VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Проблемы энергосбережения в школе и пути их решения
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Краткая аннотация проекта
Данный проект направлен на совместную работу учащихся, учителей, работников школы по реализации Всероссийского конкурса «Вместеярче».
Название проекта: «Проблемы энергосбережения в школе и пути и решения».
Актуальность: использование датчиков регулирования освещенности/затемнения в школе – это увеличение эффективности освещения, а значит реальный способ помощь природе, сэкономить энергию и финансы учреждения.
Объект исследования: энергетическое состояние школы.
Предмет исследования: МБОУ школа № 54 п. Октябрьский.
Цель работы: показать, как использование средств регулирования освещения может позволить сэкономить финансы предприятия (в частности школы).
Задачи:
1. Охарактеризовать осветительные приборы и реле регулировки освещения в помещении.
2. Проанализировать статистику потребления электроэнергии.
3. Исследовать возможность энергосбережения на основе использования реле регулировки освещения/затемнения.
4. Разработать мероприятия по снижению потребления электроэнергии.
5. Оценить экономический эффект от предложенных мероприятий.
Проблема школы -затраты на оплату электроэнергии школой высокие и составляют в среднем за 2017 год:
|
Энергоресурс |
2017 |
|
|
Э/Э |
199822 кВт |
926425,69 тыс. руб. |
Описание проекта
Проблемы энергосбережения в школе.
В последнее время огромное внимание государства, предприятий и частных лиц уделяется проблемам электроэнергии, внедрению систем энергосбережения различного уровня.
В наш информационный век 30% всей потребляемой электроэнергии расходится на освещение, в результате чего потребность в электроэнергии постоянно увеличивается. Электростанции работают с полной нагрузкой, особенно напряженно в осенне-зимний период. И очень много электроэнергии тратится напрасно. В пустующих помещениях горят электролампы. Установлено, что 15-20% электроэнергии пропадает из-за неэкономного расхода. 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 призыв «Экономьте электроэнергию» стал ещё более актуальным. Посмотрим, как и за счёт чего это можно сделать.
Методы исследования:
Поисковый.
Сбор информации об осветительном оборудовании, датчиках света и движения, состояния проблемы энергосбережения в РФ.
Практический.
Замеры энергопотребления, расчеты по стоимости потребления.
Исследовательский.
Сравнительный анализ потребления электроэнергии до и после установки датчиков освещения/затемнения, расчет экономического эффекта при реле регулирования освещенности помещения, анализ полученных данных.
Характеристика объекта.
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Октябрьская средняя общеобразовательная школа № 54 муниципального образования Люберецкий муниципальный район Московской области
Юридический и фактический адрес: Московская область, Люберецкий район, пос. Октябрьский, ул. Школьная, д. 2.
Общее количество работников учреждения в 2017 году –92 человека.
Общее количество воспитанников –1480 человек.
Объект потребляет электрическую энергию, тепловую энергию, холодную и горячую воду. Потребление энергоресурсов осуществляется на основании приборов учета. Оснащенность приборами учета – 100%.
Целями деятельности учреждения являются:
Создание условий и реализация основных общеобразовательных программ начального общего, основного общего, среднего (полного) общего образования, в том числе для детей с ограниченными возможностями здоровья;
Развитие мотивации личности к познанию и творчеству;
Адаптация детей к жизни в обществе;
Формирование их общей культуры;
Удовлетворение потребности обучающихся в занятиях по физической культуре и спорту.
|
№ п/п |
Здание |
Площадь м2 (объем, м3) |
Год ввода в эксплуатацию |
Физический износ |
|
1 |
Часть нежилые помещения |
10660,3+2541,4 (подвал) (36692) |
2013 |
5% |
Потребление электроэнергии предприятием за 2017 год.
|
Энергоресурс |
2017 |
|
|
Э/Э |
199822 кВт |
926425,69 тыс. руб. |
В здании школы энергопотребление расходуется на освещение 46 учебных кабинетов, 10 служебных кабинетов, актовый зал, 2 спортзала, мастерская, 12 раздевалок, танцзал, 6 туалетов.
Характеристика осветительных приборов.
Освещение школ складывается из естественного и искусственного.
