Секреты энергосбережения

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

Секреты энергосбережения

Абросимов А.В. 1
1МБОУ «Прогимназия № 51» г. Белгорода
Гребнева И.В. 1Шляхова О.Ю. 1
1МБОУ «Прогимназия № 51» г. Белгорода
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Проблема энергосбережения на сегодняшний день – одна из самых актуальных проблем во всем мире. Современная экономика основана на использовании энергетических ресурсов, запасы которых истощаются и не возобновляются. Современные способы производства энергии наносят непоправимый ущерб природе и здоровью человеку. Самый простой способ уменьшить загрязнение окружающей среды – беречь энергию, или, другими словами, расходовать энергию более разумно. Одним словом, это называется «энергосбережение» [8].

На каникулах мама мне предложила поиграть в очень необычную познавательную интерактивную компьютерную игру «Мы и энергия» [5]. Главный герой игры – старшеклассник Илья, который приехал в квартиру своей бабушки, пока та уехала в деревню собрать урожай. В квартире он встречает домового Антипа, который жалуется на большие счета оплаты за квартиру, и предлагает главному герою помочь бабушке понизить их сумму. Антип – старый мудрый домовой. Он бородат, подслеповат и часто ворчит (впрочем, всегда по делу).

Первый модуль игры «Квартира» – управление энергосбережением отдельной квартиры. Задача игрока – снизить энергопотребление в квартире сначала за счет без затратных мероприятий, таких как рациональное использование освещения и бытовых электроприборов, систем отопления. По мере экономии ресурсов появляется возможность приобретать различные приборы учета, энергоэффективные бытовые приборы и технику.

После выполнения всех действий, обеспечивающих экономию энергоресурсов в квартире, игрок получает грамоту. В ней указано количество сэкономленных денег и природных ресурсов (показатель экологичности). Илья уезжает домой и ему приходит письмо от бабушки с благодарностями.

Выполняя задания в игре, я понял, что из всей потребляемой энергии большая доля (60-80%) приходится на пользование электроприборами повседневного назначения и на освещение.

Я решил провести исследование и узнать, при каких условиях можно снизить семейные расходы на электроэнергию.

Цель работы: научиться экономно использовать электроэнергию в быту.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности потребления электроэнергии различными бытовыми приборами.

2. Определить способы экономии электроэнергии и проверить их эффективность в ходе экспериментов.

3. Ознакомить одноклассников с результатами работы.

4. Разработать экспресс-опросник и рекомендации по экономии электроэнергии в доме или квартире.

5. Создать компьютерную программу для подсчета расхода энергии.

6. Сделать игрушку-девайс, позволяющую оценить расход электроэнергии.

Методы исследования: подбор и изучение литературы и информации Интернет-ресурсов, тестирование, беседа со специалистами, эксперимент, проектирование.

1.Экономное потребление электроэнергии

Современный человек не может прожить без электроэнергии. Если мы остаемся без электричества даже на недолгое время, то начинаем ощущать беспомощность [8].

Потребность в электрической энергии все время возрастает, увеличиваются объемы ее производства. Последствием этого является нарушение экологического равновесия, загрязнение окружающей среды. Именно поэтому потребление электроэнергии должно быть рационально.

Электричество можно сравнить с продуктом, который очень быстро портится. Для его производства необходимы тонны угля и нефти, тысячи кубометров газа. Но все эти природные ресурсы безвозвратно пропадут, если электроэнергия не используется.

Почему же нужно экономить электрическую энергию? На теплоэлектростанциях используются не возобновляемые запасы полезных ископаемых (уголь, газ, нефть). При сжигании в атмосферу выбрасывается углекислый газ. Атомные электростанции также приносят вред, ведь радиоактивные отходы перерабатывают не всегда безопасно для природы. Производство электричества на гидроэлектростанциях кажется на первый взгляд абсолютно безвредным, ведь в этом случае используется энергия падающей воды. Но вред экологии здесь также присутствует: сельскохозяйственные земли оказываются затопленными, разрушаются экосистемы, изменяются существующие климатические условия.

Таким образом, производство электроэнергии на любой из станций, наносит вред окружающей среде. И мы можем повлиять на такое положение вещей. Ведь совсем не трудно выключить свет или телевизор, неиспользуемые в данный момент, или применить какие-нибудь энергосберегающие технологии, и тем самым снизить мощность электростанций.

Бытовые электрические приборы в доме и их мощность

Для того, чтобы определить способы экономии электроэнергии в нашей семье, я решил составить список электрических приборов и ламп освещения в доме и проанализировать их энергопотребление.

Энергопотребление – это физическая величина, отражающая количество энергии, потребляемой бытовым прибором для работы [9].

Каждый прибор в нашем доме: телевизор, лампа, стиральная машина, – питается от электрического тока. Через провод он забирает из сети определенное количество электроэнергии. Чем мощнее прибор, тем больше ему нужно энергии для работы.

Мощность электроприбора – это количество энергии, которое потребляет прибор в единицу времени. Мощность измеряется в ваттах (Вт).

