Исследование по теме Энергосбережение

Изучение энергосбережения при освещении помещений

1. Проведено изучение потребления электроэнергии в учреждении образования (ином учреждении, организации).
2. Проведено изучение расходования тепла в учреждении образования (ином учреждении, организации).
3. Проведен анализ ситуации по эффективности использования энергии в учреждении образования (ином учреждении, организации) и составить план действий по сбережению тепла и электроэнергии на год.
4. Проведено изучение потребления электроэнергии и расходования тепла дома. Разработать семейные памятки по рациональному использованию энергии дома.
5. Проведен мониторинг эффективности действий по энергосбережению в учреждении образования

Члены клуба «Энергозберегайка»

1. Лях Елизовета
2. Измер Ксения
3. Шпаков Ян
4. Кашпур Антон
5. Ровский Иван
6. Ковалев Тимофей

Приступая к работе, у нас возник вопрос о компетентности учащихся и учителей в энергосбережении. Было проведено анкетирование, на основании которого составлена диаграмма (Приложение 1):

В результате выявлено, что все экономят электроэнергию и знают об энергосберегающих лампах. Но многие участники анкетирования не знают какие лампы лучше всего использовать дома и на работе, хотя считают, что их целесообразно использовать для экономии электроэнергии. Все это натолкнуло меня на мысль об изучении энергоэффективности при освещении помещений.

Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них – газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.

Актуальность темы определяется особой ролью электроэнергетики страны в реформировании экономики. Освещение – это одно из естественных условий жизни, которое необходимо для здоровья и высокой производительности труда. В связи с принципиальным изменением условий функционирования предприятий электроэнергетической отрасли, развитием процессов реструктуризации энергетических объектов, повышением значимости обеспечения надёжности и качества энергоснабжения потребителей и изменением динамики взаимосвязей энергетической системы с отраслями народного хозяйства на предприятиях энергетического комплекса, целесообразно развивать с учетом общенаучной системной методологии.

Целью нашей работы является: выделить наиболее оптимальные способы потребления электроэнергии при освещении.

Гипотеза: наиболее оптимальным является использование люминисцентных и светодиодных ламп.

Задачи:

-- изучить теорию по данному вопросу;

-- экспериментально исследовать зависимость освещения от вида и мощности ламп;

-- сделать сравнительный анализ наиболее популярных ламп;

--рассчитать количество ламп в помещении для экономии электроэнергии;

-- определить ключевые мероприятия по оптимизации потребления электроэнергии при освещении.

Методы реализации задач исследовательской работы: анализ, эксперимент, синтез.

1. Рациональное освещение

Освещение квартиры складывается из естественного и искусственного (Приложение 2).

Любое из них должно обеспечивать достаточную освещённость помещения, а также должно быть равномерным, без резких и неприятных теней.

В помещения, окна которых выходят на север и частично на запад и восток, попадает лишь рассеянный свет. Для улучшения естественного освещения комнат отделку стен и потолка рекомендуется делать светлой. Естественная освещённость зависит также от потерь света при попадании через оконные стёкла. Запылённые стёкла могут поглощать до 30% света. Наличие в настоящее время различных химических препаратов для чистки стёкол позволяет без особых физических усилий содержать их в надлежащей чистоте.

Значительное количество электроэнергии напрасно расходуется днём в квартирах первых, а некоторых домах  - вторых и третьих этажей. Причина этому – беспорядочные посадки зелени перед окнами, затрудняющие проникновение в квартиры естественного дневного света. Согласно существующим нормам деревья высаживаются на расстоянии не ближе 5 м от стен жилого дома, кустарник – 1,5 м.

Должен обеспечиваться визуальный комфорт и безопасность для всех людей. Потому важно выбрать освещения и правильные системы освещения в школе, предложить среду способствующую обучению, т.к. хорошо известно, что свет влияет на концентрацию и внимание. Искусственное освещение создаётся электрическими светильниками. В современных квартирах широко распространены три системы освещения: общее, местное и комбинированное.

При общем освещении можно заниматься работой, не требующей сильного напряжения зрения. Светильники общего освещения обычно являются самыми мощными светильниками в помещении, их основная задача – осветить всё как можно более равномерно. Для этого обычно используют потолочные или подвесные светильники, установленные в центре потолка. Общую освещённость можно считать достаточной, если на 1 кв.м. площади приходится 15-25 Вт мощности ламп накаливания.

В одном или нескольких местах помещения следует обеспечить местное освещение с учётом конкретных условий. Такое освещение требует специальных светильников, устанавливаемых в непосредственной близости к письменному столу, креслу, туалетному столику и т.п. Так, например, достаточное освещение листа ватмана при черчении обеспечит светильник с лампой накаливания мощностью 150 Вт на расстоянии 0,8-1 м. Штопку чёрными нитками (что требует очень высокой освещённости) можно выполнять при лампе мощностью 100 Вт на расстоянии 20-30 см. Для продолжительного чтения рекомендуется светильник с лампой накаливания в 60 Вт.

Комбинированное освещение достигается одновременным использованием светильников общего и местного назначения, а также при помощи светильников комбинированного освещения. К ним относятся многоламповые светильники (например, люстры), имеющие 2 группы ламп, одна из которых обеспечивает местное, а другая – общее освещение. Местное создаётся световым потоком, направленным вниз (одна лампа накаливания в 100, 150, 200 Вт), а общее – световым потоком, рассеянным во всех направлениях (несколько ламп в 15-40 Вт).

Наиболее рациональным является принцип зонального освещения, основанный на использовании общего, комбинированного или местного освещения отдельных функциональных зон. Если при освещении этих зон этих зон использовать лампы направленного света, настольные лампы, торшеры, бра, то в квартире станет уютнее, а, следовательно, и комфортнее. Для такого зонального освещения подходят лампы в 1,5-2 раза менее мощные, чем в подвесных светильниках. В результате на комнату 18-20 кв. м экономится до 200 кВт*ч в год.

Между отдельными источниками света существует большая разница в световой отдаче, лк/Вт:

Лампа накаливания                                    12

Галогенная лампа                                       22

Люминесцентная лампа                               55

Ртутная лампа высокого давления              55

Галогенная лампа высокого давления        80

Натриевая лампа высокого давления         95

Энергосберегающие лампы

Энергосберегающие лампы (Приложение 3) значительно уменьшают затраты электроэнергии, но содержат ртуть, но  при смене лампы большинство людей некорректно утилизируют ее, что пагубно влияет на здоровье населения.

Лампы накаливания (Приложение 4) являются традиционными и широко применяемыми источниками света. Весьма ощутимую экономию электроэнергии при использовании ламп накаливания могут дать следующие мероприятия:

-применение криптоновых ламп накаливания, имеющих световую отдачу на 10% выше, чем у ламп накаливания с аргоновым наполнением;

-замена двух ламп меньшей мощности на одну несколько большей мощности. Например, использование 1 лампы мощностью 100 Вт вместо 2 ламп по 60 Вт каждая экономит при той же освещённости потребление энергии на 12%;

-поддержание допустимого напряжения. Для нормальной работы электрических ламп необходимо, чтобы отклонение напряжения не выходило за пределы –2,5% и +5% от номинального. Световой поток ламп зависит от уровня напряжения. Так, при снижении напряжения на 1% у ламп накаливания световой поток уменьшается на 3-4%;

-периодическая замена ламп к концу срока службы (около 1000 ч). Световой поток ламп накаливания к концу срока службы снижается на 15%;

-периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осветительной арматуры. Не чистившиеся в течение года лампы и люстры пропускают на 30% света меньше, даже в сравнительно чистой среде. На кухне с газовой плитой лампочки грязнятся намного быстрее;

-снижение уровня освещённости в подсобных помещениях, коридорах, туалетах и т.п.;

-широкое применение светорегуляторов, позволяющих в широких пределах изменять уровень освещённости;

-применение реле времени для отключения светильника через определённое время.

Ну и, наверное, ещё раз следует напомнить прописную истину: необходимо периодически проверять, не горят ли лишние лампы, не включены ли ненужные на данный момент электроприборы; уходя из дома, выключать все электроприборы и осветительные установки, за исключением холодильника.

Более совершенными источниками света являются люминесцентные лампы (Приложение 4). Это разновидность газоразрядного источника света, в котором используется способность некоторых веществ (люминофоров) светиться под действием ультрафиолетового излучения электрического разряда. Люминесцентные лампы изготовляются в виде стеклянных трубок с двумя металлическими цоколями, наполненных парами ртути под низким давлением. Такая лампа имеет по сравнению с лампой накаливания в 4-5 раз более высокую световую отдачу и в 5-8 раз больший срок службы. Например, светоотдача люминесцентной лампы 20 Вт равна светоотдаче лампы накаливания 150 Вт.

