VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Проблемы энергосбережения в школе и пути их решения

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Семикина А.А. 1

---

1МАОУ "СОШ №12"

Морозова Л.Н. 1

---

1МАОУ "СОШ №12"

Работа в формате PDF

149 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Нашу жизнь невозможно представить без электричества. В наших домах электрический ток зажигает свет, нагревает утюг, заставляет работать компьютер, холодильник и другие приборы. Это невидимый труженик  используется повсюду. В последнее время огромное внимание государства, предприятий и частных лиц уделяется проблемам электроэнергии, внедрению систем энергосбережения различного уровня. В Российской Федерации принято решение о переходе на энергосберегающие технологии. В ноябре 2009 года Государственная Дума и Совет Федерации одобрили закон "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности", который подписал Президент. Целями введения закона является повышение энергетической эффективности и стимулирование энергосбережения в Российской Федерации. 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. В основе  стратегии по энергосбережению лежит простой принцип: эффективное использование энергоресурсов не только безопаснее для окружающей среды, но и экономически выгоднее. 

Актуальность работы состоит в том, что  проблема разумного использования энергии является одной из наиболее острых проблем человечества.

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

Объект исследования: процесс энергосбережения.

Предмет исследования: энергетическое состояниеМАОУ «СОШ № 12» Саткинского района Челябинской области.

Цель работы: поиск путей экономии электроэнергии в школе и распространение полученных результатов.

Задачи работы:

- изучить устройство, принцип действия ламп накаливания и энергосберегающих ламп;

- проанализировать статистику потребления электроэнергии;

- рассчитать экономию электроэнергии и финансовых средств;

- подготовить предложения по экономии электроэнергии через внедрение ресурсосберегающих технологий.

Теоретическая часть

1.1. История возникновения электричества

Молния, статическое напряжение в виде небольшой искры между предметами и человеком, удар электрического ската, всё это люди замечали, наблюдали, боялись, поклонялись в разные времена. Электрические явления всегда вызывали особый интерес у людей в различных цивилизациях. Вот к примеру, взять известный египетский светильник, который до сих пор изображён на стенах великих пирамид. Он при своей работе мог светиться в течение многих лет. Либо, всё тот же янтарь, электрические свойства которого были открыты ещё в древней Греции. Использование золочения и серебрения в Месопотамии по средствам гальваники, запитаных от простейших батарей. Естественнно, особым дизайном они не выделялись, если сравнивать с нынешними технологиями, но всё же выполняли свою функциональную задачу.

Началом истории электричества, пожалуй, можно назвать времена примерно 1600 года. Поскольку именно тогда начались первые серьёзные научные попытки разобраться с электромагнетизмом и придать ему определённое научное значение. В это самое время были выпущены труды Гилберта о магнетизме земли. В 1650г была создана первая электростатическая машина. В 1733г Дюфе выявил наличие существования двух видов зарядов.

Далее было сделано ещё одно весьма значимое открытие. Алесандро Вольта был создан простейший гальванический элемент. Для более серьёзного технологического прорыва в электричестве требовалось появление на свет электрогенератора. Это произошло в 1831г, когда Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, а спустя пару лет Ленц обобщил опыты Фарадея, создав тем самым основу для создания электрогенераторов и электродвигателей.

 С 1900 года началась масштабное внедрение электричества в социальное общество — это начало строительства мощных электростанций и усовершенствование непосредственной электропередачи на большие расстояния. В итоге это всё способствовало лавинообразному процессу и фундаменту всему тому, что мы сейчас имеем.

1.2. Характеристика осветительных приборов

Освещение школ складывается из естественного и искусственного. Любое из них должно обеспечивать достаточную освещённость помещения.

1.Лампы накаливания («лампочка Ильича»)

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. При работе лампы частички нити накаливаются, постоянно вылетают из неё, постепенно нить истончается и происходит разрыв. К недостаткам ламп накаливания можно также отнести высокую рабочую температуру и заметные колебания светового потока при изменении напряжения питания.

2.Люминесцентные лампы

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 меньше энергии при той же светоотдаче. Ещё одно преимущество состоит в том, что срок служб энергосберегающих ламп в 8-12 больше. В люминесцентных лампах электрический разряд проходит сквозь пары ртути и инертных газов, вызывая ультрафиолетовое свечение. Оно при прохождении сквозь слой люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность колбы лампы, образует видимый свет. Те лампы, что используются в быту, правильнее называть компактными люминесцентными лампами (КЛЛ), так как изготавливаются еще и некомпактные, которые имеют очень длинные колбы и используются в больших помещениях.

3.Галогенные лампы

Еще один популярный тип осветительных приборов - это галогенные лампы. Галогенные лампы более надежны, благодаря добавлению в газ 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.

4.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.

1.3. Сравнение осветительных приборов

Преимущества люминесцентных ламп:

- высокая по сравнению с лампами накаливания светоотдача;

- срок службы, который в среднем составляет 10 000 часов;

- небольшой нагрев поверхности;

- широкое разнообразие оттенков света, от теплого белого до холодного белого;

- возможность получить приятный рассеянный свет.

Недостатки люминесцентных ламп:

- необходимость бережной эксплуатации и правильной утилизации, т.к. такие лампы содержат ртуть, количество которой может колебаться от 2,3 мг до 1 г;

- чувствительность к перепадам напряжения и частым стартам;

- лампе необходимо некоторое время, чтобы начать светить на максимум своих возможностей. При комнатной температуре на это уходит около 30-45 секунд;

- со временем световой поток лампы будет снижаться, что связано с деградацией люминофора;

- неприятное мерцание;

- сложная схема подключения;

- чувствительность к высоким температурам.

При использовании люминесцентных ламп на открытом воздухе при низких температурах их светоотдача будет ниже заявленной.

 Преимущества светодиодных ламп:

- полная безопасность и экологичность;

- экономное потребление энергии;

- длительный срок службы, от 20 000 до 50 000 часов и более;

- отсутствие нагрева при работе;

- отсутствие неприятного и вредного для глаз мерцания;

- светодиодная лампа сразу же после включения светит на максимальную яркость – ждать, пока она разгорится, не придется;

- долговечность светодиодной лампы не зависит от перепадов напряжения и количества включений;

- естественная цветопередача;

- высокая механическая прочность и небольшие габариты;

- простота установки.

Основной недостаток таких ламп – высокая цена.

Чтобы понять какие изделия лучше, стоит рассмотреть стандартную таблицу сравнения энергосберегающих ламп. Сравнение энергосберегающих ламп с обычными говорит однозначно в пользу первых. И если при покупке вы переплачиваете, то при использовании однозначно экономите.

Виды ламп осветительных приборов в МАОУ «СОШ №12»:

Если рассматривать все данные устройства касательно влияния их на зрение человека, энергосберегающие лампы, накаливания, дневного света, то все они с определенной периодичностью мерцают во время своей работы. Это связано с тем, каким образом через них проходит электронный импульс. Невооруженным глазом это не заметно, но при детальном изучении ученые обнаружили что:
холодный спектр влияет на зрение сильнее, чем обычный и из-за этого разрушается сетчатка. Яркость и более частое мерцание в лампах дневного цвета влияют на мозг и стабильность нервных узлов. Люди, работающие в офисе с таким освещением, в 30 раз чаще обращаются за помощью к психоаналитикам. Оптимальной яркостью по последним данным офтальмологов считается показатель 2700–3100 К. Если лампа находится напротив зеркала, она влияет на зрение на порядок выше.

Исследовательская часть
2.1. Исследование освещения в МАОУ «СОШ №12»

Я решила показать, как использование средств регулирования освещения может позволить сэкономить финансы предприятия (в частности школы).

Площади помещений в МАОУ «СОШ №12»:

Площадь подвала и складских помещений:

Площадь 1 зтажа:

Площадь 2 этажа:

Площадь 3 зтажа:

Потребление электроэнергии предприятием за 2018 год:

2.2.Полезные электротехнические устройства и мероприятия экономии электроэнергии:

- 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;

- широкое применение светорегуляторов;

- 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, свет автоматически включается. Экономия от одного энергосберегающего выключателя составляет примерно 250 кВт час в год.

Необходимо как можно интенсивнее использовать естественное освещение. Это не только экономично, но и полезно для здоровья. 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. Сегодня экономить на электроэнергии помогают современные электротехнические устройства. Так, существуют приборы, автоматически отключающие электрооборудование, когда оно не используются. 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.

2.3.Описание мероприятия «Автоматизация освещения»

Освещение в классных комнатах 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. 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 искусственного освещения.

2.4. Ожидаемые результаты

Расчет экономического эффекта от внедрения мероприятия и срока окупаемости этого мероприятия

Необходимые данные:

В МАОУ «СОШ №12» временное пребывание людей характерно для 40 кабинетов, столовой, спортзала, мастерской, раздевалки, 5 коридоров, 8 туалетов, подвальных помещений, лестничных клеток.

Система освещения в помещениях работает в течение всего рабочего дня, который составляет приблизительно 8 часов. Тариф на электрическую энергию Т = 5,95 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 приблизительно 20% электроэнергии.

Рассчитаем экономию электроэнергии, если количество кВт/ч потребляемых на освещение помещений за год можно снизить на 31%.

20% 0,31 = 6,2% (31% от 20%, затраченных на освещение составляет 6,2%)

То есть при установке датчиков регулирования освещения можно сэкономить 6,2% от общих затрат.

116913 0,062=724,86кВт/ч

Рассчитаем экономию средств696465,15 0,062=43180,83 руб.

При наличии всех помещений в МАОУ «СОШ №12» необходимо закупить 92 датчика регулирования освещенности/затемнения помещения по 398 руб./шт. Рассчитаем срок окупаемости мероприятия.

92398 =36616 руб.

Экономический эффект за год составляет 43180,83 руб. Следовательно, экономия от проведения данного мероприятие позволит окупить оборудование и его установку за первый же год обслуживания.

Заключение

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.

Организация энергосбережения в масштабах страны - задача чрезвычайно сложная. В то же время энергосбережение постепенно превращается в необходимость. 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.

Список информационных источников

1. Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и энергосбережения. - М.: ТетраСистемс, 2008. - 245 с.

2.Камалетдинов И.М. Энергосбережение при эксплуатации. - М.: ТетраСистемс, 2002.- 24 с.

3. Мякишев Г.Я. Электродинамика. - М.: Просвещение, 2016. – 237 с.

4.https://www.110volt.ru/text/motion sensors

5. http://fb.ru/article/230307/lyuminestsentnyie-lampyi—eto-kakie-tipyi-lyuminestsentnyih-lamp

6. http://www.tauray.ru/articles/what is it led lamp.html

7. http://house-sensor.ru/images/docs/svet-1.pdf

8. http://www.energometrika.ru/catalog/rhkf-up-datchik-osveshennosti-dlya-vnutrennih-pomeshenii-dlya-skrytoi-ustanovki-s-0-10v-i-releinym-vyhodom.html

9. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1291631