Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Другое / Другие методич. материалы / "Комплекс дополнительных мер по энергосбережению"

"Комплекс дополнительных мер по энергосбережению"


До 7 декабря продлён приём заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)

  • Другое

Поделитесь материалом с коллегами:


Муниципальное бюджетное учреждение

дополнительного образования «Белогорье» г. Белгорода














hello_html_m45daa643.gif







Автор: Воронова Елизавета,

учащаяся МБУДО «Белогорье»

Руководитель: Воронова Татьяна

Михайловна












г. Белгород, 2016


Вопрос экономии ресурсов встал перед человечеством недавно. Хотя точнее, стоял он давно, но не все осознавали его важность. Научно-технический прогресс в этом смысле сыграл двоякую роль. С одной стороны увеличилась нагрузка на «не бесконечные» энергоресурсы. Особенно это заметно в нынешний век «потребителя». C другой стороны, появились, и появляются средства для их экономии и более оптимального использования.

В сети Интернет представлено большое число рекомендаций и технологий, направленных на экономию. В общем, под экономией в данном случае подразумевается экономия тепловой энергии, экономия электрической энергии, экономия воды, экономия топлива. Причем в каждом отдельном случае сам процесс экономии может осуществляться как на этапе производства, так и на этапах транспортировки и потребления.

Меры могут быть как организационными, так и техническими и организационно-техническими. Это и переход на зимнее время, который в масштабах страны позволяет экономить миллионы киловатт электроэнергии, это и строительство энергоэффективных зданий; а также установка автоматизированных тепловых пунктов; аккумулирование тепловой и электрической энергии, полученных от альтернативных источников энергии; применение антинакипных систем на теплообменниках, а то и полная их замена на более прогрессивные; применение альтернативных источников света для экономии электроэнергии; установка частотно-регулируемых приводов на насосы при водозаборе и прочее.

Увеличение экономии может подразумевать как выполнение работ «c нуля», так и доработку уже существующих объектов. Ввиду экономического кризиса предпочтительны способы, связанные с доработкой и с возможно меньшими сроками окупаемости.

Вопрос экономии – комплексный вопрос. То есть необходимо целенаправленно внедрять прогрессивные меры и искать новые. Образовательные учреждения, ввиду своей специфики работы как нельзя лучше подходят как для проработки новых мер, так и для их апробации совместно с существующими.

Учебные заведения – объекты однотипные по своей инфраструктуре. Следовательно – если в одной проект «заработал», то, скорее всего, заработает и в другой. Далее, помножив результат на количество школ в городе, можно предсказать экономический эффект.

Учебное заведение - одно из немногих мест, где высокий процент индивидуумов, не обремененных жесткой теорией и способных к нестандартному мышлению, в особенности в части поиска новых способов энергосбережения. Необходимо только качественно стимулировать данный процесс и грамотно ставить проблему.

Ряд дополнительных мер по энергосбережению будет предложен в данной работе. Основное внимание будет уделено вопросам экономии электрической энергии.

Цель: формирование экономического сознания у детей и привлечение внимания педагогов и родителей к проблеме экономии энергетических ресурсов

Задачи:

1.Изучить теоретический материал по данной проблеме

2.Выбрать и проанализировать самые эффективные из существующих

3.Предложить школам комплекс дополнительных мер по энергосбережению

  1. К вопросу сбережения электроэнергии

    1. Освещение

Система освещения здания является одним из основных потребителей электроэнергии. Потребители идут по пути замены обыкновенных ламп накаливания на энергосберегающие, в том числе на люминесцентные (ртутные) и светодиодные. Если с первыми вопрос закрыт - при потребляемой мощности не более двух десятков ват световая отдача лампы эквивалентна таковой обычной лампе накаливания с потреблением от сети мощности порядка сотни ват. Энергосбережение существенное. Хотя и стоимость на порядок выше, чем у обычной лампы накаливания. Однако простой расчет, скажем, на период около года, показывает высокую рентабельность при переходе на лампы данного класса. Есть и проблемы связанные с утилизацией (в лампах содержится ртуть), и с тем, что, как правило, диапазон рабочих температур не позволяет их использовать на улице.

Светодиодные светильники обладают, по сравнению с предшественниками, многими достоинствами. Это монохромность света, малые размеры, стойкость к механическим повреждениям. Кроме того, светодиоды слабо греются.

То, что светодиоды питаются малыми напряжениями, позволяет свести на нет опасность коротких замыканий, а также избавиться от крупных проводов, которые являются неотъемлемой частью систем освещения газоразрядных ламп. Ну и одно из основных достоинств светодиодных источников освещения – высокий КПД.

Рассмотрим типичный учебный кабинет.


hello_html_m415cf321.jpg


Рис. 1.1. Фотография учебного помещения


Левая часть помещения освещена достаточно. А в правой части в некоторых местах может ощущаться нехватка света. Типичная реакция педагога – включить свет повсюду, что является не оптимальным с точки зрения экономии электроэнергии.

Как видно из (рис.1.1.) в помещении через окна поступает естественное освещение, доля которого будет варьироваться в зависимости от времени суток, погодных условий и прочее. Следовательно, автоматически измеряя освещенность по периметру учебных мест и дифференцированно корректируя свечение отдельных светодиодных источников света, можно добиться однородности освещения при пониженных затратах (не все источники будут включены на полную мощность). В данном случае применение светодиодов оправданно и позволяет подойти к вопросу экономии достаточно гибко. Во - первых, посредством использования широтно-импульсного метода (модуляции) подачи напряжения, можно плавно регулировать интенсивность свечения светодиодных источников освещения. Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. С люминесцентными лампами указанный подход осуществить достаточно проблематично. Изложенный принцип реализован в энергосберегающем контроллере, структурная схема которого представлена в приложении А.