Бытует мнение о вредности люминесцентного освещения. Оно безосновательно. Наоборот, это освещение позволяет получить мягкий рассеянный свет, меньше слепящий глаза и вызывающий меньшее их утомление.

Как показывают исследования, средняя освещённость наших квартир ещё недостаточна. Это отражается на зрении, повышает утомляемость, снижает работоспособность, ухудшает настроение человека. Реальный путь к созданию необходимого уровня освещённости при значительной экономии электроэнергии – использование люминесцентного освещения. (Приложение 5)

Светодиодное освещение – будущее осветительных технологий.

Одна из новейших и динамично развивающихся технологий в сфере искусственного освещения – это светодиодное освещение (Приложение 6).

Эволюция средств освещения прошла долгий путь от простейших факелов до новейших осветительных приборов и устройств. Светодиоды – это технология, которая по-настоящему завоевала значительные позиции на рынке осветительных устройств и технологий только в начале XXI века. Благодаря им предполагается решить множество актуальных проблем, объединяющих десятки государств – проблемы экологического плана, вопрос об энергосберегающих технологиях, об удешевлении осветительных технологий и другие.

Сами светодиоды с каждым днем становятся все совершеннее. На сегодняшний день все более распространенными становятся сверх яркие их виды. Это позволяет расширить как функциональные, так и дизайнерские возможности применения светодиодного освещения. Уже сегодня, благодаря ему, можно создавать немыслимые ранее световые эффекты в городской архитектуре, подсветке различных объектов, городском освещении.

Светодиодное освещение составляет все более серьезную конкуренцию традиционным пока еще широко применяемым лампам накаливания. Главные достоинства светодиодов по сравнению с последними (Приложение 7):

• экономичность и малое энергопотребление. По этому показателю они обходят даже популярные люминесцентные лампы;
• долговечность, которая также больше, чем у люминесцентных ламп;
• светодиоды позволяют получать самые разные спектральные свойства, при этом не требуется применение ламповых светофильтров;
• экологичность и безопасность, что делает их лучшей альтернативой люминесцентным лампам;
• небольшие размеры;
• светодиоды очень прочны;
• при использовании светодиодного освещения, а также при переработке таких осветительных средств исключено отравление ртутью и ее парами;
• значения инфракрасного и ультрафиолетового излучения крайне малы;
• тепловыделение при использовании светодиодов также незначительное;
• выраженные антивандальные характеристики.

Светодиоды используются в таком осветительном оборудовании как прожекторы, различные светильники, светодиодные ленты, светотехника декоративного характера, в современных ручных и налобных фонарях разного типа.

Уличное светодиодное освещение – это подсветка рекламных боксов, автомобилей, зданий, улиц, мостов, фонтанов, тоннелей. Как правило, такое освещение достаточно яркое, его можно увидеть издалека. Светодиодное освещение интерьерного типа подсвечивает внутренние помещения домов, магазинов, салонов, офисов, мебели, картин в галереях, музеях, зеркал.

Для экономии электроэнергии  необходимо правильно рассчитать количество ламп [1]:

                           N = (E_H * S * K_з * z)/(Ф *w ),                                        (1.1)

где N – количество ламп, шт

S – освещаемая площадь пола, м²

w - коэффициент использования светового потока лампы

K_з – коэффициент запаса

Ф – световой поток в расчетной точке помещения

Е_Н – нормируемая освещенность, лк

N = 400*72*1,2*1,1/(3000*0,7) = 18,1 = 18. Для помещения площадью 72 м² при заданном освещении необходимо 18 ламп.

Мы провели эксперимент, изучив зависимость освещения от мощности и вида лампы и сделала вывод (Приложение 8): На сегодняшний день люминесцентная лампа наиболее экономична и поэтому используется в учреждениях и на предприятиях. Но ее применение вызывает трудности в утилизации.