Любое из них должно обеспечивать достаточную освещённость помещения, а также должно быть равномерным, без резких и неприятных теней.
Для улучшения естественного освещения, отделку стен и потолков рекомендуется делать светлыми. Запылённые стёкла могут поглощать до 30% света. Чаще всего использовались лампы накаливания.
Лампы накаливания.
Принцип работы современной лампы накаливания очень прост: световой поток образуется в процессе нагревания нити накаливания при прохождении через неё электрического тока. Сама нить накаливания помещена в герметичную колбу, заполненную инертным газом. Несмотря на всю простоту устройства, лампа накаливания не лишена серьёзных недостатков. В первую очередь-это низкий коэффициент полезного действия. Иными слова говоря, 95% потребляемой энергии лампа накаливания превращает в тепло и только 5%- в видимый свет. Надёжность также не на высоте, максимальный срок службы составляет от силы 1000 часов. Это вовсе не значит, что ровно через 1000 часов работы лампа выйдет из строя. В одном из немецких городов есть фонарь, в который вкручена одна из первых ламп накаливания, ей больше ста лет, но сделана она с огромных запасом надёжности, и горит до сих пор. В наше время лампочки накаливания выпускаются в огромных количествах, и в отличие от штучного производства, с очень малым запасом надёжности. При работе лампы частички нити накаливаются, постоянно вылетают из неё, постепенно нить истончается и происходит разрыв. Если внимательно посмотреть на перегоревшую лампочку, то можно заметить очень тонкую серебристую плёнку на стекле. К недостаткам ламп накаливания можно также отнести высокую рабочую температуру и заметные колебания светового потока при изменении напряжения питания.
Люминесцентные лампы.
Существуют также специальные энергосберегающие лампы, которые экономят электричество даже лучше, чем лампы дневного света. Энергосберегающая лампа является усовершенствованным аналогом обычных ламп дневного света. За счёт применения новых технических разработок она имеет более компактные размеры, она преобразует в свет порядка 70% энергии и более. Таким образом, люминесцентные лампы потребляют в 3-6 раз (в зависимости от модели и мощности) меньше энергии при той же светоотдаче. Ещё одно преимущество состоит в том, что срок служб энергосберегающих ламп в 8-12 больше.
Галогенные лампы.
Еще один популярный тип осветительных приборов – это галогенные лампы. По сути своей, это глубокая модернизация обычных ламп накаливания, но имеющая свои характерные особенности. Галогенные лампы более надежны, благодаря добавлению в газ-наполнитель галогенных элементов. Последние способны собирать осевшие на колбе испарившиеся частицы вольфрама и возвращать их снова на вольфрамовую нить.
Сама колба галогенной лампы выполнена из тугоплавкого кварцевого стекла, которое более устойчиво к высокой температуре и химическим воздействиям, и может быть заполнена газом под повышенным давлением. Что в итоге позволяет повысить температуру спирали, в результате в 2 раза увеличивается световая отдача, а размеры лампы уменьшаются по сравнению с лампами накаливаний такой же мощности. Так же возможно использование галогенных ламп с пониженным напряжением питания, вплоть да 12 Вт. Такая система может использоваться в качестве аварийного освещения в случае тех или иных перебоев с поставками электричества, требуя дополнительного оборудования в виде отдельной проводки и альтернативного источника энергии либо понижающего трансформатора.
Светодиодные лампы.
Самое модное веяние современности в области освещения- светильники с использованием диодов, которые не нагреваются и работают при низком напряжения питания. Они рассчитаны на 80-100 тыс. часов непрерывного горения, поэтому их можно замуровывать в пол, стены или использовать для уличного освещения, например, обозначая дорожку к дому. К неоспоримым преимуществам моделей светодиодных ламп относятся:
Низкое энергопотребление по сравнению с обычным освещением. Такой лампе нужно 10 Вт, чтобы осветить помещение равносильно лампе накаливания в 100 Вт.
Нет ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовая составляющая обычного освещения может привести к повреждению тканей глаз.
В свете производится очень мало тепла, снижая стоимость строительства кондиционирования воздуха.
