Нижегородская область

Администрация Шатковского района

Муниципальное образовательное учреждение

Лесогорская средняя общеобразовательная школа

Творческая работа по теме

«Радиоэкология и инженерная экология»

Предмет: физика

Выполнила :

учащаяся  11 класса

МОУ Лесогорская СОШ

Агаркова Наталья Юрьевна

Руководитель: Сатункина
Наталья Викторовна

Лесогорск 2015 г.

Содержание

Введение.

Вся деятельность человека связана с получением и анализом данных от своих пяти естественных чувств – зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса. При перечислении этих чувств неспроста первым часто упоминается зрение. Около 80 – 90 % информации человек получает при помощи органов зрения, примерно 8 – 15 % при помощи органов слуха и только от1 до 5 % при помощи остальных органов чувств – обоняния, осязания и вкуса. (Приложение 1, рис. 1) Поэтому зрительная информация и условия для её получения всегда стояли в ряду основных вопросов жизнедеятельности человека. Работа наших глаз напрямую зависит от условий освещения, а от работы глаз зависят и скорость, и качество любой деятельности, в которой зрение принимает хоть какое-то участие. Поэтому человек с незапамятных времен пытался хоть как-то осветить те места, где ему приходилось работать в темное время суток при отсутствии природного источника света – Солнца. С доисторических времен и до конца 19-го века единственным искусственным источником света был огонь - огонь от костра, факела, лучины, свечи, керосиновой или газовой лампы. Света от таких источников было явно недостаточно, хотя он и позволял кое-как выполнять многие виды работ.

Актуальность выбранной темы.

Положение коренным образом изменилось после изобретения электрических источников света в 70-е годы 19-го века. Наблюдательные предприниматели быстро заметили, что с улучшением освещения у рабочих повышается производительность труда и снижается количество брака, при этом, чем сложнее была работа, тем большей была отдача от улучшения освещения. Получалось, что вкладывать средства в освещение - дело выгодное, и электрический свет начал свое триумфальное шествие по заводам и фабрикам, вытесняя свечи и керосиновые лампы. Но тут же встал вопрос - а сколько надо света, чтобы хорошо выполнять работу и не делать лишних затрат на строительство новых электростанций и установку все большего количества ламп. Экономика всегда являлась основным фактором стимулирующим развитие новых, более конкурентоспособных систем электрического освещения.

Цель работы: изучение основных видов электрических источников света, их влияния на окружающую среду и на здоровье  человека.

Объект исследования: электрические источники света.

Предмет исследования: электрические лампы.

Гипотеза исследования: производство и утилизация электрических ламп отрицательно влияет на окружающую среду и здоровье человека.

Задачи исследования:

1.   Охарактеризовать основные виды электрических источников света;
2.    Рассмотреть функционирование электроламп; 
3.    Определить экологические аспекты производства и эксплуатации различных электрических источников света.
4.    Рассмотреть электромагнитный спектр излучения различных электрических источников света и его воздействие на человека и окружающую среду.

Основные виды электрических источников света.

Люди еще в давние времена заметили, что при сильном нагреве предмет излучает свет. Этот принцип лёг в основу работы лампы накаливания. Электрический ток, проходя через тонкую нить, сделал жизнь человека намного светлее.

Первая лампа накаливания была изобретена англичанином Деларю. Патрон, цоколь и выключатель изобрел американский изобретатель Томас Эдисон во второй половине 1870-х годов. Он же создал в 1880 году лампу со сроком жизни 40 часов, именно эти лампы вытеснили используемое до этого газовое освещение. А вот привычный для нас вид она приобрела лишь благодаря русскому изобретателю Лодыгину Александру Николаевичу.

В 1906 году Лодыгин продает патент в компанию GeneralElectric. И в 1909 году ученым Ирвингом Ленгмюром работающим в компании было предложено наполнять лампу инертным газом, что в очередной раз продлило ей срок жизни.

Лампа накаливания – самый распространённый в быту, на данный момент времени, источник света. Она отличается очень низкой ценой, приемлемым качеством цветопередачи и простотой установки.