Я изучил электроприборы, находящиеся в моем доме. Обратил внимание на мощность техники, которая заявлена производителем. Информацию разместил в таблице (Таблица 1, Приложение 1).

В таблице выделил электроприборы, которые имеют большую мощность и те, которые работают длительное время или постоянно. Это позволит в дальнейшем понять, какую технику лучше не использовать слишком долго или к каким электроприборам стоит применить рациональные экономные способы использования.

Потребителем электрической энергии являются также осветительные приборы. Поэтому я внимательно проанализировал освещение нашего дома. Информацию о используемых лампах с указанием их мощности, я также представил в таблице (Таблица 2, Приложение 1).

Я определил, сколько электроэнергии расходуется на освещение в сутки, учитывая сколько времени работает тот или иной осветительный прибор. Получилось 1931,5 Вт·ч = 1,93 кВт·ч.

Оказалось, что в нашем доме до сих пор используются лампы накаливания, целых 5 штук, у которых очень высокий показатель энергопотребления. Я сделал расчет экономии электроэнергии, если мы заменим лампы накаливания на светодиодные. (Таблица 3, Приложение 1)

Таким образом, можно сэкономить почти 1 кВт·ч в сутки!

975 Вт·ч – 108 Вт·ч = 867 Вт·ч = 0,87 кВт·ч

Определение потребленной электроэнергии бытовой техники с помощью прибора - измерителя мощности

Мы с родителями приобрели специальный прибор – измеритель мощности или ваттметр (модель «Energenie» ЕНВ12-1) (Рисунок 1).

Рис. 1. Измеритель мощности «Energenie» ЕНВ12-1

Данное устройство измеряет все необходимые параметры потребления электроэнергии – напряжение, ток, мощность подключенной бытовой техники, а также может рассчитывать стоимость потребленной электроэнергии. Имеет 7 режимов отображения информации на крупном ЖК-дисплее. Подключается между розеткой и прибором.

Для того, чтобы на дисплее отобразились текущие затраты на электроэнергию, нужно установить ее стоимость.

В быту потребление электроэнергия измеряется в киловатт-часах (кВт·ч). Если, например, лампа накаливания мощностью 0,1 кВт (100 Вт) используется для освещения в течение 10 часов, то расход электроэнергии составит 1 кВт·ч. Стоимость каждого этого кВт·ч установлена тарифом.

Тарифы могут быть различными. Они устанавливаются в зависимости от типа населенного пункта (городской или сельский), различаются тем, установлена газовая или электрическая плита. Тарифы могут рассчитываться по одноставочному тарифу (стоимость 1 кВт·ч не зависит от времени суток), а может по двухзонному или даже трехзонному (стоимость дешевле ночью и дороже – днем) [7].

Одноставочный тариф на электроэнергию для населения, проживающего в городских населенных пунктах Белгородской области в домах, оборудованных газовыми плитами, составляет 4,00 руб. за1 кВт·ч (действует с 1 июля 2019 года) [1].

Выставим на нашем устройстве такую стоимость электроэнергии.

С помощью измерителя мощности «Energenie» ЕНВ12-1 мы сможем протестировать работу электроприборов: увидеть, сколько в реальном времени потребляет электроэнергии тот или иной прибор, используя разные варианты использования.

Начнем со стиральной машины.

Запустим машину, выбрав температурный режим 60 градусов, полный цикл (2 часа)

Наблюдаем, что в процессе работы стиральной машины значение мощности изменяется. Сначала прибор показал 115 Вт, через 15 мин. – 1860 Вт. Увеличение мощности связано с тем, что происходит нагревание воды до нужной температуры.

После завершения работы стиральной машины отключим ваттметр и посмотрим показания, которые он зафиксировал:

Время работы – 2 часа

Минимальное значение мощности за период измерения – 2,1 Вт

Максимальное значение мощности за период измерения – 1869 Вт

Расход электроэнергии – 1,04 кВт·ч

Стоимость потраченной электроэнергии – 4 руб. 16 коп.

Запустим машину, выбрав температурный режим 40 градусов, полный цикл (2 часа)

После завершения работы стиральной машины, снова посмотрим показания:

Время работы – 2 часа

Минимальное значение мощности за период измерения – 2,3 Вт

Максимальное значение мощности за период измерения – 1986 Вт

Расход электроэнергии – 0,43 кВт·ч

Стоимость потраченной электроэнергии – 1 руб. 72 коп.

Запустим машину, выбрав температурный режим 40 градусов, быстрая стирка (30 мин.)

В этом режиме работы показания такие:

Время работы – 0,5 часа

Минимальное значение мощности за период измерения – 2,4 Вт

Максимальное значение мощности за период измерения –1873 Вт

Расход электроэнергии – 0,28 кВт·ч

Стоимость потраченной электроэнергии – 1 руб. 12 коп.

Стиральную машину включать не будем, но оставим вилку в розетке (режим ожидания)

В этом режиме показания такие:

Время работы – 24 часа

Минимальное значение мощности за период измерения – 2,2 Вт

Максимальное значение мощности за период измерения –3,6 Вт

Расход электроэнергии – 0,05 кВт·ч

Стоимость потраченной электроэнергии – 0 руб. 20 коп.