Срок службы лампы очень долгое время, большинство производителей светодиодов оценивает их работу в 40 000—50 000 часов. Если каждый день пользоваться её по 5 часов, то срок службы иссякнет более чем через 10 лет.
Они экологически безопасные по сравнению с энергосберегающими лампами, в которых содержится ртуть.
Маленький вес, ударопрочные.
Мгновенный разогрев, менее чем за 1 сек.
Полезные электротехнические устройства экономии электроэнергии.
Наличие в настоящее время различных химических препаратов и приспособлений из микроволокна для чистки стекол позволяет без особых физических усилий содержать их в чистоте. Искусственное освещение создаётся электрическими светильниками. Широко используются три системы освещения: общее, местное и комбинированное. При общем освещении можно заниматься работой, не требующей сильного напряжения зрения. Для этого обычно используют потолочные светильники. Весьма ощутимую экономию электроэнергии могут дать следующие мероприятия:
Наличие стабилизаторов напряжения. Так при снижении напряжения на 1 % световой поток ламп уменьшается на 3-4 %.
Периодическая чистка от пыли грязи. Не чистившиеся в течение года осветительные приборы пропускают на 30% меньше света.
Снижение уровня освещённости в подсобных помещениях: коридорах и туалетах.
Широкое применение светорегуляторов, позволяющих в широких пределах изменять уровень освещённости.
Применять реле времени и/или освещенности для отключения светильника через определённое время.
Энергосберегающие выключатели позволяют снизить затраты на освещение минимум в 8-10 раз. Энергосберегающий эффект основан на том, что свет включается автоматически в нужное время и в нужном месте. Выключатель имеет оптический датчик и микрофон. Днём при высоком уровне освещённости микрофон отключён. При снижении освещённости происходит активация микрофона. При возникновении шума в радиусе 5 метров от выключателя, таких, как шаги звук открывающейся двери, голос и другие, свет автоматически включается. Экономия от одного энергосберегающего выключателя составляет примерно 250 кВт час в год.
Необходимо как можно интенсивнее использовать естественное освещение (солнечный свет). Это не только экономично, но и полезно для здоровья. Если окна выходят на север и частично на запад и восток, то в комнаты проникает лишь рассеянный свет. Покрытие стен в таких помещениях нужно по возможности подбирать светлых тонов, так как попадающий на них свет будет многократно отражаться и тем самым усиливать освещённость. Тёмные поверхности, напротив, поглощают свет.
Сегодня экономить на электроэнергии помогают современные электротехнические устройства. Так, существуют приборы, автоматически отключающие электрооборудование, когда оно не используются. Например, в подъездах наших домов свет горит всю ночь, а ведь в три-пять часов утра в подъезде, как правило, никого нет, и электроэнергия выгорает впустую. Тут нам поможет выключатель с задержкой времени. Одновременно с включением света включается временное реле, которое гасит свет через заданный промежуток времени. Таким образом, экономится 14-20% электроэнергии. Для этих же целей используется инфракрасный детектор, который срабатывает непосредственно на человеке. Когда вы входите в комнату, свет зажигается автоматически, а когда выходите - автоматически гаснет.
Также помогают экономить электричество светорегуляторы. Эти устройства ставятся в место обычного выключателя и регулирует яркость света ламп.
При помощи импульсных реле осуществляется управление освещением из нескольких мест. Безусловно, очень удобно, войдя в квартиру, включать свет на пути своего следования: в коридоре, кухне, гостиной, а еще вам не придется оббегать все помещение, что бы выключить свет, достаточно нажать кнопку у изголовья кровати и свет, во всей квартире погаснет.
Описание мероприятия «Автоматизация освещения».
Освещение в классных комнатах, коридорах, туалетах и других помещениях для проведения занятий регулируется выключателями.
Зачастую свет горит в течение всего дня, при хорошем дневном освещении и достаточном количестве солнечного света.
