроэнергию на данный момент не существует, но разработаны методики, технологии и устройства, помогающие вывести энергосбережение на качественно новый уровень. Т. е. задача энергосбережения — это сохранить ресурсы, как имеющие прямое отношение к производству энергии, так и косвенно касающиеся данного вопроса. Современные приборы и технические открытия позволяют это сделать, не пренебрегая собственным комфортом и безопасностью. [2, c. 14-15]

Наконец, рациональное использование энергии дает нам материальные преимущества. Внедрение эффективных элементов управления освещением сокращает расходы на электроэнергию. Более того: щадящее использование оборудования продлевает срок его работы.

1.2. Способы электросбережения (поведенческие)

Электроэнергию экономить можно и нужно. Во – первых, тем самым мы экономим деньги. Во - вторых, электросбережение создает общую культуру человека. Таким образом, мы становимся более бережливыми и рационально используем все полезные ресурсы (в том числе и денежные).

Для того, чтобы эффективно экономить электроэнергию в повседневной жизни, необходимо следовать определённым правилам поведения [7]:

1. Гасить свет, выходя из помещения. Пожалуй, это самое простое правило, следование которому стоит довести до автоматизма.

2. Отключать электроприборы, если они долгое время не используются. Затраты электроэнергии на поддержание техники в «спящем режиме» весьма небольшие, но они есть.

3. Обращать внимание на класс энергоэффективности электроприборов и бытовой техники при покупке. Самым экономными будут устройства класса А.

4. Покрасьте стены и поток в светлые тона.

5. Протирайте лампы от пыли.

1.3. Способы электросбережения (технологические)

Сегодня автоматизировать и рационализировать потребление электроэнергии можно при помощи различной «умной» техники [6]:

1. Диммеры (светорегуляторы) — плавно изменяют интенсивность свечения ламп, регулируя их мощность.

2. Датчики движения — реагируют на источник инфракрасного излучения и управляют светильниками в зависимости от его перемещения. Они реагируют на активное передвижение человека.

3. Датчики присутствия — более сложные высокочувствительные устройства, которые регистрируют малейшие перемещения, вроде движения пальцев рук. Приборы незаменимы в офисах и учебных аудиториях, кабинетах и т. п. Датчики присутствия не дадут свету погаснуть, даже если вы будете несколько часов спокойно сидеть и читать.

4. Таймеры — выключатели, которые следят за тем, чтобы свет зажигался или гас в точно указанное (запрограммированное) время. Таймер имеет еще один канал связи, с помощью которого может выключать-включать дополнительное устройство.

5. Датчики освещенности (сумеречное реле) — устройства, которые управляют искусственным светом в зависимости от уровня естественной освещенности. Когда солнечная активность снижается до зафиксированного уровня, прибор это распознает и включает свет. Как только количество солнечных лучей повышается, свет гаснет.

Экономить электроэнергию можно не только с помощью датчиков. Научно-технический прогресс уже давно подарил нам энергосберегающие источники света, которые сегодня доступны каждому потребителю.

Люминесцентная лампа или энергосберегающая лампа. Лампы бывают линейными и компактными, т. е. с разной формой колбы. Рабочий ресурс люминесцентных источников света 18000 часов (около 4 лет).

Светодиодные лампы — экологически чистые источники света, со светоотдачей большей, чем люминесцентные лампы. Т. е. мы получаем максимальную экономию электроэнергии без опасений. Светодиодные лампы долговечны, не реагируют на частые включения. Небольшие габариты, и возможность выбора цветовой температуры делают светодиодные источники света лидерами на рынке энергоэффективное освещение.

1.4. Освещение в школе: нормы и требования СанПин

Основной документ регулирующий освещение в школе – это СанПин, который устанавливает требования к освещению школьных помещений и классов. Основной показатель для нормирования освещения – уровень освещенности. Он измеряется в люксах (лк). Для разных типов помещений установлены соответствующие нормы [1]:

Таблица 1.

Нормы освещения в школе

Тип помещения и объект

Уровень освещенности
Е, лк

1

Классные кабинеты, лаборатории на поверхности рабочего стола

300-500

2

На классной доске

500

3

Кабинеты черчения и рисования на столах

500

4

Кабинеты информатики на столе

300-500

5

Мастерские по обработке металлов и древесины на станке

300

6

Кабинеты и комнаты преподавателей на столах

300

7

Спортивный и актовый залы на полу

200

Еще один показатель, установленный данным документом – это спектр цветоизлучения. В учебных классах, согласно СанПиН, свет должен быть белым, естественно-белым или тепло-белым. Это соответствует цветовой температуре 3500-4500 К.