Экономия электроэнергии при выборе другого режима стирки составила:

при изменении температуры стирки с 60°С на 40°С

1,04 кВт·ч – 0,43 кВт·ч = 0,61 кВт·ч

при изменении температуры стирки с 60°С на 40°С и времени с 2 часов до 30 минут

(для слабозагрязненного белья)

1,04 кВт·ч – 0,28 кВт·ч = 0,76 кВт·ч

Расход электроэнергии в режиме ожидания составил 0,05 кВт·ч.

Аналогично проверим работу и расход электроэнергии других приборов, результаты оформим в виде таблицы и выполним расчет возможной экономии (Таблица 1, Приложение 2)

Спящий режим или режим ожидания, именуемый «Stand-by», на первый взгляд не требует никаких дополнительных расходов. Мы не задумываемся и не считаем, что делаем что-то неправильно, когда оставляем включенными в розетку телевизор, домашний кинотеатр, ноутбук и другую бытовую технику. Однако, в этом случае энергия тратится, даже если приборы не используются (Таблица 2, Приложение 2).

Потери электроэнергии в этом случае могут составить 0,23 кВт·ч в сутки.

Таким образом, тестирование работы электроприборов с помощью измерителя мощности «Energenie» ЕНВ12-1 показало, что многую бытовую технику в нашем доме можно использовать более рационально, т.е. с меньшим расходом электроэнергии.

Измерение энергопотребления дома в целом (эксперимент №1)

Гипотеза №1: предположим, что, выполняя определенные правила энергосбережения, можно снизить расходы семьи на электроэнергию.

Чтобы проверить эту гипотезу мы провели следующий эксперимент.

Каждый вечер в 21.00 в течение первой недели я записывал показания счетчика электрической энергии в таблицу (Таблица 1, Приложение 3). Начал записывать в воскресенье вечером, затем записал в понедельник. Чтобы выяснить, сколько энергии было использовано за последние 24 часа, нужно вычесть показания счетчика, полученные в воскресенье, из показаний счетчика, полученные в понедельник:

22972 кВт·ч (в понедельник) – 22964 кВт·ч (в воскресенье) =

= 8 кВт·ч расход электроэнергии

Таким образом, заполняем всю таблицу.

Затем, на основе изученной литературы [3], [8], Интернет-ресурсов [2], [4], [9] и ранее проведенного тестирования бытовой техники ваттметром, мы определили способы экономии электроэнергии для нашей семьи:

Стали избегать неполной загрузки стиральной машины: стирка при полной загрузке машины (по 4,5 кг), вместо стирки при неполной загрузке (по 2 кг), таким образом уменьшилось количество стирок.

При стирке использовали другой температурный режим (40 градусов, а не 60). При этом качество стирки осталось таким же. Современные стиральные порошки стали намного эффективнее и отстирывают одежду на более низких температурах.

Стали использовать режим «быстрой стирки» (30 мин.) для слабозагрязненного белья.

Заменили 5 ламп накаливания, оставшихся в доме, на энергосберегающие лампы.

При выходе из комнаты более тщательно следили за выключением освещения.

В светлое время суток старались пользоваться естественным, а не искусственным освещением.

Использовали остаточное тепло после выключения утюга, которого хватает на несколько минут глажки. Белье не должно быть слишком сухим или слишком влажным.

Стали выключать из розетки электроприборы, которые не используются в данный момент: компьютер, телевизор, сканер, принтер, зарядные устройства, т. к. техника, находящаяся в режиме ожидания, продолжает расходовать электроэнергию.

При нагревании чайника использовали только то количество воды, которое необходимо в данный момент, т. е. перестали постоянно нагревать полный чайник.

Каждый раз перед уборкой очищали фильтр пылесборника пылесоса.

Перестали использовать в микроволновке режим разморозки продуктов. При необходимости разморозки заранее перекладывали продукты из морозилки в холодильник.

При разогревании в микроволновке большие порции приготовленной еды стали разрезать на несколько частей, это позволило сократить время разогрева блюда, сохранив нужную температуру.

Стали выключать телевизор, если никто из членов семьи его не смотрел, и он работал только «для фона».

Во вторую неделю эксперимента все члены нашей семьи постарались уменьшить потребление электроэнергии, применив разумные способы экономии. Я продолжил записывать показания счетчика и суточное потребление электроэнергии (Таблица 2, Приложение 3).

Сравнительные Диаграммы 1 и Диаграммы 2 Приложения 3 показывают использование электроэнергии по дням недели.

Данный эксперимент показал: если правильно пользоваться бытовыми электроприборами, использовать энергосберегающие лампочки, не оставлять приборы в режиме ожидания, то затраты энергии в семье действительно можно снизить и сэкономить семейный бюджет.

