Исследовательская работа по энергосбережению.

Муниципальное учреждение «Отдел образования»

администрации Шатковского муниципального района  Нижегородской области

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Смирновская средняя школа»

                            На конкурс проектных работ по

энергосбережению "МалоВАТТов"

   Номинация:             

           «Мультимедийный продукт для

               популяризации энергосбережения»

Тема: 

МОУ «Смирновская СШ» Шатковский р-н,  с. Смирново, ул. Советская, д. 40 Тел: [phone] E-mail: [e-mail]

Работу выполнила: Габрикевич Дарья, 14 лет, 9 класс Руководитель:  Михеева Ирина Валентиновна, учитель физики.

С. Смирново, 2016.

Оглавление 1. Введение 1 стр. 2. Основная часть     2.1 Лампа накаливания 3стр.     2.2 Энергоэффективные лампы 4стр.   2.2.1 Галогеновые устройства 4 стр.  2.2.2 Люминесцентные лампы 5 стр.  2.2.3 Светодиодные лампы 7 стр. 3. Проведение эксперимента 8 стр. 4. Социологический опрос 8 стр. 5. Заключение 9 стр. 6. Литература 9 стр.

I. Введение

В последние десятилетия во всём цивилизованном мире идёт решение актуальной проблемы охраны и сбережения природных ресурсов, природных богатств. Большое внимание этому вопросу уделяется и в нашем государстве. Новейшие технологии, разработанные в конце 20 - начале 21 века, позволяют многое. Одни облегчают жизнь людей в быту и на производстве, другие обеспечивают комфорт, третьи позволяют экономичнее относиться к использованию природных богатств. Одной их таких технологий является технология энергосбережения. Учить детей рационально использовать ресурсы, воспитывать  бережное отношение к природе нужно со школьной скамьи, поэтому во всех учебных заведениях с  2013  года стали проводиться тематические уроки по энергосбережению.

Один из таких уроков прошел в рамках декады энергосбережения 25 ноября 2016 года. Учитель физики, Михеева И. В., рассказала нам о применении в быту энергосберегающих приборов. Тема эта меня заинтересовала, и я решила провести собственное исследование.

Актуальность состоит в том, что необходимо эффективно использовать энергию в быту с помощью энергосберегающих технологий.

Объект исследования: энергосберегающие лампы.

Предмет: применение энергосберегающих технологий на практике.

Гипотеза: раскрытие особенностей,  преимуществ и недостатков энергосберегающих ламп позволит сформировать личное убеждение в необходимости их применения в быту для экономии электроэнергии.

Цель:   изучение  и сравнение характеристики ламп, использующихся в быту.

Задачи:

1) найти в средствах массовой информации и других источниках материал по данной теме;

2) обработать полученную информацию;

3) провести социологический опрос;

4) изучить устройство каждого вида ламп, их преимущества и недостатки;

5) провести эксперимент;

6) составить буклет.

Методы:        Сбор информации        Сравнительный анализ        Наблюдения        Социологический опрос

II. Основная часть.

2.1. ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ

Лампа накаливания знакома всем. Это стеклянная колба с излучателем из проволоки (обычно вольфрамовой) в виде нити или спирали, накаливаемой электрическим током. Обычная лампа накаливания представляет собою наглухо запаянную стеклянную колбу, внутри которой находится инертный газ и вольфрамовая спираль. Под действием электрического тока вольфрамовая спираль начинает накаливаться и излучает свет.

          Принцип действия ламп накаливания основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через нить, в световую. Температура разогретой нити достигает 2600-3000 °С. Но нить лампы не плавится, потому что температура плавления вольфрама (3200-3400 °С) превышает температуру накала нити. Чтобы спираль быстро не перегорела, из стеклянного баллона выкачан воздух либо баллон заполнен инертным газом.

Различают лампы накаливания вакуумные (из колбы удален воздух) и наполненные газом  (например, криптоном). Срок службы лампы накаливания достигает 1000 часов.

В лампе накаливания используется эффект нагревания и свечения металлической нити при протекании через нее электрического тока. Главным параметром такой лампы является мощность, которую она потребляет. На первый взгляд, при одинаковой конструкции и разных значениях мощности лампы будут отличаться только количеством излучаемого света.