Датчик освещенности/затемнения измеряет освещенность и служит для управления лампами, осветительными установкам. Датчик контролирует условия освещения в рабочих местах, классах, складских помещениях, в мастерских, коридорах. Применяется для регулирования освещения с учетом дневного света, в качестве датчика яркости и затемнения, а также для управления защитой от солнечных лучей с целью предотвращения нежелательного нагрева помещений. Он имеет три настраиваемых диапазона измерения. Чувствительный элемент специально адаптирован к чувствительности человеческого глаза. Максимум чувствительности глаза лежит в диапазоне от 350 до 820 нм. Датчик оснащается специальным фильтром, благодаря чему может использоваться для измерения освещенности дневного света и для измерения искусственного освещения с высокой цветовой температурой.
Ожидаемые результаты
Расчет экономического эффекта от внедрения мероприятия и срока окупаемости этого мероприятия.
Необходимые данные:
В МОУ школе № 54 временное пребывание людей характерно для 78 помещений и 14 коридоров.
Система освещения в помещениях работает в течение всего рабочего дня, который составляет 8 часов. Тариф на электрическую энергию Т = 4,81 руб./кВт*ч.
Число рабочих дней учреждения в году – 309 дней.
При внедрении системы автоматического управления освещением в помещениях, согласно опытным данным, с учетом времени года и климатических особенностей нашей широты, уменьшится на 2,5 часа, то есть на 31%.
Учитывая, что на освещение помещений тратится 20% электроэнергии
Рассчитаем экономию электроэнергии, если количество кВт потребляемых на освещение помещений за год можно снизить на 31%
То есть при установке датчиков регулирования освещения можно сэкономить 6,2% от общих затрат.
кВт*ч
Рассчитаем экономию средств
руб.
Практическая значимость результатов.
При наличии 78 помещений и 14 коридоров необходимо закупить 92 датчика регулирования освещенности/затемнения помещения по 368 руб./шт., учтём, что на монтаж данного оборудования необходимо затратить 50% стоимости самого оборудования. С учетом вышеперечисленного рассчитаем срок окупаемости мероприятия.
руб.
Экономический эффект за год составляет 57438,3928 руб. Следовательно, экономия от проведения данного мероприятие позволит окупить оборудование и его установку за первый же год обслуживания.
Возможности эффективного использования результатов проекта для реализации задач по развитию образовательной среды
Россия — одна из немногих стран, которые являются энергетически независимыми. Будучи энергонезависимой, Россия не очень заботливо относится к своим энергоресурсам. Современная российская экономика энергорасточительна, что ощутимо снижает ее конкурентоспособность.
Основа развития любого государства - это его энергетическая безопасность. Соответственно, повышение энергоэффективности, реализация мероприятий в области энергосбережения — одна из гарантий такой безопасности и, как следствие, важнейший ресурс ускорения экономического роста.
Россия вырвалась в мировые лидеры по темпам снижения энергоемкости ВВП, но все еще остается одной из самых энергоемких стран.
Организация энергосбережения в масштабах страны - задача чрезвычайно сложная. В то же время энергосбережение постепенно превращается в необходимость. Недостаток электрических мощностей и природного газа в периоды сильных похолоданий, глобальная борьба с выбросами парниковых газов приводят к необходимости изменения отношения к энергосбережению.
В этот процесс должно быть вовлечены все организации и граждане. Столь масштабная проблема может эффективно решаться в каждом муниципальном учреждении, регионе и в целом по России.
Работа имеет перспективное начало и в следующем году мы планируем заняться разработкой энергосберегающих систем для экономии тепловой энергии в учреждении.
Список использованных источников:
Камалетдинов И.М. Энергосбережение при эксплуатации. – М.: ТетраСистемс, 2002.- 24 с.
Мякишев Г.Я. Электродинамика. – М.: Просвещение, 2016. - 237
Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и энергосбережения. – М.: ТетраСистемс, 2008. – 245 с.
Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. – М.: Просвещение, 2016.-234 с.
http://www.tauray.ru/articles/what_is_it_led_lamp.html
http://fb.ru/article/230307/lyuminestsentnyie-lampyi---eto-kakie-tipyi-lyuminestsentnyih-lamp
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1291631
https://www.110volt.ru/text/motion_sensors
http://www.energometrika.ru/catalog/rhkf-up-datchik-osveshennosti-dlya-vnutrennih-pomeshenii-dlya-skrytoi-ustanovki-s-0-10v-i-releinym-vyhodom.html
http://house-sensor.ru/images/docs/svet-1.pdf