Также, есть требования к световым элементам. Для установки в школьных классах разрешается использовать светильники одного из двух типов:

1. люминесцентные;

2. светодиодные.

Но при это нельзя применять в одном помещении светильники разной природы излучения. Размещать их нужно параллельно светонесущей стене.

СанПиН также устанавливает максимально допустимый коэффициент пульсации – 5%.

Глава II. Практическая часть

2.1. Энергопотребление освещения в школьном кабинете

Для достижения цели исследования и выяснения, сколько можно сэкономить на электроэнергии, мы начали своё исследование и подсчёты.

При подсчете времени, мы рассчитали учебные дни по месяцам с сентября по май, получилось за учебный год – 173 дня. Школа работает с 8:00 до 19:00, время препровождения обучающихся в кабинете: 11 часов. В кабинете работают 2 класса в 2 смены. Тариф однотарифного счетчика для школы – 5,79832 рубля.

Выделили характеристики кабинета №3: ширина 7,36 м, длина - 8,89 м, высота - 3,05 м, объём 199,5 м3, площадь 65,4 м2.

Проанализировав энергопотребители школьного кабинета, мы выявили, что школьный кабинет оснащен следующими осветительными приборами:

- 12 светильников по 2 лампы;

- 2 светильника с одной лампой.

Итак, мы получаем 26 ламп. В светильниках нашего класса установлены люминесцентные лампы типа ЛБ-40, мощность данной лампы - 40 Вт, световой поток – 2800 Лм, а срок службы 10000 ч., минимальная стоимость такой лампы – 63 рубля за 1 штуку, общая стоимость 1638 рублей.

2.2. Расчет энергопотребление люминесцентной лампы

Формула: Чтобы вычислить потребление электроэнергии, нужно умножить мощность прибора на длительность его работы в часах.

40 × 11 = 440 Вт/ч – потребляет одна люминесцентная лампа за учебный день

В классе 26 ламп, поэтому потребление энергии будет составлять 440 × 26 = 11440 Вт/ч в день.

За учебный год потребление составляет 1979,120 кВт/ч.

Стоимость потребляемой электроэнергии за год: 1979,12 × 5,79832 = 11475,57 руб.

Срок службы подобных ламп составляет 909 дней из расчета 11 часового освещения.

Достоинствами этих изделий являются:

Повышенная экономичность по сравнению с традиционными лампочками накаливания. Коэффициент полезного действия выше в несколько раз.

Высокая световая отдача, позволяющая осветить большие площади в помещениях и на прилегающих территориях.

Устройства с люминофором отличаются продолжительным сроком эксплуатации.

В них нет нитей накаливания, которые могут быстро перегореть.

Большинство моделей люминесцентных ламп не подвержены сильному нагреву и могут использоваться в светильниках, где максимально допустимая температура ограничена жесткими рамками.

Свет рассеивается с большой площади поверхности лампы и равномерно распределяется по всему помещению.

Отрицательные качества и недостатки проявляются в следующем:

Ртуть, содержащаяся в колбе, является опасным веществом, поэтому лампам требуется специальная утилизация.

С течением времени свойства люминофора теряются и его эффективность падает. В результате, снижается не только световая отдача, но и КПД.

Необходимость использования пускорегулирующей аппаратуры, без которой работа лампы невозможна.

У люминесцентных ламп коэффициент мерцания может иметь значения от 25% до 60%. К тому же они издают раздражающий шум и требуют несколько минут для перехода в рабочий режим.

2.3. Светодиодные осветительные приборы

Для определения характеристик всех приборов освещения в классе, используется формула Р = pS/N, в которой р – удельное значение мощности на освещение Вт/м2 – оно будет иметь среднее значение 20, S – площадь комнаты, N это количество ламп.

Из этой формулы мы можем узнать количество требуемых светодиодных ламп:

N= P:(p ×S) = 4000 : (20 × 65,4) = 3,2 лампы, т.е. потребуется 4 лампы. Универсальный светодиодный светильник мощностью 40 Вт стоит 2000 рублей за лампу. Ресурс работы: 100 000 часов.

Подобная лампа потребляет следующее количество электроэнергии:

40 × 11= 440 Вт/ч – потребляет 1 лампа

440 × 4 = 1760 Вт/ч

За учебный год потребление составляет 304480 Вт/ч.

Стоимость потребляемой электроэнергии за год: 304,48× 5,79832 = 1765,47 руб.

Хватит таких ламп на 9090 дней.

Экономия по сравнению с люминесцентными лампами составляет: 9710,09 руб.

Преимущества диодного освещения для школьных помещений:

Яркий, но приятный для глаз свет: коэффициент пульсации – 1–4%.

Безопасность: светодиодные лампы не разбиваются на осколки и не взрываются, не содержат ртути и токсичных газов.

Экономичность: ЛЕД-приборы потребляют энергии в 10–20 раз меньше, чем у ламп накаливания, и в 2–2,5 раза – чем у энергосберегающих ламп.

Комфортное для глаз свечение: цветовая температура тепло-белого оттенка достигает 3500–4000 К.

Простота в эксплуатации: светодиодные приборы не требуют обслуживания и специальной утилизации.

Разнообразие ламп и светильников: возможность подобрать освещение для любого школьного помещения.

Коэффициент пульсации составляет от 0 до 4%.

2.4. Расчет экономичности способов энергосбережения

2.4.1. Диммеры

Согласно производителей данных устройства, диммеры позволяю экономить элетроэнергию от 25 до 75 %.

При проведении эксперимента с диммером выяснили, что люминесцентные лампы не подходят для управления данным прибором, так как при понижении яркости диммером подобные лампы начинают сильном мерцать, что вызывает большой дискомфорт для глаз и приводит к невозможности учиться при таком освещении.

При подключении обычной светодиодной лампы мы выяснили, что яркость данной лампы не меняется. Так встроенный драйвер в лампе компенсирует напряжение до оптимального рабочего тока светодиода, поэтому необходимо использовать специальные диммируемые светодиодные лампы.

2.4.2. Датчики движения и таймеры

Таймер – программируемые проборы, которые могут отключать освещение на запланированный период отсутствия людей в помещении. Поэтому данные вид энергосберегающих технологий мы приравняли с датчикам движения, так как в школе, мы можем более или менее предсказать время занятости помещения.

Так как датчики движения реагируют на присутствие, то можно подсчитать, как автоматизация выключения и включения света может способствовать энергосбережению.

Если рассчитать, что учебный день состоит из 11 уроков по 40 минут, все остальное время дано для проветривания помещения и обучающимся необходимо выйти на это время в школьные рекреации. Таким образом мы получим, следующие данные, что 440 минут ученики находятся в классе, а 220 минут – это время, когда мы сможет сберечь электроэнергию, отключив освещение. Т.е. потребление электроэнергии возможно снизить в среднем на 33%.

Рассчитаем выгоду на люминесцентных ламп: 1979,12 – 33% = 1326,0104 кВт/ч, а стоимость затрат составит 1326,0104 × 5,79832= 7688,63 руб., что на 3786,93 рубля меньше.

Рассчитаем выгоду для светодиодных лам: 304,48 - 33% = 204,0016 кВт/ч, а стоимость затрат составит 204,0016 × 5,79832= 1118,285 руб., что на 582,60 рубля меньше.

2.4.3. Датчики освещения

Проводя эксперимент с датчиком освещения фирмы Philips, мы выявили, что в среднем потребление энергии снижается от 30% при плохом солнечном освещение до 50% при хорошем освещении. В среднем на 40%. Все зависит от погодных условий.

Рис.1. Энергосбережение с датчиком освещения при различном естественном освещении.

Рассчитаем выгоду на люминесцентных ламп: 1979,12 – 40% = 1187,4 кВт/ч, а стоимость затрат составит 1326,0104 × 5,79832= 6884,92 руб., что на 4590,64 рубля меньше.

Рассчитаем выгоду для светодиодных лам: 304,48 - 40% = 182,688 к/Вт, а стоимость затрат составит 204,0016 × 5,79832= 1059,28 руб., что на 706,18 рубля меньше.

2.4.4. Сочетание энергосберегающих технологий

Также, при исследовании удалось выяснить, что возможно совместное использование технологий для снижения потребления энергии. Мы пришли к выводу, что наибольшую эффективность может представлять совместное использование светодиодных ламп, датчиков движения и датчиков освещения. В результате чего можно сэкономить примерно 70% электроэнергии и получить отличную финансовую выгоду.

Выводы: оптимальный выбор для школьных аудиторий любого назначения – светодиодные светильники. Их показатели вписываются во все нормы и гигиенические требования: необходимый уровень освещенности достигается при меньшем энергопотреблении, можно подобрать нужную цветовую температуру (3500-4500К), отсутствует шум при работе, экологически безопасны и не требуют особых условий утилизации.