Но дополнительно будут различаться и цвет света, и долговечность, и экономичность. Для домашнего освещения, наиболее оптимальны лампы мощностью 40 Вт, 60 Вт, 75 Вт, 100 Вт – они обладают средней экономичностью и надежностью. Лампы 15 Вт и 25 Вт неэффективны, светят слабовато, но долго не перегорают.

Преимущества:

       налаженность в массовом производстве

       малая стоимость

       небольшие размеры

       отсутствие токсичных компонентов

       не боятся низкой температуры окружающей среды

       нет необходимости в утилизации

Недостатки:

       низкая световая отдача

       малый срок службы

       хрупкость и чувствительность к удару

       температура лежит только в пределах 2300—2900 K, что придает свету желтоватый оттенок

       представляют пожарную опасность

       резкая зависимость срока службы от напряжения.

2.2. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ЛАМПА

            Эффективность лампы – это световой поток (измеряется в Люмен), который она излучает при потреблении определенного количества энергии (измеряется в Ваттах).

Чтобы определить, является ли осветительный прибор экономным, производится сравнивание его с обычной лампой накаливания. И любая лампа, потребляющая электроэнергии меньше «лампочки Ильича», считается уже энергосберегающей.

Преимуществ у этих осветительных приборов по сравнению с лампой накаливания много:

Первое и главное из них – это значительно меньшее потребление электроэнергии при той же светоотдаче за счет более высокого КПД. Лампа накаливания обладает очень низким КПД – порядка 18%, то есть в световое излучение из каждых 100 Ватт потребленной энергии такая лампа преобразует всего 18 Ватт, остальная энергия уходит на нагрев спирали. У энергосберегающих же ламп КПД может достигать 80%, но это зависит от конструктивных особенностей каждого устройства.

Энергосберегающая лампа представляет собой электронный прибор, состоящий из колбы с рабочим газом (пары ртути и аргона) и балласта - электронного пускорегулирующего устройства. Внутренние стенки колбы покрыты люминофором, который светится при прохождении тока через газ. В колбу вмонтированы два электрода, представляющие собой нити накала.

Принцип действия энергосберегающей лампы.

На электроды подаётся напряжение. Через нити накала протекает пусковой ток. Это приводит к возникновению «тлеющего разряда в газе». При этом газ начинает выделять невидимое ультрафиолетовое излучение. Нанесённый на внутренние стенки стекла люминофор преобразует это излучение в видимый свет. Более тёплый или более холодный оттенок света определяется видом люминофора.

Характеристика, которая выгодно отличает энергосберегающие лампы от ламп накаливания, заключается в том, что энергосберегающие лампы могут иметь разную цветовую температуру, определяющую цвет лампы. Цветовые температуры энергосберегающих ламп: 2700 К — Мягкий белый свет, 4200 К — Дневной свет, 6400 К — Холодный белый свет (цветовая температура измеряется градусами по шкале Кельвина). Чем ниже цветовая температура, тем ближе цвет к красному, чем выше — тем ближе к синему. Таким образом, потребитель получает возможность обогатить цветовую гамму помещения.

В бытовых условиях используют три типа ламп:

       ГАЛОГЕНОВЫЕ

       ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ

       СВЕТОДИОДНЫЕ

2.2.1.      ГАЛОГЕНОВЫЕ УСТРОЙСТВА

По сути, это та же лампа накаливания, но с некоторыми доработками. У нее в колбе вместо вакуума располагается буферный газ (пары брома, йода).

Использование этих паров позволило увеличить световую температуру до 3000 К.

Благодаря лучшей световой отдаче, галогеновый элемент способен обеспечить тем же количеством света, что и 75-ваттная обычная лампа накаливания, но для этого ему  понадобится всего 55 Вт энергии, то есть уже имеет место экономия электричества.

К тому же применение буферного газа увеличило ресурс лампы до 4000 часов работы.

Преимущества:

       Экономичны

       Малая стоимость

Недостатки:

Такие же, как и у обычных ламп накаливания.

2.2.2.      ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ

Люминесцентная лампа работает по другому принципу . У неё  имеется герметичная колба, в которую помещены два электрода, а сама она заполнена инертным газом с примесями паров ртути.

При подаче напряжения между электродами в среде газа возникает электрическая дуга, излучающая свет в ультрафиолетовом диапазоне.