Экономия электроэнергии нашей семьей за неделю составила

68 кВт·ч – 55 кВт·ч = 13 кВт·ч

Пересчитаем экономию в денежном эквиваленте:

13 кВт·ч ·4,00 руб. = 52 руб. в неделю

В год предполагаемая экономия может составить

13 кВт·ч · 52 недели = 676 кВт·ч

676 кВт·ч · 4,00 руб. = 2704 руб.

Гипотеза №1 подтвердилась.

Энергосбережение – в каждую семью

2.1. Посещение Центра Энергоэффективности в Филиале ПАО «МРСК Центра» – «Белгородэнерго»

Завершив первый этап своего исследования, решил ознакомить одноклассников с результатами. Я рассказал ребятам о необходимости беречь энергоресурсы и предложил всем классом посетить Центр Энергоэффективности в Филиале ПАО «МРСК Центра» – «Белгородэнерго» (Приложение 4).

Экскурсоводами здесь выступают сами энергетики. Ефремов Олег Леонидович – сотрудник управления энергосбережения и повышения энергоэффективности, объяснил нам, откуда берется электроэнергия, и как ее можно экономить в обычной жизни.

Большой интерес у нас вызвали интерактивные элементы экспозиции, которые позволяют задавать вопросы и получать ответы. Каждый стенд оборудован «умными» панелями и выделив то или иное оборудование, можно получить информацию о нем и даже понаблюдать за его работой.

Никого не оставил равнодушным макет «умного» города Белгорода, энергетической инфраструктурой которого можно управлять дистанционно. Электростанции и альтернативные источники энергии, подстанции и современные линии электропередач, подающие электроэнергию в каждый дом, освещение улиц и автотрасс – все это можно увидеть и тут же поуправлять с пульта, поставив себя на место диспетчера.

Эта экскурсия стала интересной формой получения информации и обучения, благодаря которой идеи энергосбережения стали понятны ребятам.

Проведение эксперимента №2 с использованием созданных компьютерных игр-проектов: экспресс-опросника «Способы экономии электроэнергии от домовенка Кузьки» и «Калькулятора расчета расхода энергии»

Я предложил ребятам и их семьям повторить эксперимент, который мы проводили в нашей семье.

Гипотеза №2. Предположим, что способы экономии электроэнергии можно применить в каждой семье.

В эксперименте №2 приняло участие 7 семей моих одноклассников и 3 семьи наших знакомых.

В течение первой недели вечером каждая семья записывала показания электросчетчика в специальный бланк-таблицу (Приложение 5), заполняя ее левую часть.

Я занимаюсь программированием, поэтому решил создать в детской среде программирования Скретч компьютерные игры-проекты: экспресс-опросник «Способы экономии электроэнергии от домовенка Кузьки» и «Калькулятор расчета расхода энергии».

Среда программирования Скретч позволяет детям создавать собственные интерактивные проекты.

В среде Скретч я создал много проектов игр, мультфильмов, несколько обучающих развивающих игр по английскому языку, математике, русскому языку, основам безопасности жизнедеятельности. Их мы использовали на уроках. Одноклассникам очень понравился такой формат обучения. Я решил, что мои новые проекты также вызовут большой интерес.

Персонажа – домовенка Кузьку выбрал неспроста (Рисунок 2). Ведь он очень хозяйственный, домовитый, и получать от него разные советы будет нескучно, а очень интересно. Участники экспресс-опросника отвечают на вопросы Кузьки, и в зависимости от ответов получают рекомендации о способах экономии электроэнергии (Рисунок 1, Приложение 6).

Рис. 2. Персонаж экспресс-опросника – домовенок Кузька.

Затем в течение второй недели полученные советы-рекомендации семьи-участники применяли на практике. И снова заполняли бланк-таблицу, теперь ее правую часть (режим экономии).

Для того, чтобы подвести итог эксперимента для каждой семьи, я написал еще одну программу «Калькулятор расчета расхода энергии» (Рисунок 2, Приложение 6). Данные из заполненной таблицы надо занести в этот «Калькулятор». Программа обработает и предоставит пользователю следующую информацию:

Количество израсходованной электроэнергии за первую и вторую неделю.

Разницу между расходом энергии за две недели (получилась экономия или нет).

Домовенок Кузька начертит графики использования электроэнергии за две недели по дням.

Чтобы ознакомится с моими игровыми проектами более подробно, нужно воспользоваться ссылкой для скачивания https://yadi.sk/d/QW55ifP6BbGsIA

Общий результат эксперимента №2 показывают Таблица 1, Таблица 2, Диаграмма 1, Диаграмма 2 Приложения 7.

Общая экономия в денежном эквиваленте:

48 кВт·ч · 4,00 руб. = 192 руб. в неделю

В год предполагаемая экономия может составить

48 кВт·ч · 52 недели = 2496 кВт·ч

2496 кВт·ч · 4,00 руб. = 9984 руб.

Если бы к нашему эксперименту присоединились семьи всех 200 ребят, обучающихся в нашей школе, тогда в год мы могли бы сэкономить

2496 кВт·ч · 200 = 49920 кВт·ч

49920 кВт·ч · 4,00 руб. = 199680 руб.