2. Экологические проблемы и их решение

Все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 1 до 70 мг), ядовитое вещество 1-го класса опасности («чрезвычайно опасные»). Причем соединения ртути в люминесцентных лампах значительно опасней ртути металлической. Эта доза может причинить вред здоровью, если лампа разбилась, и если постоянно подвергаться пагубному воздействию паров ртути, то они будут накапливаться в организме человека, нанося вред здоровью. По истечении срока службы лампу, как правило, выбрасывают куда попало. На проблемы утилизации этой продукции  индивидуальные потребители не обращают внимания, а производители стремятся отстраниться от проблемы.

Утилизация люминесцентных ламп [2]:

Приборы, в которых содержатся пары ртути, не должны попадать на свалку. Они относятся к приборам первого класса опасности, после выбрасывания их туда, это обязательно отразится на здоровье, ибо ртуть будет попадать в воду, в воздух, в почвы.

Об энергосберегающих лампах слышал, наверное, каждый. О необходимости перехода с обычных ламп накаливания на люминесцентные энергосберегающие лампы говорится и в программе ООН по окружающей среде.

Специалистам удалось подсчитать, что если на земле заменить все лампы накаливания на энергосберегающие, то это снизит потребление электроэнергии на 409 тераватт-часов, кроме того, удастся сократить выбросы углекислого газа в атмосферу на 246 млн. тонн.

По оценкам экономистов, переход на энергосберегающие лампы во всём мире окупится в среднем за год, при этом возможная экономия, к примеру, для Беларуси составит не менее 210 млн. долларов в год.

Преимущества энергосберегающих люминесцентных ламп

Световая отдача энергосберегающих люминесцентных ламп в 5 раз выше, чем у ламп накаливания. То есть люминесцентная лампа, имеющая мощность в 20 Вт., даёт столько же света, сколько 100 ваттная лампа накаливания, соответственно экономия электроэнергии составляет 80%. Хотя энергосберегающие лампы стоят на много дороже обычных, они дают ощутимую экономию в оплате электроэнергии. Благодаря тому, что в энергосберегающих лампах отсутствует нить накаливания, срок их службы значительно превышает срок службы обычных ламп. Так, если обычная лампа может гореть не более1-2 тысяч часов, то люминесцентная энергосберегающая лампа - от 6 до 15 тысяч часов. Однако срок службы энергосберегающих ламп сильно зависит от условий их эксплуатации. Так как время разогрева при включении у таких ламп составляет 1-2 минуты, их нельзя часто включать и выключать, также они не подходят для светильников с плавной регулировкой освещения, кроме того, люминесцентные лампы часто перегорают при сильных перепадах напряжения. Ещё одно преимущество люминесцентных ламп заключается в том, что они при эксплуатации практически не нагреваются, поэтому их можно использовать в небольших светильниках или настольных лампах, имеющих пластмассовые детали.

Люминесцентные лампы различаются по типу свечения: естественный свет, дневной и тёплый. Дневной свет наиболее подходит для освещения больших помещений, тёплый, для квартир и домов, так как он напоминает свечение лампы накаливания, а естественный, больше подходит для работы, требующей концентрации внимания, поэтому такие лампы лучше использовать в офисах.

Кроме люминесцентных существует ещё один вид энергосберегающих ламп – светодиодные лампы, благодаря тому, что в них отсутствует ртуть, они более безопасны при утилизации, однако они очень дороги, поэтому менее распространены.

Многие страны, оценив преимущество энергосберегающих технологий, решили осуществить переход на энергосберегающие лампы на государственном уровне. Так, в странах Евросоюза продажа ламп накаливания, мощность которых превышает 100 Вт. запрещена с 1 сентября, а в России и Мексике запрет на их продажу действует с 1 января 2011 года. К 2014 году наша страна намерена полностью прекратить производство ламп накаливания, а страны Евросоюза сделали уже в 2012 году. Это на породило большое количество споров и дискуссий относительно безопасности для здоровья человека энергосберегающих люминесцентных ламп.

Каким образом энергосберегающие лампы влияют на здоровье

Люминесцентные энергосберегающие лампы имеют высокий уровень ультрафиолетового излучения, поэтому они могут нанести вред тем, у кого повышена чувствительность кожи или имеется предрасположенность к кожным заболеваниям, таким людям рекомендуется находиться на расстоянии не менее 30 см от лампы[3].