Но, такая кажущаяся простота источника света соседствовала с большим количеством эксплуатационных недостатков ламп накаливания. Относительно низкий коэффициент полезного действия этой разновидности осветительных приборов вытекал в самом принципе получения светового потока. Так как основным источником света был нагрев тела, достаточно большая часть энергии расходовалась на тепловое излучение и не приносила с собой увеличения светимости ламп накаливания.

Уже на рубеже XIX – XX веков начались разработки люминесцентных источников холодного цвета. Светящимся телом в таких лампах была низкотемпературная плазма. А в середине двадцатых годов прошлого века была изобретена люминесцентная лампа с колбой покрытой люминофором, которая очень близка по конструкции к лампам, используемым в настоящее время. Промышленное производство таких ламп началось в конце тридцатых годов прошлого века опять же компанией GeneralElectric.

Сейчас в освещении используют современные компактные люминесцентные лампы, которые обладают лучшими светотехническими характеристиками и потребляют намного меньше энергии, чем лампы накаливания.

Хотя первое сообщение об излучении света твердотельным светодиодом было опубликовано экспериментатором Генри Раундом в 1907 году, изобретение твердотельного светодиодного источника "белого" света произошло только в 1994 году. После опытных разработок твердотельных излучателей разных цветов – красного, зеленого, желтого, синего и наконец, белого цветов в начале XXI века началось промышленное производство таких осветительных приборов.

В настоящее время стоимость светодиодных ламп упала более чем на 85 %. На международном рынке работают сотни производителей этих современных источников света.

Не успели остыть страсти в борьбе приверженцев классических осветительных приборов со сторонниками современных твердотельных источников света, учеными и специалистами университета УэйкФорестиз США заявлено об изобретении пластиковой лампочки, по всем параметрам превосходящей современные светодиодные источники освещения. По словам разработчиков, такие лампы практически невозможно разбить, плюс они светят ярче и не мерцают.

К преимуществам ламп FIPEL (field-inducedpolymerelectroluminescent, технология индуцированных полем электролюминесцентных полимеров) также относится очень высокий КПД: они совсем ненамного эффективнее светодиодных, но зато люминесцентным аналогам с ними уже не тягаться. Цвет испускаемого ими света почти полностью соответствует солнечному спектру.

Однако эти современные источники света обладают одним недостатком – сравнимо большей ценой по сравнению с лампами накаливания. Экономический эффект при этом достигается существенно меньшими эксплуатационными расходами современных систем освещения.

В настоящее время в России около 12% всей производимой электроэнергии расходуется на освещение. Этот показатель ниже среднемирового (19%) показателя и уровня развитых стран (например, США – около 22%). (Приложение 1, рис. 2)

При этом, доля энергоэффективных светильников в России сейчас составляет около 26%, что существенно ниже показателя наиболее энергоэффективных стран (например, в Японии – около 80%). Доля отечественных производителей на внутреннем рынке энергоэффективного освещения составляет менее 10%. (Приложение 1, рис. 3)

С 2011 в России введен запрет на оборот ламп накаливания мощностью более 100 Ватт. Введение ограничительных мер по обороту ламп накаливания существенно меняет структуру российского рынка осветительных приборов, так как лампы накаливания занимали его большую долю, около 72 %.

Полноценного производства энергосберегающих ламп на сегодняшний момент в России не существует. Около 90% рынка энергосберегающих ламп России занимает продукция трёх мировых производителей: Osram, Philips и GeneralElectric.

Производство, использование и утилизация осветительных приборов породили некоторые экологические проблемы, которые и будут рассмотрены далее.

Все источники света можно разделить на два вида:

- тепловые источники света, в которых свет возникает при нагревании тел до высокой температуры;

- люминесцентные, в которых свет возникает в результате превращения тех или иных видов энергии непосредственно в оптическое излучение, независимо от теплового состояния излучающего тела.

До конца 19 в. применялись в основном тепловые источники света, основанные на сжигании горючих веществ (свечи, масляные и керосиновые лампы, калильные сетки). Излучение в них создаётся раскалёнными в пламени мельчайшими частицами твёрдого углерода или калильными сетками. Они дают непрерывный спектр излучения. Их световая отдача очень мала и не превышает 1 лм/Вт (теоретический предел для белого света около 250 лм/Вт.).