Итак, большинству семей удалось войти в режим экономии. Две семьи не смогли этого сделать, так как полученные рекомендации не всегда использовали регулярно и правила экономии выполняли не все члены семьи. Некоторые семьи раньше были знакомы с рациональными методами использования электроэнергии, успешно их применяли, поэтому их результат экономии оказался небольшим. У одной семьи по этой же причине экономия совсем не получилась. В целом 10 семей сэкономили 9984 руб.

Гипотеза №2 подтвердилась частично. Применить простейшие меры энергосбережения дома совсем несложно. И если выполнять эти правила в течение определённого времени, то данные способы экономии станут для семьи привычкой. Дети отметили, что в игровой форме получать информацию о способах экономии электроэнергии достаточно интересно.

Экономим электроэнергию – бережем природу

В настоящее время человечество тратит электрической энергии больше, чем когда-либо. Казалось бы, это показатель того, что мы можем позволить себе комфорт и всяческие удобства. Но есть и отрицательный момент – экологические проблемы, которые при этом возникают [8].

На электростанциях в качестве топлива применяют нефть, газ, уголь, которые являются не возобновляемыми источниками энергии. В них находится большое количество углерода, который при сжигании выбрасывается в атмосферу в виде углекислого газа. Как следствие этого процесса – увеличивается концентрации углекислого газа в атмосфере.

Многие ученые читают, что именно поэтому (из-за возрастания в атмосфере концентрации углекислого газа) возникает «парниковый эффект», и он может представлять большую угрозу для природы и человека.

Мнение ученых заключается в том, что из-за парникового эффекта на Земле наступит всеобщее потепление. И тогда поднимется уровень мирового океана. Под водой окажутся огромные участки суши, миллионы людей потеряют все, что у них было и вынуждены будут переселяться. Миграция большого количества людей приведет к нарушению баланса и к серьезным проблемам.

Однако есть некоторые ученые, которые выдвигают другую гипотезу: парниковый эффект – это следствие различных процессов в природе, и он не является результатом хозяйственной деятельности человечества. Но лучше переоценить опасность, чем недооценить, не так ли?

При сжигании угля в атмосферу выделяются пыль, сажа, сера, хлор, фтор, микроэлементы — цинк, свинец, никель, медь, хром, кадмий, ртуть, органические соединения. Эти вещества являются источником раковых заболеваний. Также, если эти компоненты в атмосфере взаимодействуют с водой и кислородом, то образуются кислотные дожди. В мегаполисах и промышленных центрах может образовываться смог. Все это приводит к ослаблению здоровья современных людей.

Многие люди не считают нужным экономить электроэнергию потому, что она доступна, проста в предоставлении. У них создается ложное представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов и притупляется чувство необходимости ее беречь.

Согласно имеющимся данным, разведанных в мире запасов угля должно хватить еще на несколько сот лет, запасов нефти – приблизительно на 70 лет, а природного газа – приблизительно на 50 лет. Конечно, могут быть открыты новые месторождения, и эти прогнозы тогда изменятся. Но факт очевиден: рано или поздно запасы природных ресурсов закончатся. Что мы будем использовать тогда как топливо?

Оценим эффективность мероприятий, которые были проведены в исследовании с экологической точки зрения.

Используя данные Таблицы 1 Приложения 8 рассчитаем, сколько угля, нефти, газа понадобилось бы сжечь для получения электрической энергии и сколько углекислого газа выделилось бы при этом [8].

При определении массы израсходованного топлива и объема, выделившегося бы при этом углекислого газа, используем следующие выражения:

Для нефти и угля –

масса топлива = энергия / удельная теплота сгорания

объем углекислого газа = масса топлива · удельное количество углекислого газа

Для природного газа –

объем топлива = энергия / удельная теплота сгорания

объем углекислого газа = объем топлива · удельное количество углекислого газа

Итак, за время эксперимента нам удалось сэкономить 61кВт·ч электрической энергии (13 кВт·ч – наша семья, и 48 кВт·ч – 10 семей).

Если эта электроэнергия была бы произведена при работе электростанции на угле:

Масса сэкономленного угля = 61 кВт·ч /8,1 кВт·ч/ кг = 7,53 кг (за неделю)

Масса сэкономленного угля = 7,53 кг · 52 недели = 391,56 кг (за год)

Объем не выделившегося углекислого газа = 7,53 кг · 1,7 м³/кг =

= 12,8 м³ (за неделю)

Объем не выделившегося углекислого газа = 12,8 м³ · 52 недели =

= 665,6 м³ (за год)

Если эта электроэнергия была бы произведена при работе электростанции на нефти:

Масса сэкономленного нефти = 61 кВт·ч /12,8 кВт·ч/ кг = 4,77 кг (за неделю)

Масса сэкономленного нефти = 4,77 кг · 52 недели = 248,04 кг (за год)

Объем не выделившегося углекислого газа = 4,77 кг · 1,5 м³/кг =

= 7,16 м³ (за неделю)

Объем не выделившегося углекислого газа = 7,16 м³ · 52 недели =

= 372,32 м³ (за год)

Если эта электроэнергия была бы произведена при работе электростанции на природном газе:

Масса сэкономленного природного газа = 61 кВт·ч /11,4 кВт·ч/ м³ =

= 5,35 м³ (за неделю)

Масса сэкономленного природного газа = 5,35 кг · 52 недели = 278,2 м³ (за год)

Объем не выделившегося углекислого газа = 5,35 м³ · 1,2 м³/ м³ =

= 6,42 м³ (за неделю)

Объем не выделившегося углекислого газа = 6,42 м³· 52 недели =

= 333,84 м³ (за год)

Игрушка-девайс «Избушка для домовенка Кузьки», позволяющая оценить расход электроэнергии

В Интернете я прочитал об одной очень интересной игрушке – светящемся полярном медведе Hyko [6]. Он устроен таким образом, что, если в доме потребляется слишком много электроэнергии, изменяется его окраска – из белого он становится агрессивно-красным. Этой игрушкой разработчики решили обратить внимание детей к проблемам энергосбережения и побудить их к практическим действиям – ребенок с детства приобретает привычку следить за правильным экономным использованием электроприборов и освещением.

Мне очень понравилась эта идея – превратить прибор по учету расхода электроэнергии в волшебную сказку. Я решил сделать собственную игрушку-девайс – «Избушку для домовенка Кузьки» (Рисунок 1, Приложение 9).

Избушка ставится в помещении, где находится много электроприборов. Прибор, который мы хотим использовать, мы включаем в удлинитель, закрепленный на подставке (рядом с избушкой). Видим, что цвет в окошках избушки – зеленый. Но если мы подключаем технику «условно» средней мощности, например, фен мощностью 250 Вт цвет в окошках изменяется на синий. Если подключаем технику «условно» большой мощности, например, чайник мощностью 1000 Вт – цвет в окошках изменяется на красный. Изменение цвета – это сигнал, напоминание о том, что надо проконтролировать использование этих приборов.

Например, при использовании чайника, я напоминаю членам семьи, что надо греть только то количество воды, которое нужно на данный момент. Используя пылесос – не забыть перед уборкой вытряхнуть пылесборник. При включении утюга, напоминаю, что надо использовать остаточное тепло после его выключения.

Моим наставником при разработке этого проекта стал преподаватель детского технопарка «Кванториум» Мамаев Виталий Александрович.

Мы использовали Arduino – электронный конструктор и платформу разработки электронных устройств. Устройства на базе Arduino могут получать информацию из окружающей среды посредством различных датчиков, а также могут управлять различными исполнительными устройствами.

Для проекта нам понадобилось следующее: микроконтроллер Arduino UNO, макетная плата, датчик тока АCS712, LCD экранный шилд, резисторы на 220 кОм, светодиоды зеленого, синего и красного цветов, провода. Схема подключения представлена на Рисунке 2, Приложения 9.

Датчик тока необходим для измерения протекающего тока при подключении каких-либо электрических приборов. Его мы подключили в разрыв цепи между источником питания (сеть) и нагрузкой (прибором). При помощи трех проводов датчик тока подсоединен к плате Arduino.

На макетную плату установили светодиоды разных цветов и резисторы.

Экранный шилд, установленный на микроконтроллере, применяется для вывода информации: значений силы тока и мощности подключенного электроприбора. Данный экранный шилд мы использовали при тестировании нашего проекта, в период отладки работы. Мы подключали электроприбор через ваттметр и сравнивали показатели, который он определял с показателями, определяемыми нашим устройством. При работе «Избушки», чтобы увидеть показатели мощности, работающего прибора, нужно приподнять одну съемную часть крыши.

Программирование микроконтроллеров Arduino осуществляется на языке программирования С++, его упрощенной версии. При написании программы реализовали идею проекта: изменение цвета светодиода в зависимости от мощности подключаемого прибора. Если мощность прибора до 50 Вт – горит зеленый светодиод, если больше 50 Вт, но меньше 900 Вт – загорается синий, если больше 900 Вт – загорается красный.

Корпус избушки собрали из деталей деревянного конструктора.

«Избушка для домовенка Кузьки» не дает нам забыть о правильных привычках энергосбережения, приобретенных нашей семьей, и помогает оптимально использовать электроэнергию у нас дома.

Заключение

Подводя итоги проделанной работы, можно сказать следующее.

Человечество, производя энергию, которую затем потребляет, наносит вред окружающей среде. Это вынуждает нас принять меры, чтобы снизить потребление электроэнергии. Если мы будем использовать энергию более эффективно, от этого будет польза не только природе, но и финансовая выгода. При повышении энергоэффективности повысится комфорт нашей жизни, улучшится качество нужных применений энергии. К тому же, при экономии ресурсов и энергии сокращаются расходы.

Проанализировав энергопотребление находящихся в доме электроприборов и освещение, можно определить рекомендации по экономии электроэнергии в конкретной семье.