Вариант модуля в сборе, отвечающего за непосредственное управление светодиодными источниками света (кластеры и линейки) представлен на рисунке 1.2.


hello_html_41822b6f.png


Рис.1.2. Модуль управления светодиодными источниками освещения

Логическая часть устройства построена на двух микроконтроллерах фирмы Atmel. Система позволяет управлять 30 независимыми светодиодными источниками освещения. Предельно допустимое значение тока по каждому каналу составляет 5 А и максимальное напряжение 25 В, что позволяет управлять 30х5х25 Ваттами мощности. Предусмотрено соединение однотипных контроллеров по сети RS485. Печатная плата разработана в среде Altium designer, управляющая программа написана на языке C в среде AVR studio.

Во - вторых, занятия в учебных заведениях четко структурированы во времени. То есть, в темное время, когда в обычных организациях свет включается «на постоянной основе», свет в учебных заведениях можно включать на половинной мощности, но в соответствии с теми же нормами охраны труда, что тоже может быть решено с использованием того же энергосберегающего контроллера (приложение А, рис.1.). Установив в помещениях датчики движения или присутствия можно дополнительно сберечь электроэнергию.

В третьих, типичные светодиоды можно питать от напряжения не более 10 вольт, подбирая при этом ток согласно спецификации. Несмотря на то, что для питания их от сети 220 В потребуется специализированный блок питания, облегчается питание системы освещения от альтернативных и резервных источников питания.

В четвертых, с помощью светодиодных светильников легко обеспечить освещение в соответствии с СанПиН в любых помещениях школы: в классах, кабинетах информатики, спортзале и т. д. Светодиодное освещение школы бережет зрение учеников. Благодаря бестеневому эффекту, глаза школьников меньше напрягаются, дети меньше утомляются, что не мало важно для успешного обучения.


hello_html_m7f678e02.jpg


Представленная структурная схема контроллера энергосбережения самодостаточная и содержит необходимый минимум компонентов, который позволит достичь оптимальных результатов. Система является распределенной. Для соединения отдельных частей в сеть выбор пал на интерфейс RS485, позволяющий соединить до 128 устройств, при предельном расстоянии не более 1 км, что оправдано в масштабах типичного учебного заведения. Указанные в приложении подсистемы управления источниками альтернативной энергии предназначены для осуществления задачи перераспределения энергии, получаемой как от альтернативных источников так и по линии сети 220 В.

С целью мониторинга, настройки и корректирования работы системы в нештатных ситуациях предусмотрена подсистема дистанционного управления. Это можно осуществить, например, с использованием GSM модемов и вытекающих из этого подхода решений.


    1. Альтернативная энергетика в учебных заведениях

Учебные заведения – уникальное место для внедрения систем альтернативной энергетики. Учебное время начинается, как правило, с 8 часов 30 минут. До этого школьники потоком идут на занятия в школу. Аналогичным потоком они покидают помещения на перерывах и в конце учебного дня. В данном случае, поставив на входах и выходах турникетные системы доступа, которые, кстати, можно совместить с системами ограничения доступа, и далее соединив их с генераторами напряжения, можно получить бесплатную электроэнергию.


hello_html_m79046b68.jpg


В общем-то, турникетный принцип, предложенный в данной работе, не нов. Однако маломощные генераторы можно поставить на каждой двери класса. И напряжение со всех генераторов объединить в единую централь (Приложение А, рис.2.).

Есть еще одно достоинство учебных заведений, которое является находкой для генераторной альтернативной энергетики. Это уроки физкультуры, которые, если правильно подойти к расписанию занятий, могут послужить достойным источником альтернативной электроэнергии. В работе предлагается снабдить спортивные залы велосипедами, и приспособлениями, позволяющие подключать к ним маломощные генераторы, аналогично предыдущему примеру объединенные с помощью согласующих устройств в единую энергоцентраль учебного заведения (Приложение А, рис.2.).


    1. К вопросу о накоплении энергии

Одним из важных вопросов, подлежащих решению, является вопрос о сохранении избытков электроэнергии, которые, так или иначе, возникнут в процессе генерации. Путей решения может быть несколько. В работе предлагается запасти ее в LiION аккумуляторных батареях. Достойной альтернативной – может быть использование суперконденсаторов (например, лаборатории Джоэла Шиндалла (Joel Schindall) из Массачусетского технологического института.), которые, кстати, уже применяются для построения конденсаторных автобусов в Китае, подзаряжаемых на остановках.


Заключение

Вопросы экономии энергии должны решаться в комплексе. В дополнение к указанным альтернативным энергоносителям следует добавить и такие, как автоматически позиционируемые солнечные батареи и ветряные генераторы напряжения, а также другие виды, прошедшие апробацию.

В общем, решать проблему надо со всех сторон с учетом достижений научно-технического прогресса.

В работе был сделан упор на пригодность решений к установке в реальных объектах, и на технических тонкостях, подразумевающих конкретную реализацию в настоящее время, здесь и сейчас. Внимание было сосредоточено на экономии электроэнергии, но при определенных доработках система может быть использована и для оптимизации экономии других видов энергии, что в свою очередь, увеличит арсенал предложенных мер.

Актуальность работы заключается не в выборе средств, которые уже описаны во множестве литературных источников, а в особенностях их совместного применения с целью достижения лучших показателей на фоне простоты методик.

Следует добавить и еще одно условие прогрессивной экономии энергии – это сознательность граждан, которыми являются дети в образовательных учреждениях, которым предстоит в будущем осмысленно принимать решения, и перед которыми поставленная задача будет более требовательна к выбору средств и дополнительных мер.





57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)

Автор
Дата добавления 29.09.2016
Раздел Другое
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров22
Номер материала ДБ-220977
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх