V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Свет и экономия

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Волков  В.Д. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 18»МО «Котлас» Архангельской области

Липатова  Е.Ю. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 18»МО «Котлас» Архангельской области

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Тема энергоэффективного освещения в России обретает второе дыхание. Давно было ясно, что «лампочку Ильича» вытеснит более современная технология, а теперь стало понятно, какая именно: светодиодная.

Что же такое энергоэффективность и энергосбережение? Энергоэффективность — это потребление меньшего объема энергии при выполнении одного и того же объема работ: освещения, обогрева, производства товара и т. д. Для людей — это сокращение расходов на коммунальные услуги, для страны — экономия ресурсов, снижение затрат в промышленности, для экологии — ограничение выбросов в атмосферу парниковых газов.

Энергосбережение - это любая активность, направленная на уменьшение объема использования энергетических ресурсов без ущерба для основной функции их применения.

Мы редко задумываемся над тем, как и сколько мы тратим энергии для решения конкретных задач. Зачастую мы используем слишком много энергии там, где можно ее сэкономить. Мое исследование поможет понять физические принципы энергосбережения и применять их на практике.

Объект исследования: лампы накаливания, компактные люминесцентные лампы, светодиодные лампы. Предмет исследования: энергосбережение за счёт перевода освещения на светодиодные лампы. Гипотеза исследования: светодиодные лампы энергетически экономнее и светят ярче, можно получить значительную экономию денежных и природных ресурсов. Цель работы: изучение преимуществ светодиодных ламп и обоснование практической эффективности от их внедрения в быту и на производстве.

Задачи: 1) Определить достоинства и недостатки различных типов ламп. 2) Провести эксперимент по подсчету экономии электроэнергии на примере различных объектов. 3) Обосновать практическую эффективность внедрения светодиодных ламп. 4) Дать рекомендации по выбору ламп для использования в быту.

Методы: обзор литературы, анкетирование, наблюдение, беседа, эксперимент, расчёты, анализ полученных данных, сравнение результатов, обобщение полученного материала.

Значимость полученных результатов: постоянный рост тарифов на электроэнергию заставляет задуматься об энергосбережении и искать пути для снижения энергопотребления. Один из таких путей - это применение энергосберегающих лампочек для освещения помещений. В работе использована научная литература и интернет источники.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1 РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ЛАМП

В лампе накаливания используется нагревание нити накаливания из вольфрама при протекании через неё электрического тока. Время «жизни» лампы составляет примерно 1000 часов. Преимущества ламп накаливания: малая стоимость, небольшие размеры, при включении они зажигаются почти мгновенно, отсутствуют ядовитые компоненты, отсутствует мерцание и гудение при работе на переменном токе, равномерное излучение света, возможность использования регуляторов яркости, нормальная работа при низких температурах окружающей среды. Недостатки: низкая световая отдача, относительно малый срок службы, резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения, при перегрузке сети могут взрываться. Через 30 минут после включения лампы накаливания, температура наружной поверхности лампы мощностью 75 Вт достигает — 250°С. Отслужившие лампы накаливания не содержат вредных для окружающей среды веществ и могут утилизироваться как обычные бытовые отходы. [3]

Что такое люминесцентные лампы или (как их еще называют), лампы дневного света? Они появились в начале 80-х годов. Это длинные стеклянные матовые трубки по 50-80 сантиметров длиной. Но вот, совсем недавно на рынке появились люминесцентные лампы, которые можно ввинчивать в обычный плафон. Их легко узнать по спиралевидной или вилочной форме. Они имеют различные оттенки света, от холодного до теплого. Теплый, ничем не отличается от света обычной лампочки накаливания. Срок работы таких ламп – до 16000 часов. Такие лампочки потребляют в среднем в 3-4 раза меньше энергии, чем обычные лампочки накаливания, но отдают столько же света. Т.е., к примеру, лампа на 27 Ватт отдает света примерно столько же, сколько обычная лампочка на 100 Ватт. Экономия – 73 Ватт. При всех плюсах, связанных с экономией, у этих ламп есть много недостатков: слишком плохая реакция на частое включение-отключение, от этого срок их службы не превышает лампы накаливания; стоят они значительно дороже обычных, а перегорают быстро; не светят на холоде; время загорания на максимальную мощность доходит до 3 минут; в начинку люминесцентных ламп входит вредная ртуть, необходима специальная инфраструктура для их утилизации. [3] В виду большого количества недостатков данных ламп, я не буду далее рассматривать их как разумную замену лампам накаливания.

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение. Качественный светодиод, при должном теплоотводе, практически не нагревается. Для сравнения: в лампах накаливания только 5% от потребляемой мощности идет на пользу дела, то есть освещение – все остальное расходуется на нагрев колбы и заодно окружающей среды. И за все эти «побочные явления» приходится платить из собственного кармана. Использование же светодиодных светильников позволяет достичь экономии на оплате счетов за электричество до 50-90%. Если сравнивать различные виды ламп между собой, то один люминесцентный светильник может заменить собой 36 ламп накаливания, а одна светодиодная «заткнет за пояс» 450 «лампочек Ильича»! Светодиодные лампы потребляют ее в 7-10 раз меньше по сравнению с традиционными. Это самый высокий показатель энергоэффективности среди всех типов ламп. Светодиодные источники света отличаются и самым большим сроком службы — от 10 тысяч часов (а в среднем лампочка в квартире горит около 1200 часов в год). Это даже больше, чем нормативный срок службы большинства люстр и плафонов. При стоимости в среднем около 120 рублей светодиодные лампы, как правило, окупаются за год, позволяя параллельно сэкономить от 40 до 70 кВт/ч электроэнергии в месяц. Чем больше света дает светильник при меньшей потребляемой мощности, тем выше его световая отдача. У ламп накаливания этот показатель не превышает 10-15 люмен на ватт, а у светильника с такой лампой — еще в два раза меньше. Эффективность современных осветительных приборов со светодиодами уже сейчас 100 люмен на ватт, и это далеко не предел. Светодиодные светильники практически невозможно разбить, элементы такой лампы устойчивы к перепадам напряжения и пиковым броскам тока, поэтому они не перегорают при включении, не взрываются, как «лампочки Ильича». Благодаря полупроводниковой природе светодиода, LED можно использовать при температуре в диапазоне от -50 до + 60 градусов. Поэтому светодиодные лампы особенно эффективны для освещения объектов, установленных на открытом воздухе, а также помещений, где соблюдается низкотемпературный режим: люминесцентные лампы на холоде просто не горят! Единственный очевидный минус светодиодных ламп – это их достаточно высокая стоимость по сравнению с люминесцентными энергосберегающими светильниками и лампами накаливания. Но, как известно, скупой платит дважды. Даже учитывая разность ценников, использование светодиодных ламп в перспективе нескольких лет обойдется в 2-2,5 раза дешевле, чем ламп накаливания и люминесцентных. Обобщенные достоинства и недостатки различных видов ламп приведены в таблице. (Приложение 1)

ГЛАВА 2 ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСВЕЩЕНИИ

2.1 Экономия электрической энергии в промышленности и торговле

Во втором классе я писал работу о ТЦ «Адмирал», в которой я ставил себе задачу продолжить исследование торгового центра. Посещая ТЦ «Адмирал», где работает мой папа, я обратил внимание на то, что в нем стало светлее. Папа мне пояснил, что это произошло потому, что в 2017 году в торговом центре стали планово менять старые люминесцентные светильники, которые уже отслужили свой срок (10 лет) на новые светодиодные, которые при меньшем потреблении электрической энергии дают больше света, работают дольше, и, что немаловажно, являются экологически чистыми. При эксплуатации старых светильников приходилось часто менять перегоревшие люминесцентные лампы и утилизировать их в специализированной организации, т. к. они содержат ртуть и выкинуть их просто так нельзя. А новые светодиодные светильники работают долго и не содержат вредных веществ. (Приложение 2)