В конце 19 в. появились первые практически пригодные электрические источники света, в создание которых большой вклад внесли русские учёные П. Н. Яблочков, В. Н. Чиколев, А. Н. Лодыгин и др. С начала XX в. электрическая лампа накаливания благодаря экономичности, гигиеничности и удобству в эксплуатации начинает быстро и повсеместно вытеснять источники света, основанные на сжигании горючих веществ. Современная электрическая лампа накаливания — тепловой источник света, в котором излучение создаётся спиралью из вольфрамовой проволоки, накалённой до высокой температуры (около 3000 °К) проходящим через неё электрическим током. Лампы накаливания — наиболее массовые источники света. Их светоотдача составляет 10—30 лм/Вт.

Типичная лампа накаливания общего назначения состоит из следующих частей (Приложение 2, рис. 4): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволоки, стеклянной колбы из которой откачивается воздух и которая заполняется инертным газом, и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к источнику электрической энергии. Все эти три элемента конструкции могут быть разного размера и различной формы в зависимости от назначения - общего назначения, с внутренним отражателем, витринная, для уличного освещения, для автомобильных фар, для карманного фонаря, фотографическая лампа-вспышка. В лампах с тремя режимами накаливания имеются две нити накала, которые можно включать по отдельности и вместе, получая разную яркость. Средний срок службы большинства ламп при номинальном напряжении составляет 750-1000 ч.

Срок службы лампы, а также световые характеристики зависят от условий эксплуатации. При изменении напряжения в сети происходит уменьшение срока службы лампы и изменение светового потока. Также большое влияние на срок службы оказывают различные механические воздействия, температура окружающей среды и влажность воздуха. Для достижения наиболее долгого срока службы необходимо следить за временем работы лампы, так как при продолжительной работе нить накала под действием высокой температуры нагрева постепенно испаряется, уменьшаясь в диаметре, вследствие чего лампа может перегореть. Чем выше температура нагрева нити, тем больше света излучает лампа и, тем самым, быстрее протекает процесс испарения вольфрама и сокращается срок службы.

Достоинства ламп накаливания состоят в низкой начальной стоимость лампы и необходимого для её производства оборудования, компактности, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока, надежной работе при низких температурах и довольно высокой при ее размерах световой отдаче. К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах перевесить достоинства, относятся низкий световой КПД, высокая рабочая температура и заметные колебания светового потока при изменениях напряжения питания.

Начиная с 30-х гг. ХХ века широкое распространение получили газоразрядные источники света. Благодаря более высокой световой отдаче, большему разнообразию по спектральному составу и другим характеристикам, чем у ламп накаливания, газоразрядные источники света находят большее применение (Приложение 2, рис. 5)

Электрический разряд, проходя сквозь инертный газ и пары ртути, заполняющие лампу, приводит к возникновению ультрафиолетового излучения, которое само по себе человеческим глазом не воспринимается. Но специальное вещество, покрывающее внутренние стенки лампы (люминофор), поглощая ультрафиолет, преобразует его в световое излучение – видимый и довольно яркий свет. Это явление и называется люминесценцией. Изменяя состав люминофора, производители имеют возможность изменять и оттенок свечения лампы.

Применение при производстве энергосберегающих люминесцентных ламп амальгамной технологии, при которой ртуть находится внутри в связанном состоянии, позволяет снизить ее содержание и повысить безопасность. Эта технология полностью исключает вероятность проникновения в помещение ртутных испарений.

Светоотдача такой лампы в несколько раз превышает светоотдачу ламп накаливания аналогичной мощности, энергопотребление ниже на 80%, а срок службы больше в 15-20 раз (конечно, при обеспечении качественного бесперебойного электропитания и соблюдении ограничений по количеству включений/выключений). Все это достигается за счет механизма действия люминесцентных ламп и инновационных технологий, применение которых предусматривает производство энергосберегающих ламп.