Чтобы этот свет стал восприимчивым для человеческого глаза, на внутреннюю поверхность колбы нанесен люминофор.

Для разжигания такой лампы предусмотрен электронный блок, входящий в конструкцию элемента. Он же часто и является слабым звеном устройства, ведь в колбе перегорать нечему. Главным преимуществом энергосберегающих ламп считается их высокая световая отдача, превышающая тот же показатель ламп накаливания в несколько раз. Энергосберегающая составляющая как раз и заключается в том, что максимум электроэнергии, запитанной на энергосберегающую лампу, превращается в свет, тогда как в лампах накаливания до 90% электроэнергии уходит просто на разогрев вольфрамовой проволоки.

Газоразрядный элемент, обладая световой эффективностью, способен обеспечить световой поток в 75 Вт для обычной лампы, затратив для этого всего 15 Вт энергии.

Здесь экономия уже достаточно существенна. Что касается световой температуры, то за счет использования разных составов люминофора, данный параметр у люминесцентных элементов очень обширен и варьируется от 2700 К (цвет лампы накаливания) до 6500 К (холодный белый свет с синим оттенком).

Благодаря этому газоразрядные осветительные приборы могут использоваться достаточно широко.

Также люминесцентные лампы обладают очень хорошим ресурсом, в зависимости от условий эксплуатации они способны отработать от 6000 до 12000 часов. Эта цифра превышает срок службы обычных ламп накаливания приблизительно в 20 раз. Наиболее частая причина выхода из строя лампы накаливания – перегорание нити накала. Механизм работы энергосберегающей лампы позволяет избежать этой проблемы, благодаря чему они имеют более длительный срок службы.

Еще одним преимуществом энергосберегающих ламп является незначительное тепловыделение, которое позволяет использовать компактные люминесцентные лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, их можно спокойно использовать в светильниках, сделанных из ткани.

Следующее преимущество энергосберегающих ламп в том, что их свет распределяется мягче, равномернее, чем у ламп накаливания. Это объясняется тем, что в лампе накаливания свет идет только от вольфрамовой спирали, а энергосберегающая лампа светится по всей своей площади. Из-за более равномерного распределения света энергосберегающие лампы снижают утомляемость человеческого глаза.

А также немаловажным фактором является то, что энергосберегающие лампы имеют различные формы. И если нет плафона на люстре, то лампочки не выглядят так не- эстетично, как привычные для нас лампы накаливания.

Энергосберегающие лампы имеют также и недостатки: фаза разогрева у них длится до 2 минут, то есть им понадобится некоторое время, чтобы развить свою максимальную яркость.

Также у энергосберегающих ламп встречается мерцание.

Другим недостатком энергосберегающих ламп является то, что они имеют большой уровень ультрафиолетового излучения. Если располагаться на близком расстоянии от них, то может быть нанесен вред людям с чрезмерной чувствительностью кожи и тем, кто подвержен дерматологическим заболеваниям. Однако если человек находится на расстоянии не ближе, чем 30 сантиметров от ламп, вред ему не наносится.

Еще одним недостатком является то, что энергосберегающие лампы не приспособлены к функционированию в низком диапазоне температур (-15-20ºC), а при повышенной температуре снижается интенсивность их светового излучения.

Срок службы энергосберегающих ламп ощутимо зависит от режима эксплуатации, в частности, они "не любят" частого включения и выключения.

К недостаткам можно также отнести содержание ртути и фосфора, которые, хоть и в очень малых количествах, присутствуют внутри энергосберегающих ламп. Это не имеет никакого значения при работе лампы, но может оказаться опасным, если ее разбить. По той же причине энергосберегающие лампы можно отнести к экологически вредным, и поэтому они требуют специальной утилизации (их нельзя выбрасывать в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры).

Еще одним недостатком энергосберегающих ламп по сравнению с традиционными лампами накаливания является их высокая цена. 