Мы с папой решили посчитать, сколько электрической энергии удалось сберечь за 2017 год (10 месяцев) при переходе в ТЦ «Адмирал» на светодиодное освещение, по сравнению с аналогичным периодом 2016 года, когда освещение еще оставалось люминесцентным. Результаты подсчетов оформили в виде таблицы. (Приложение 1)

Как видим из таблицы, потребление электрической энергии за 10 месяцев 2017 года по сравнению с аналогичным периодом 2016 года снизилось на 184779 кВт/час, что при переводе в стоимостное выражение составляет (при стоимости 1 кВт/час для промышленных предприятий 4,6 руб.) 18477,9*4,6=84998 руб. 34 коп., т. е. ТЦ «Адмирал» в год экономит на освещении около 1 миллиона рублей.

Папа мне рассказал, что за 2017 год в ТЦ «Адмирал» заменено около 1150 светильников, что составляет примерно 30% от всего количества светильников в торговом центре. При стоимости одного светодиодного светильника в среднем 1200 руб., на эти цели в 2017 году истрачено 1 380 000 рублей. Таким образом, срок окупаемости замены светильников составляет 1 год и 3 месяца, что в промышленности является очень хорошим показателем окупаемости. В период 2018-2019 год в ТЦ «Адмирал» поставлена задача перейти полностью на светодиодное освещение.

С целью подтвердить полученные результаты на другом предприятии, я посетил с папой ГБУЗ «Котласская центральная городская больница имени святителя Луки (В.Ф. Войно-Ясенецкого)» (Приложение 2). В разговоре с техническими специалистами больницы нам рассказали, что в 2016 году в здании поликлиники заменили 200 светильников на светодиодные. На эти цели было потрачено 240 000 рублей. Экономический эффект получился следующий: экономия электроэнергии составила 22400 кВт/час в год, или в денежном выражении - 132980 рублей. Таким образом, срок окупаемости составил 1 год 8 месяцев. Плановая замена светильников в больнице продолжается и сейчас.

Проведенное исследование на 2-х предприятиях убедительно доказывает, что переход предприятий на светодиодное освещение, позволяет добиться значительной экономии электрической энергии.

2.2 Экономия на освещении квартиры

Простота и доступность электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов, притупили чувство необходимости её экономии. Между тем, электроэнергия сегодня дорожает. Поэтому старый призыв «Экономьте электроэнергию!» стал ещё более актуальным. Посмотрим, как и за счёт чего это можно сделать. Счета за электроэнергию растут с каждым днем. И понятно, что многие из нас с вами задаются вопросом – как экономить на освещении? Нужно ставить светодиодные варианты, тем более, что сейчас светодиодные лампы стремительно дешевеют. Какая будет экономия на освещении? Давайте подумаем — сколько будет потреблять среднестатистическая двух комнатная квартира с обычными лампами накаливания? У нас две комнаты, коридор, ванная и кухня. (Приложение 3). Итак, получается около 300 рублей, и это только на освещение. Если прибавить к этому, что обычные лампы накаливания, перегорают очень быстро, то прибавляем 1 – 2 лампы в месяц, еще около 20 – 40 рублей (беру хорошие лампы накаливания). Конечная сумма с лампами накаливания, получается от 320 до 340 рублей. Очень немало на освещение, а ведь у кого-то лампы горят, что говорится и днем и ночью! Теперь заменим лампы накаливания на светодиодные по 9 Вт каждая, это очень сильный и яркий вариант, реально многие используют 7 Вт лампы.(Приложение 3). За полный месяц 37 рублей, в 9 раз меньше чем лампы накаливания. Опять же светодиодные лампы не перегорают каждый день, гарантия на них от 1 до 3 лет. Таким образом, экономия на освещении за год составит: 320*12-37*12=3396 рублей. При единовременной замене всех 11 ламп в квартире на светодиодные по 120 рублей каждая, мы затратим 1320 рублей, и экономить на освещении начнем уже на 3-й месяц использования новых ламп. Итоговый экономический эффект, т. е. полная экономическая выгода от перехода на светодиодное освещение за год составит: 3396 руб. - 1320 руб. = 2076 руб. Как видите, можно реально экономить на освещении, переходите на новые более продвинутые технологии, это позволит реально экономить деньги.

Для выяснения вопроса о том, используются ли светодиодные лампы в квартирах моих одноклассников, я провел анкетирование (Приложение 3). В результате обработки анкет я получил следующие данные. Среднее потребление электрической энергии в квартирах одноклассников составляет 126 кВт/час, у 71,4% респондентов ещё используются лампы накаливания, причем у 14,3% - используются только лампы накаливания. Ни у одного из одноклассников освещение дома не переведено полностью на светодиодное, но планируют переходить на него 85,7%. У 76,5% респондентов часть помещений уже переведено на светодиодное освещение. Полученные данные свидетельствуют о том, что родители одноклассников задумываются о необходимости сбережения электрической энергии, и как следствие — денежных средств, но есть и семьи (14,3%) в которых не задумываются о такой экономии и не планируют переходить на светодиодное освещение. Думаю, что моя работа поможет им изменить свою точку зрения.

2.3 Советы по выбору светодиодных ламп

Выбор светодиодной лампы в квартиру или дом необходимо начинать с технических характеристик. Это у ламп накаливания была только мощность, да еще размер цоколя. Так что для правильного выбора придется ознакомится с некоторыми техническими нюансами. Для начала, на что нужно обратить внимание – какой мощностью они обладают. Мощность измеряется в ваттах. Именно эта величина традиционно применялась для определения световой эффективности ламп накаливания. Так оно и продолжается, хотя современные осветительные приборы имеют во много раз меньшие номиналы, а светят также. Это значит, что там, где раньше стояла 100-ваттная лампа «Ильича», надо поставить светодиодную на 9-10 Вт. Чтобы проще было выбрать светодиодную лампу по мощности, есть таблица соответствия мощности источников света разного типа. (Приложение 4). И если нет у вас под рукой таблицы соответствия, можно ориентироваться на световой поток, создаваемый лампой. За основу можно взять все те же лампы накаливания — привыкли мы к ним, давно пользуемся и неплохо представляем, какой количество света дает, например, лампа на 100 Вт. Так вот, эта лампа дает около 1200 Лм. Запомнив эту цифру, можно более-менее точно представлять, какой световой поток выдает рассматриваемая вами лампа, так как на большинстве упаковок стоят именно Люмы, которые отображают количество света, которое излучает данный источник.

Вы, наверное, замечали, что свет искусственных источников имеет разную окраску. Это и есть цветовая температура света. Светодиоды имеют чрезвычайно широкий диапазон излучения — они могут быть цветными — зелеными, красными, синими, выдавать фиолетовый свет. Эта их особенность используется если необходима цветная подсветка. При выборе светодиодных ламп для освещения дома или квартиры рассматривают только небольшую часть спектра. Но и тут выбор большой. Светодиоды воссоздают много оттенков света — от того, который излучает яркого полуденное солнце, до приглушенного с желтоватым или слегка красноватым оттенком — солнца на закате или рассвете. Выбрать светодиодную лампу по цветовой температуре стоит исходя из назначения помещения. Для верхнего освещения в спальне имеет смысл выбрать теплый белый цвет с желтоватым, а лучше — красноватым оттенком. Он более других способствует расслаблению. В то же время в лампы для чтения — бра или настольные — стоит поставить лампы с нейтральным белым светом. Их же рекомендую использовать и во всех остальных помещениях. Несмотря на то, что более привычен нам желтоватый свет, с нейтральным белым вы будете себя чувствовать лучше — читать проще, глаза устают меньше. (Приложение 4).