Основные достоинства газоразрядных люминесцентных ламп: большой (от 3000 до 25000 часов) срок службы, более высокая, чем у ламп накаливания, светоотдача, относительно невысокая (до 40 – 60 °С) температура нагрева при работе, небольшое, практически незаметное, влияние перепадов напряжения электрической сети. Недостаткитаких ламп: их высокая стоимость, в 10 и более раз превышающая стоимость ламп накаливания,хотя такие лампы в 10 и даже большее число раз служат дольше, чем лампы накаливания, необходимость в дополнительном оборудовании – пускорегулирующей аппаратуре, малая единичная мощность лампы при больших размерах, значительное снижение светового потока и его пульсация к концу срока службы, значительное снижение эксплуатационных характеристик при малейших технологических отклонениях во время производства этих ламп.

Еще одним типом ламп, превосходящих по параметрам обычные лампы накаливания – светодиодные лампы. Это лампы где свет излучается в результате электролюминесценции.

Электролюминесценция была обнаружена в 1907 британским экспериментатором H. J. Round в Лаборатории Marconi, использовался кристалл карбида кремния. Российский ученый О. В. Лосев независимо сообщил о открытии этого явления. Его исследование было опубликовано в российских, немецких и британских научных журналах, но из его открытия в течение нескольких десятилетий не было сделано никакого практического использования. И только в 2002 был изготовлен электролюминесцентный светодиодный излучатель с эффективностью 18-22 лм/Вт. Для сравнения, обычные 60–100 ватные лампы накаливания производят приблизительно 15 лм/Вт, а стандартные газоразрядные электрические лампы производят до 100 лм/Вт.

Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый p-n-переход (электронно-дырочный переход). (Приложение 2, рис 6, 7)  С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа – положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале р-типа приобретают дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.

При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах p- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны инжектируются в материал р-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа. Это называется прямым смещением.

Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал р-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света. Также как и в газоразрядных люминесцентных лампах в светодиодных источниках света используется люминофор для преобразования излучения невидимой человеком области спектра в видимую.

Для использования в целях освещения светодиоды должны быть объединены в систему, включающую оптику, драйверы, источники питания и теплоотводы. Светодиодный световой прибор - представляет собой систему, состоящую из светодиодов, источников питания и преобразователей напряжения, драйверов светодиодов, цепей контроля и управления, устройств для отвода тепла, а также линз и других оптических устройств для смешивания, рассеивания и выведения света.

Светодиодные лампы являются ещё более экономичными – с точки зрения энергосбережения, однако такие лампы сейчас стоят в 2-3 раза дороже люминесцентных ламп. С удешевлением комплектующих и, как следствие, самих ламп они начнут вытеснять и полностью вытеснят впоследствии люминесцентные лампы. По словам представителя компании «ЛИСМА-ВНИИС им. Лодыгина», будущее как раз за светодиодными лампами, так как такие лампы более экологичны и экономичны. Представитель компании «СЭПО-ЗЭМ» описывает ситуацию так: «Светодиоды в будущем – это более перспективные лампы. Сейчас происходит вытеснение люминесцентных ламп светодиодными, однако, на данном этапе – не очень активно. Люминесцентные лампы все еще в широком употреблении. Наша страна, конечно, может попытаться произвести скачок и от ламп накаливания сразу перейти к светодиодам, однако, на мой взгляд, лучше осуществлять постепенный переход через люминесцентные лампы».

По сравнению с другими электрическими источниками света, светодиоды имеют следующие преимущественные отличия:

- высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись по этому параметру с газоразрядными лампами, достигнув 150 лм/Вт;

- высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);

- длительный срок службы — от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день — 34 года). Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости;

- спектр современных светодиодов бывает различным — от тёплого белого (2700 °К) до холодного белого (6500 °К);

- малая инерционность — включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-фосфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 с до 1 мин, а яркость увеличивается от 30 % до 100 % за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды;

- количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света — ламп накаливания, газоразрядных ламп);

- безопасность — нет необходимости в высоком напряжении;

- нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам;

- экологичность — отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения, в отличие от люминесцентных ламп.