Проведенный эксперимент с использованием созданных компьютерных игр-проектов: экспресс-опросника «Способы экономии электроэнергии от домовенка Кузьки» и «Калькулятора расчета расхода энергии» доказал, что энергосбережение возможно повсюду и с помощью множества различных мер. Некоторые усилия по энергосбережению могут быть предприняты прямо здесь и сейчас каждым человеком. Это меры, которые зависят от личной осведомленности и участия. Многие из них не требуют никаких материальных вложений и зависят исключительно от нашего поведения.

Полученные результаты доказали практическую значимость моего исследования. Таким образом, все поставленные задачи были выполнены, а значит, цель моей исследовательской работы достигнута.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод:

способы экономии электроэнергии в быту можно применить в каждой семье;

они позволяют сохранить семейный бюджет и внести посильный вклад в решение проблемы энергосбережения.

Источники информации

Приказ Комиссии по государственному регулированию цен и тарифов в Белгородской области от 14 декабря 2018 г. №34/1 «Об установлении тарифов на электрическую энергию, поставляемую населению и приравненным к нему категориям потребителей по Белгородской области, на 2019 год» [Электронный ресурс]. URL:https://belregion.ru/upload/iblock/836/34_1.pdf (Дата обращения: 05.06.2019).

15 способов энергосбережения [Электронный ресурс]. URL: http://ososh11.ucoz.ru/doc/2015-2016/pamjatka_po_ehnergosberezheniju.pdf (Дата обращения: 21.07.2019)

Бугрова Т. Энергосберегайка в цифровом городе. – Воронеж: Пресс-Бургер, 2019. – 24 с.: ил.

Коллекция энергоэффективных советов [Электронный ресурс]. URL: http://www.gken.ru/files/kniga_soveti_(1).pdf (Дата обращения: 01.07.2019)

Обучающая он-лайн игра «Мы и энергия» (Центр энергоэффективности министерства образования и науки РФ) [Электронный ресурс]. URL: http://energoeducation.ru/igry/my-i-ehnergiya.php (Дата обращения: 01.07.2019)

Светящийся полярный медведь научит детей экономить электроэнергию [Электронный ресурс]. URL: https://www.1000ideas.ru/article/biznes/ekologicheskie-i-sotsialnye-proekty/biznes-ideya-5410-igrushka-devays-svetyashchiysya-polyarnyy-medved-nauchit-detey-ekonomit-energopotr/ (Дата обращения: 01.06.2019).

Тарифы на электроэнергию для населения с 1 января 2019 года. Сколько платить за свет в Москве, Санкт-Петербурге и других крупнейших городах России [Электронный ресурс]. URL: https://24energy.ru/tarify-na-elektroenergiyu-dlya-naseleniya-s-1-yanvarya-2019-goda-skolko-platit-za-svet-v-moskve-sankt-peterburge-i-drugix-krupnejshix-gorodax-rossii/ (Дата обращения: 03.07.2019)

ШПИРЭ – школьная программа использования ресурсов и энергии. Учебное пособие для средней школы. — СПб. 2004 г.— 80 с., илл.

Энергосбережение в зданиях: снижаем потребление электроэнергии. Практические советы. – Минск. 2018. – 12 с., илл.15 способов энергосбережения [Электронный ресурс]. URL: http://ososh11.ucoz.ru/doc/2015-2016/pamjatka_po_ehnergosberezheniju.pdf (Дата обращения: 01.06.2019).

Приложение 1

Таблица 1

Бытовые электрические приборы в доме и их мощность

Электроприбор

Мощность, Вт

Холодильник

165

Морозильная камера

56-95

Микроволновка

700-1150

Электрочайник 1

1850-2200

Электрочайник 2

1000

Блендер

300

Телевизор

121

Домашний кинотеатр

135

Компьютер

145

Сканер

45

Принтер

32

Ноутбук

90

Пылесос

1800

Утюг

2000-2400

Стиральная машина

1800-2200

Фен 1

1000

Фен 2

500

Плойка для завивки волос

14

Таблица 2

Расчет расхода электроэнергии осветительными приборами

Помещения жилого дома

Тип светильника

Виды ламп

Мощность, Вт

Время работы, час.

Энергопотребление, Вт·ч

Прихожая 1

2 потолочных светильника

лампа накаливания

75 Вт

1

75

светодиодная

5 Вт

1

5

Прихожая 2

2 потолочных светильника

лампа накаливания

60 Вт

3

180

светодиодная

7 Вт

3

21

Гостиная

люстра

люминесцентные

15х3=45 Вт

3

135

светодиодные

7х3=21 Вт

3

63

настенный светильник

светодиодная

6 Вт

4

24

настольная лампа

светодиодная

9 Вт

3

27

Ванная и санузел (1)

потолочный светильник

светодиодная

7 Вт

1

7

Кухня

2 люстры

светодиодные

25х2=50 Вт

6

300

Лоджия

потолочный светильник

лампа накаливания

60 Вт

2

120

Комната 1

люстра

люминесцентные

20х2=40 Вт

0,5

20

настольная лампа

светодиодная

6 Вт

0,5

3

Комната 2

люстра

люминесцентная

15 Вт

1

15

настольная лампа

люминесцентная

11 Вт

6

66

Комната 3

люстра

светодиодные

6х3=18 Вт

3

54

настенный светильник

люминесцентная

15 Вт

5

75

настольная лампа

светодиодные

7 Вт

6

42

Комната 4

настольная лампа

лампа накаливания

40 Вт

6

240

Ванная и санузел (2)

потолочный светильник

люминесцентная

15 Вт

0,5

7,5

настенный светильник

светодиодная

4 Вт

0,5

2

Лестница

2 потолочных светильника

люминесцентная

15 Вт

6

90

лампа накаливания

60 Вт

6

360

ИТОГО

1931,5

Таблица 3

Расчет экономии электроэнергии при замене ламп накаливания на светодиодные

Время работы, час.

Виды ламп

Мощность, Вт

Расход энергии, Вт·ч

Виды ламп (замена)

Мощность, Вт

Расход энергии, (при замене) Вт·ч

1

лампа накаливания

75

75

светодиодная

6

6

3

лампа накаливания

60

180

светодиодная

6

18

2

лампа накаливания

60

120

светодиодная

6

12

6

лампа накаливания

40

240

светодиодная

6

36

6

лампа накаливания

60

360

светодиодная

6

36

 

975

 

108

Экономия при замене, Вт·ч

867

Приложение 2

Таблица 1

Э нергопотребление бытовых приборов в разных режимах использования

п родолжение Таблицы 1

Таблица 2

Расчет потерь электроэнергии бытовыми приборами в режиме ожидания

Электроприбор

Расход электроэнергии за 24 часа, кВт·ч

Стоимость потраченной электроэнергии, руб.

Стиральная машина

0,05

0,2

Телевизор

0,02

0,08

Пылесос

0,08

0,32

Ноутбук

0,01

0,04

Домашний кинотеатр

0,03

0,12

Сканер

0,01

0,04

Принтер

0,01

0,04

Зарядные устройства для телефона

(3 шт.)

0,006

0,024

Микроволновка

0,009

0,036

ИТОГО

0,225

0,9

Приложение 3

Таблица 1 Таблица 2

Первая неделя эксперимента Вторая неделя эксперимента (режим экономии)

День недели

Показатель счётчика электроэнергии, кВт·ч

Потребление энергии за сутки, кВт·ч

воскресенье

22964

 

понедельник

22972

8

вторник

22980

8

среда

22990

10

четверг

22999

9

пятница

23009

10

суббота

23020

11

воскресенье

23032

12

Всего за 1- ю неделю

 

68

День недели

Показатель счётчика электроэнергии, кВт·ч

Потребление энергии за сутки, кВт·ч

     

понедельник,

23040

8

вторник

23049

9

среда

23056

7

четверг

23063

7

пятница

23070

7

суббота

23078

8

воскресенье

23087

9

Всего за 2 - неделю

 

55

Диаграмма 1 и Диаграмма 2. Расход электроэнергии по дням недели

Приложение 4

Экскурсия в Центр Энергоэффективности

Филиала ПАО «МРСК Центра» – «Белгородэнерго»

Приложение 5

Рисунок 1. Бланк-таблица для заполнения в эксперименте №2

Приложение 6

Рисунок 1. Скриншот экспресс-опросника «Способы экономии электроэнергии от домовенка Кузьки»

Рисунок 2. Скриншот «Калькулятора расчета расхода энергии»

Приложение 7

Таблица 1 Таблица 2

Семья

Расход электроэнергии (1 неделя), кВт·ч

Расход электроэнергии (2 неделя), кВт·ч

Разница между расходом за две недели, кВт·ч

1.Кононенко

73

67

6

2.Вороновы

33

34

-1

3.Чуевы

97

89

8

4.Сиротенко

70

55

15

5.Ефимовы

124

115

9

6.Семенюк

38

29

9

7.Сергеевы

54

59

-5

8.Шляховы

22

22

0

9.Слащевы

28

25

3

10.Яровенко

60

56

4

Итого, кВт·ч

599

551

48

День недели

Потребление энергии за сутки, кВт·ч

(1-я неделя эксперимента,

все 10 семей)

Потребление энергии за сутки, кВт·ч

(2-я неделя эксперимента,

все 10 семей)

Разница между расходом за две недели, кВт·ч

понедельник

81

79

2

вторник

91

77

14

среда

90

67

23

четверг

81

78

3

пятница

79

87

-8

суббота

92

84

8

воскресенье

85

79

6

Итого, кВт·ч

599

551

48

Диаграмма 1 и Диаграмма 2. Расход электроэнергии 10 семей по дням недели

Приложение 8

Таблица 1

Наименование топлива

Удельная теплота сгорания,

кВт·ч/ кг, кВт·ч/ м³ (для газа)

Удельное количество углекислого газа,

м³/кг, м³/ м³ (для газа)

Уголь

8,1

1,7

Нефть

12,8

1,5

Природный газ

11,4

1,2

Приложение 9

Рисунок 1. Игрушка-девайс, позволяющая оценить расход электроэнергии –

– «Избушка для домовенка Кузьки»

Рисунок 2. Схема подключения

Просмотров работы: 22