По этой же причине выражают обеспокоенность специалисты ВОЗ по поводу установки таких ламп в детских лечебных учреждениях, так как особенный вред высокое ультрафиолетовое излучение может нанести детскому организму и организму беременной женщины и её будущему ребёнку.

Из-за того, что в люминесцентных лампах (в количествах от 3 до 5 мг.) имеется высокотоксичная ртуть, а при повреждении лампы концентрация паров ртути в воздухе может достигнуть 7 мкг на 1м3, что значительно превышает предельно допустимые концентрации, которые не превышают 0,35 мкг/ м.3. Поэтому, если люминесцентная лампа случайно разбилась, нужно немедленно проветрить помещение, а людям желательно, как можно быстрее выйти на свежий воздух, потом нужно собрать все осколки лампы в полиэтиленовый герметично закрывающийся пакет, тщательно вымыть пол с добавлением марганцовки и ещё раз проветрить помещение.

Из-за содержания ртути люминесцентные лампы должны утилизироваться с соблюдением всех мер экологической безопасности, выбрасывать на свалку такие лампы ни в коем случае нельзя! Удаление ртути из ламп называется демеркуризацией, её осуществляют специализирующиеся на этом предприятия, с использованием специального оборудования.

Для включения и выключения электроэнергии используют выключатели, чтобы сэкономить   потребляемую электроэнергию предлагаем  заменить  стандартный  выключатель на выключатель в кассете. (Приложение 9, 10).

Заключение

Наиболее распространенный способ экономии электроэнергии - оптимизация потребления электроэнергии на освещение. Ключевыми мероприятиями оптимизации потребления электроэнергии на освещение являются:

• максимальное использование дневного света (повышение прозрачности и увеличение площади окон, дополнительные окна);
• повышение отражающей способности (белые стены и потолок);
• оптимальное размещение световых источников (местное освещение, направленное освещение);
• использование осветительных приборов только по необходимости;
• повышение светоотдачи существующих источников (замена люстр, плафонов, удаление грязи с плафонов, применение более эффективных отражателей);
• замена ламп накаливания на энергосберегающие (люминесцентные, компактные люминесцентные, светодиодные);
• применение устройств управления освещением (датчики движения и акустические датчики, датчики освещенности, таймеры, системы дистанционного управления);
• внедрение автоматизированной системы диспетчерского управления наружным освещением (АСДУ НО);
• установка интеллектуальных распределённых систем управления освещением (минимизирующих затраты на электроэнергию для данного объекта).
• Для увеличения компетентности населения в вопросе энергосбережения следует:

      а) чаще проводить беседы с учащимися и их родителями, учителями на данную тему;

      б) проводить конференции на тему энгергосбережения и энергоэфективности, делать выставки, презентации и т.д.

Список используемой литературы

1. Айзенберг Ю.Б., Рожнова Н.В. Энергосбережение в светотехнических установках // Новости светотехники. М. 1999. выш. 4
2. Энергосбережение на промышленных предприятиях. Учебное пособие /Под ред. М.И.Яворского, 2000г.
3. Интернетресурсы:

• energosberejenie.org/
• elibzary.miu.by/jourmels/itew.
• www.physics.bsu.by/ru/node/419.

Приложение 1

Анкета по исследованию компетентности в электросбережении

1. Экономите ли вы электроэнергию дома?                  Да        Нет

                              На работе?                                       Да     Нет

2. Знаете ли вы о том, что есть энергосберегающие лампы?          Да                   Нет

3. Какие вы знаете виды энергосберегающих ламп?

_______________________________________________________________________________________

4. Пользуетесь ли вы этими лампами?         Да                        Нет

 Если используете, то довольны ли вы ими?     Да                          Нет

5. Какие по вашему мнению, энергосберегающие лампы лучше всего использовать дома? __________________________________________________________________________________

6. На работе? ________________________________________________________________________

7. Целесообразно ли использовать энергосберегающие лампы для экономии энергосбережения?       Да       Нет

Приложение 2

Виды источников света

Приложение 3

Виды ламп

Приложение 4

Люминесцентные лампы

Приложение 5

Таблица – Виды люминесцентных ламп

Приложение 6

Светодиодное освещение

Приложение 7

Приложение 8

Таблица  – Зависимость освещения от мощности и вида лампы

 Приложение 9

  Стандартный выключатель    

Приложение 10

Выключатель в кассете