Преимущества:

       экономия электроэнергии достигает 80%

       низкая теплоотдача

       большая светоотдача

       можно использовать в хрупких светильниках

        работают при пониженном, до 180В, напряжении

       долгий срок службы

Недостатки:

       высокая стоимость

       длительность разогрева

       высокая токсичность

       ограниченный температурный диапазон, не предназначены для эксплуатации их при температуре ниже -15°С

       необходима утилизация

С точки зрения экономии электроэнергии и денежных средств энергосберегающие лампы более предпочтительны, но они требуют особой утилизации и осторожного обращения. По гигиенической классификации ртуть относится к первому классу опасности (чрезвычайно опасное химическое вещество). Каждая люминесцентная лампа содержит 3-5 мг ртути в виде паров.

Правильная утилизация энергосберегающих ламп очень важна в связи с тем, что существует риск отравления ртутью, которая содержится в люминесцентных лампах.

Ртуть в энергосберегающих источниках света

1.      Ртути в таких лампах содержится немного, приблизительно в 100 раз меньше, чем в медицинском термометре. Но даже такое количество ртути может вызвать проблемы со здоровьем. Ядовитые пары ртути могут стать причиной тяжелого поражения печени, почек, пищеварительной и нервной системы.

2.      Во время работы ламп ртуть, входящая в их состав, не опасна, а вот утилизация таких источников света достаточно серьезная проблема. Вышедшую из строя лампу нельзя выбрасывать в мусор. Такую лампу необходимо доставить в специализированный пункт по утилизации.

3.      Очень серьезно осложняется ситуация, если лампа разбилась.  В таком случае пары ртути становятся опасными для всего живого.

4.      Необходимо в срочном порядке вывести из помещения людей и домашних животных.

Что делать, если разбилась энергосберегающая лампа

1.      Шарики ртути, раскатившиеся в помещении нельзя собирать пылесосом или веником, иначе мусорное ведро и пылесос тоже станут источниками испарения ртути.

2.      Необходимо надеть резиновые перчатки и собрать ртуть ватным диском, смоченным в растворе марганцовки, в плотный пакет. После снять перчатки и положить их в тот же пакет. Пакет герметично завязать и отнести в пункт утилизации ртутных ламп.

3.      Затем помещение следует тщательно проветрить, а место, где разбилась лампа, вымыть раствором марганцовки

Что делать, если энергосберегающая лампа перегорела?

Во-первых, сразу стоит отметить, что энергосберегающие лампы перегорают гораздо реже ламп накаливания. Надо твердо запомнить, что НЕЛЬЗЯ выбрасывать энергосберегающие лампы в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры.

2.2.3.      СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ

И последний тип энергосберегающих элементов – светодиодные. Такая лампа представляет собой комплект светодиодов, объединенных в одну схему. Но светодиоды работают от сети с постоянным напряжением, поэтому в конструкцию лампы включен преобразующий трансформатор, он же драйвер.

Вот этот тип осветительных приборов имеет самые лучшие рабочие параметры.

Такая лампа для обеспечения светового потока, как в лампе накаливания, затратит всего лишь 7-10 Вт. При этом ресурс ее может достигать 50 – 100 тыс. часов работы.

Как и люминесцентные элементы, светодиодные лампы обладают широким диапазоном световой температуры, что позволяет очень легко выдерживать правильные нормы освещенности в помещениях.

Светодиодные источники света считаются более экологичными.  Они не содержат ртути, поэтому не требуют специальных условий утилизации. Обладая долгим сроком службы, эти лампы считаются «вечными».

Во время работы светодиод практически не нагревается, поэтому пожароопасность в помещении остается низкой.

Светодиодные лампы обладают высокой надежностью, механической прочностью, устойчивостью к вибрациям и перепадам напряжения.

Такие лампы дают ровный световой поток, поэтому от них не устают глаза.

Встречаются элементы, в конструкцию которых дополнительно включены аккумуляторы, что позволяет использовать лампу в случае перебоев с подачей электроэнергии.

Также встречаются устройства и дистанционным пультом управления.

Преимущества:

       низкое энергопотребление

       низкая теплоотдача

       большая светоотдача

       высокая механическая прочность

       работают при пониженном напряжении

       небольшие габариты

       долгий срок службы

Недостатки:

       высокая цена

       в дешевых лампах за счет экономии на конденсаторах возникает невидимое невооруженному глазу высокочастотное мерцание

       из-за экономии на теплоотводящих элементах возможно перегорание, особенно в закрытых плафонах

Проанализировав информацию, можно сделать вывод, что среди энергосберегающих ламп наиболее безопасными и экологичными будут светодиодные лампы. А чтобы они не оказывали вредного воздействия на здоровье человека, необходимо располагать их как можно дальше от людей и закрывать стеклянными плафонами.