Заключение

Экономить электричество — это не только гасить за собой свет и отключать бытовые приборы из сети. Существует много различных способов энергосбережения. Необходимо воспитывать полезные привычки: рационально организуйте рабочее пространство, чтобы пользоваться самым дешевым тарифом и не гонять технику лишний раз. Также немало важным является синхронизация режима с естественными циклами света. Один из самых рациональных способов увеличения эффективности использования энергии – применение современных технологий энергосбережения, что позволяет значительно снизить расходы на энергетические затраты, а также являются экологически дружелюбными.

Основное количество школ и детских садов нашего города построены более 30ти лет тому назад.

Поэтому энергосбережение в школе может дать огромный экономический эффект для учреждения. Внедрение даже самых простых энергосберегающих мероприятий поможет сократить затраты и энергопотребление как минимум на 20%-30%.

Таким образом, проводя исследование по теме электросбережения, мы сделали вывод, что результаты наших наблюдений и измерений могут стать основой для изменений в школе навстречу новым тенденциям энергосбережения. Таким образом, цель работы достигнута. В процессе исследования был решен ряд задач по сокращению потребления электроэнергии в школе:

- проведен анализ потребления электроэнергии в школьном классе;

- проведены исследования, подтверждающие теоретические положения исследования;

- была экономически обоснована эффективность применения современных технологий для минимизации энергетических затрат.

Список литературы

СП 2.4.3648-20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи» (постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.09.2020 г. №28)

Арутюнян, А.А. Основы энергосбережения. Методы расчета и анализа потерь электроэнергии, энергетическое обследование и энергоаудит, способы учета и снижения потерь, экономический эффект / А. А. Арутюнян. — Москва: Энергосервис, 2007. — 600 с.

 Злобин А.А. Курятов В.Н. Романов Г.А. Потенциал энергосбережения и его реализация. // Энергонадзор и энергоэффективность. 2003. № 3. с.76-81.

Ливчак В.И. Стратегия энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве и социальной сфере. // АВОК. 2001, №6, стр.10-14

Потенциал энергосбережения и его реализация на предприятиях ТЭК: учебное пособие / В.Я. Ушаков, Н.Н, Харлов, П.С. Чубик; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ТПУ, 2015.-283 с.

http://xn--80aaa3aatodgkj5b1a0b4c9b.xn--p1ai/?p=7109

https://domovita.by/wiki/term/ekonomia-elektroenergii

Приложение 1.

Таблица сравнения экономичности ламп

Вид лампы

Люминесцентная

Светодиодная

Тип

ЛБ-40

Универсальный светодиодный светильник

Мощность

40 Вт

40Вт

Кол-во

26

4

Стоимость ламы в день

1,80 руб.

0,19

Срок службы в днях

909

9090

Потребление в год

1979120 Вт/ч

304480 Вт/ч

Стоимость потребленной энергии в год

11475,57 руб.

1765,47 руб.

+

- повышенная экономичность.

- высокая световая отдача.

- продолжительный срок эксплуатации.

- нет нитей накаливания, которые могут быстро перегореть.

- не подвержены сильному нагреву.

- свет рассеивается с большой площади поверхности лампы и равномерно распределяется по всему помещению.

-коэффициент пульсации – 1–4%.

- светодиодные лампы не разбиваются на осколки и не взрываются, не содержат ртути и токсичных газов.

- Экономичность: ЛЕД-приборы потребляют энергии в 10–20 раз меньше, чем у ламп накаливания, и в 2–2,5 раза – чем у энергосберегающих ламп.

- Комфортное для глаз свечение: цветовая температура тепло-белого оттенка достигает 3500–4000 К.

- Простота в эксплуатации: светодиодные приборы не требуют обслуживания и специальной утилизации.

-

- содержат ртуть, поэтому лампам требуется специальная утилизация.

- временем свойства люминофора теряются и его эффективность падает. Необходимость использования пускорегулирующей аппаратуры, без которой работа лампы невозможна.

- коэффициент мерцания может иметь значения от 25% до 60%.

- издают раздражающий шум и требуют несколько минут для перехода в рабочий режим.

- высокая стоимость

Приложение 2.

Экономичность технологических способов экономии электричества

Вид лампы

Люминесцентная

Светодиодная

Таймер/датчик движения

1326,0104 кВт/ч

204,0016 кВт/ч

Экономия

33% (3786,93.)

33% (582,60 руб.)

Датчик освещения

1187,4 кВт

182,688 кВт

Экономия

40% (4590,64 руб.)

40% (706,18 руб.)

Просмотров работы: 219