Основным недостатком светодиодного источника света является его значительная цена. На данном этапе разница в цене светодиодных источников и газоразрядных электролюминесцентных ламп в несколько раз превышает разницу, которая была во время внедрения этих газоразрядных электролюминесцентных ламп.

Вторым недостатком светодиодных ламп является ограниченное его время работы. Практика показывает, что срок в 100 000 часов практически недостижим. Сам производитель дает гарантию на срок 3-5 лет, а вовсе не на 11. Тут дело в том, что есть явление деградации, т.е. тихого умирания кристаллов светодиодов. Сначала они теряют яркость, потом совсем гаснут.

Третий недостаток светодиодных ламп, это неприятный спектр свечения. По свидетельству психологов, более 80% респондентов отрицательно отзываются о применении таких светильников дома. Тут сложно советовать - каждый выбирает на свой вкус и цвет.

Четвертый недостаток – светодиоды дают весьма направленный свет даже с наличием линзы, расширяющей угол свечения. Вам может понадобиться больше таких ламп для получения привычной равномерной освещенности. Конечно, можно применять выравнивающие матовые фильтры или линзы Френеля, но это снижает световой поток. Таким образом, дешевые светодиодные светильники производства Китайской Народной Республики по характеристикам часто уступают их же более дешёвым и привычным лампам и светильникам. При выборе светодиодных светильников по качественным характеристикам, сильно увеличивается стоимость покупки. Эта проблема рано или поздно исчезнет с течением технического прогресса, с увеличением мощности светодиодных светильников и снижением стоимости их производства.

Пятый недостаток светодиодных ламп заключается в том, что для стабильной и долговечной работы этих светильников нужно применять весьма дорогие блоки питания (драйвера для светодиодов) и системы охлаждения, так как светодиоды очень чувствительны к току питания, а также сбрасывают тепло в сторону, противоположную излучению света. Без этих устройств светодиоды быстро деградируют. Это, в свою очередь, увеличивает стоимость эксплуатации светодиодного оборудования.

Шестой недостаток – энергокомпании и государство только на словах заинтересованы в энергосбережении, т.к. это снижает прибыль. Так как нет реальных льгот на использование энергоэффективного оборудования, все трудности и расходы ложатся на плечи конечных потребителей. Именно поэтому после запрета 100 Вт ламп накаливания, заводы массово выпускают, а люди коробками закупают дешевые лампы с маркировкой 95 Вт.

Экологические аспекты массового производства и эксплуатации различных электрических источников света.

Производство и эксплуатация самых старых источников искусственного света – лам накаливания не таит в себе никаких экологических проблем. Человечество на своем пути развития, в течение почти целого столетия, выработало меры по безопасному производству ламп накаливания. Все опасные факторы современного производства ламп накаливания контролируются человеком и при соответствующей технологической дисциплине не могут оказать существенного влияния на экологию окружающей среды.

Использование ламп накаливания и их утилизация также не представляет проблем для человеческого общества. Во время эксплуатации и после утилизации ламп накаливания не происходит образование и выделение вредных веществ также способных повлиять на экологическую обстановку человеческого жизненного пространства. Конечно же, беспорядочное разбрасывание металлических и стеклянных останков от использованных ламп накаливания, не пойдет на пользу окружающей среде, но при соответствующем сборе и переработки в виде мелких отходов жизнедеятельности человека не может нанести существенного вреда окружающей среде.

Все вопросы производства и эксплуатации следующего поколения искусственных источников света – газоразрядных люминесцентных ламп в их экологическом аспекте в принципе могут быть решены путем создания экологических стандартов и их жесткого контроля. Человечество имеет опыт организации экологической безопасности на производствах использующих вредные вещества. Безопасная эксплуатация газоразрядных люминесцентных ламп в быту возможна только при всеобщей экологической грамотности населения.

Россия переходит с традиционных для нее ламп накаливания на энергосберегающие ртутьсодержащие лампы, которые требуют особой системы обращения. Ежегодный объем продаж ЭСРСЛ в нашей стране исчисляется десятками миллионов штук. Не будет преувеличением сказать, что энергосберегающие лампы пришли в каждый российский дом.

Маркировка большинства ртутьсодержащих ламп, продающихся в торговой сети РФ, не содержит понятной потребителю информации о содержащейся в лампе ртути, о рисках, связанных с возможностью попадания этой ртути в окружающую среду, о правилах поведения потребителей при повреждении лампы, о том, что такие лампы необходимо сдавать в специальные пункты и т.д.Сегодня фактически невозможно заставить россиян централизованно сдавать энергосберегающие компактные люминесцентные лампы на утилизацию даже в немногочисленные пункты их сбора.

В связи с отсутствием организованной системы сбора, отработанные компактные люминесцентные ртутьсодержащие лампы выбрасываются населением вместе с «обычным» бытовым мусором, загрязняя ртутью мусоропроводы, свалки и т.д., отравляя не только окружающую среду, но и негативно воздействуя на здоровье.

Отсутствие системы обеспечения ртутной безопасности, в том числе, контроля за оборотом ртути в стране, превратилось в одну из национальных угроз современной России.

Риски, связанные с внедрением ЭСРСЛ

В зависимости от технологии и типа в каждой люминесцентной лампе, особенно широко используемых в нашей стране, содержится от 20 до 300 мг ртути, в наиболее распространенных типах - от 60 до 120 мг.Отработанные ЭСРСЛ представляют серьезную угрозу для человека и окружающей среды при их разрушении, поскольку пары ртути обладают высоким и разнообразным токсическим эффектом, вызывают необратимые реакции в  организме человека.

Всемирная организация здравоохранения относит ртуть, отличающуюся разнообразным спектром негативного воздействия на живые организмы, к самым распространенным и опасным токсикантам для окружающей среды.

Ртуть и ее соединения вызывают общетоксическое действие (отравления), гонадотоксическое (воздействие на половые железы), эмбриотоксическое (воздействие на зародыши), тератогенное (пороки развития и уродства) и мутагенное (возникновение наследственных изменений) эффекты.

Опасность ртути и ее паров усугубляет высокая скорость испарения. Так, скорость испарения металлической ртути в спокойном воздухе при температуре окружающей среды 20°С составляет 0,002 мг с 1 см в час, а при 35-40°С на солнечном свету увеличивается в 15-18 раз и может достигать 0,036 мг/см в час.При разбивании ртутной лампы, содержащей 80 мг металла, образуется свыше 11 тыс. шариков ртути диаметром 0,01 см с общей суммарной поверхностью 3,53 см. Этого количества ртути, приусловии ее полного испарения, достаточно для того, чтобы загрязнить до уровня ПДК помещение объемом в 300тыс. м3.

Поэтому энергосберегающие ртутьсодержащие лампы представляют особую опасность с позиций локального загрязнения среды обитания токсичной ртутью.

В России отсутствует единая система обращения с ЭСРСЛ.

В РФ, согласно действующему законодательству, юридические и физические лица являются собственниками отходов, которые обязаны собирать и сдавать на утилизацию вышедшие из употребления отработанные лампы. Таким образом, обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения «происходит» за счет собственных средств.

Поэтому, о существующем порядке сбора и переработки ЭСРСЛ промышленных предприятий и государственных учреждений, можно говорить как о базисном элементе будущей общероссийской системы обращения с ртутьсодержащими отходами. С сожалением приходиться констатировать, что в целом по стране из более чем 70 млн. ртутных ламп, отслуживших свой срок, ежегодно перерабатывается не более 40%. Исключение составляют лишь некоторые районы страны

Анализ состояния реализации программ сбора и переработки отработанных энергосберегающих ламп за рубежом указывает на то, что имеющиеся подходы в Евросоюзе, США и других странах во многом зависят от общественного мнения, географического положения и финансовых возможностей конкретного государства. В Германии и ряде европейских государств все расходы на утилизацию электрического и электронного оборудования возложены на производителя. В США каждый штат вырабатывает и проводит собственную политику по утилизации отходов производства, которая включает программы сбора в магазинах, спонсируемые розничной торговлей (например, IKEA и др.), программы сбора, спонсируемые государством или коммунальными службами и т.д. Другими словами, большинство стран, которые массово используют ЭСРСЛ, успешно собирают отработанные лампы и утилизируют их.