III. Эксперимент

После урока по энергосбережению, проводимого Михеевой И. В., на котором рассказывали об энергосберегающих лампах, я посоветовалась с родителями, и мы решили заменить две обыкновенные лампы накаливания на светодиодные и убедиться, что они экономичнее.

Вот результат:

Показания счетчика за 10 дней
С обыкновенными лампами	С диодными лампами
17023 -16538  = 62	17054 - 17023  =31
Экономия:     31 Вт,  73 рубля

Правда времени для эксперимента было мало, но и за 10 дней мы убедились, что экономия энергии и денег есть.

IV.             Социологический опрос

Мы опросили одноклассников, их родителей, учителей, соседей и просто случайных прохожих.  Были предложены вопросы анкеты:

1) Имеются ли у вас в квартире энергосберегающие лампы (ЭСЛ)? 

А) да                Б) нет

В) частично

2)Считаете ли вы энергетически более выгодным использование ЭСЛ? 

А) да             Б) нет

В) не знаю

3) Как вы утилизируете перегоревшие ЭС лампочки?

А) В мусорный бак

Б) не выбрасываю

4)Знаете ли вы о возможном негативном влиянии ЭСЛ на здоровье человека? 

А)да             Б)нет

В)частично

Результаты анкетирования:

1.      Используют дома энергосберегающие лампы (ЭСЛ) -100%

2.      Считают экономически выгодным использование ЭСЛ – 85%

3.      Утилизирут:

-в мусорный бак-70%

-не выбрасывают - 30%

4. Что знают о вреде энергосберегающих ламп:

-ничего не знают-20%

-знают, что лампы содержат пары ртути пр.-80%

В ходе анонимного анкетирования выяснили, что многие утилизируют их как бытовой мусор, что недопустимо.  Разбившись, пары ртути попадают не только в воздух, но и в почву, в воду, что ведёт к загрязнению окружающей среды. Наиболее опасными считаются органические соединения ртути, которые образуются после попадания ртути в окружающую среду вместе с осадками.

Итак, все, что мы можем сделать на сегодняшний день, просто не выбрасывать перегоревшие энергосберегающие лампы.

V.                Заключение.

Наиболее привычный для нас способ освещения своих домов - это использование ламп накаливания. Они широко распространены и очень дешевы. Вот только часто перегорают, особенно при скачках напряжения в сети - это тоже известно многим. Но есть альтернатива лампам накаливания.

Использование энергосберегающих ламп в быту - это увеличение эффективности освещения в доме, а значит, реальный способ помочь природе, сэкономить энергию и собственные деньги.

В ходе работы над проектом я сформировала собственный взгляд на проблему перехода к новым альтернативным источникам света.

Я и моя семья сделали выбор в пользу светодиодных энергосберегающих ламп для освещения своего жилого дома, т. к. это выгодно и современно.

Я считаю нужным использовать дома различные источники света, так как характеристики энергосберегающих ламп не позволяют использовать их при определённых условиях. Например, там, где часто включают или выключают свет, они быстро выходят из строя. В качестве уличного освещения люминесцентные уступают место светодиодным.

Кроме того, нельзя не учитывать влияние пульсаций света ЭСЛ, поэтому в комнате, где длительное время находится ребёнок, не рекомендуется устанавливать КЛЛ, лучшим вариантом будет использование ламп накаливания или СДЛ.

Итогом нашей работы стал информационный буклет, в котором выделены положительные и отрицательные стороны  каждого типа ламп.

Перспективой дальнейшей работы является опубликование буклета на сайте школы, а также использование материала при проведении тематического урока по энергосбережению в следующем году.

VI. Литература:

1.      https://ru.wikipedia.org/

2.      http://www.energosovet.ru/

3.      http://elektrikexpert.ru/

Краткое описание документа:

Работа направлена на раскрытие особенностей, преимуществ и недостатков энергосберегающих ламп.

Использование энергосберегающих ламп в быту - это увеличение эффективности освещения в доме, а значит, реальный способ помочь природе, сэкономить энергию и собственные деньги.

Данный материал можно использовать при проведении тематического урока по энергосбережению.