Отличительная черта светодиодов в том, что они светят прямо перед собой. В стороны отклоняется очень небольшое количество световых волн. То есть, сам кристалл выдает узконаправленный пучок света. Но светодиодная лампа содержит некоторое количество этих кристаллов. От того, как они расположены и зависит угол рассеивания света. Это позволяет создавать как очень узкий поток света, так и очень широкий. Угол рассеивания светодиодных ламп может быть от 30° до 360°. (Приложение 4). Выбирать угол рассеивания светодиодной лампы также необходимо исходя из назначения светильника. Если это лампа общего освещения, размещенная на потолке, угол рассеивания стоит брать от 90° и больше — вплоть до 180 градусов. Если это лампа для чтения или для освещения какой-то небольшой зоны (для подсветки картин, например), стоит выбрать более узконаправленный луч. Цоколь выбирается просто: под имеющийся в наличии светильник.

Один из наиболее важных для потребителей параметров — рабочий ресурс. Он указывается в часах и показывает, на протяжении какого времени LED лампа сохраняет работоспособность при нормальных условиях эксплуатации. Средняя «продолжительность жизни» современных светодиодных ламп — около 30 000 часов, что эквивалентно 10 годам, максимальная - порядка 50-60 тыс. — это около 15-18 лет.

Выбрать светодиодную лампу по техническим параметрам — это еще не все. Вам придется еще определиться с производителем. Лучшее сочетание цены и качества можно найти у представителей средней ценовой категории. Тут есть российские производители, есть китайские, также представлены некоторые другие страны Азии. Продукция этих фирм имеет преимущественно хорошую оценку продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги, хотелось бы обратить внимание на следующее. Экономия электроэнергии необходима в любое время года, месяца и дня. Но особенно она значима в часы наиболее напряжённого режима работы наших электростанций, так называемых утренних и вечерних часов максимума нагрузки энергосистем. Основную часть платы за потребление электроэнергии, которой мы ежемесячно ужасаемся, дает освещение. По сути, у нас есть только один выход снизить эту сумму, не лишая себя света, – использовать энергосберегающие приборы. Мы все уже привыкли экономить на платежах за электричество с помощью энергосберегающих ламп, еще года три назад казавшихся нам диковинкой. И привыкли складировать у себя дома перегоревшие ртуть содержащие «загогулины», не зная, куда их выкинуть… Но те, для кого экономия и безопасность не пустой звук, делают свой выбор в пользу светодиодных светильников, выводящих энергосбережение на качественно иной уровень.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: ФЗ от 23.11.2009 №261-ФЗ [Электронный ресурс].-URL:http://www.garant.ru .

2. Какие светодиодные лампы лучше: как выбрать [Электронный ресурс].-URL: http://stroychik.ru/elektrika/vybor-svetodiodnyh-lamp.

3. Кораблев В.П. Экономия электроэнергии в быту /В.П.Кораблев.–М.:Энергоатомиздат, 1987.-100 с.

4. Лацис О.Р. Солнце в доме /О.Р.Лацис. – М.:Советская Россия, 1982.-56 с.

5. Экономьте электроэнергию! // Наука и жизнь.-1996.-3.-с. 66-67.

Приложение 1

Сравнительные характеристики различных ламп

Таблица. Потребление электрической энергии в ТЦ «Адмирал» по месяцам

Приложение 2

Фотоотчет о посещении ТЦ «Адмирал» и ГБУЗ «Котласская центральная городская больница имени святителя Луки

Фото 1. Светодиодный (слева) и люминесцентный

(справа) светильники

Фото 2. Светодиодные светильники в ТЦ «Адмирал»

Фото 3. Ассортимент светодиодных ламп

в продаже в ТЦ «Адмирал»

Фото 4. ГБУЗ «Котласская центральная городская больница имени святителя Луки

Приложение 3

Таблица. Потребление электроэнергии в квартире с обычными лампами накаливания

* Постановление Агентства по тарифам и ценам Архангельской области от 23.12.2016г. № 67-э/3 «Об установлении цен (тарифов) на электрическую энергию для населения и приравненным к нему категориям потребителей по Архангельской области, кроме г. Коряжмы»

Таблица. Потребление электроэнергии в квартире со светодиодными лампами

Приложение 4

Таблица соответствия мощности источников света разного типа

Цветовая температура источников света

Угол рассеивания светодиодных ламп