По поводу экологической безопасности светодиодных источников искусственного света уже невозможно высказывать такие опасения как по ртутьсодержащим газоразрядным лампам, но следует учитывать, что элементарный светодиод это изделие полупроводниковой микроэлектроники, а при производстве таких полупроводниковых компонентов используются достаточно вредные для человека вещества и активные редкоземельные металлы. Только неукоснительное соблюдение технологической дисциплины и правил промышленной безопасности может гарантировать безвредное производство. Не следует забывать, что в светодиодный источник света может входить еще немало изделий полупроводниковой микроэлектроники, преобразователи напряжений, драйверы, системы защиты и управления также состоят из таких единиц. Поэтому в одном светодиодном источнике искусственного света отмечается повышенная концентрация полупроводниковых изделий. Утилизация вышедших из строя изделий и систем светодиодного освещения, хотя и в намного меньшей степени, но тоже требует специального сбора и переработки. В использованных элементах изделиях и элементах светодиодных осветительных систем концентрация вредных элементов в десятки и сотни раз меньшая, чем в газоразрядных лампах и ядовитые и канцерогенные вещества, как правила, находятся в связанном состоянии. Но все равно желательно иметь отдельную систему сбора таких изделий не смешивая её с бытовым и промышленным  мусором. Такой системы в России также нет.

Электромагнитный спектр излучения различных электрических источников света и его воздействие на человека и окружающую среду.

Зрительный аппарат человека сформировался за многие тысячи лет эволюции в условиях, когда единственным источником света было Солнце. Мы привыкли считать правильными те цвета предметов, которые они имеют при солнечном освещении. С конца 19-го века в жизнь людей стали активно вторгаться электрические источники света. Пока были только тепловые источники света (лампы накаливания), имеющие сплошной спектр излучения, зрительный аппарат человека подсознательно вносил коррективы в восприятие цветов при искусственном освещении, и проблем с оценкой качества цветопередачи не возникало. Положение резко изменилось с массовым внедрением газоразрядных источников света, имеющих не сплошной, а линейчатый или полосчатый спектр излучения. Люди стали замечать, что при освещении таким светом цвет предметов изменяется, и иногда изменение цвета бывает настолько сильным, что предметы становятся трудно узнаваемыми. Кроме того изменение спектрального состава излучения источников освещения с прерывистым и одно линейчатым спектром неадекватно влияет на некоторых людей вплоть до полной потери их работоспособности. Глаз человека различает в солнечном спектре более 120 градаций по цветовому тону, более 70 - по насыщенности каждого тона т более 25 ступеней - по яркости, что в сумме дает свыше 25 тысяч различных цветов и оттенков. Малейшее изменение цветоощущения человека может выбить его из привычной колеи.

Международными организациями было выбрано и согласовано несколько типов предметов, цвет которых оценивался при освещении их различными источниками света: человеческая кожа, зеленые листья растений, специальные выкраски. Оценки качества цветопередачи каждого из таких предметов при освещении их оцениваемым источником света по сравнению с освещением «стандартным» источником были названы «частными индексами цветопередачи, а средняя, из полученных 14-ти оценок — «общим индексом цветопередачи». За «стандартный» источник был принят свет тепловых излучателей, то есть ламп накаливания — их общий индекс цветопередачи по соглашению равен 100. Таким образом, у всех ламп накаливания индекс цветопередачи равен 100, а у всех других современных источников света он меньше 100.

Кроме общего индекса цветопередачи, нормы регламентируют и цветовую температуру источников света. По цветности излучения все источники света разделены на три группы: теплые {Тцв< 3500 °К), средние {Тцв = 3500 — 5300 °К) и холодные {Тцв> 5300 °К).

Для большинства видов работ и помещений рекомендуются «средние» источники света (Тцв = 4000 °К).

У газоразрядных источников света - люминесцентных, металлогалогенных, натриевых ламп — величина светового потока изменяется с удвоенной частотой тока сети. В России, странах СНГ, Европы и Азии частота переменного тока в электрических сетях равна 50 Гц; в США, Канаде и ряде других стран — 60 Гц. Следовательно, световой поток ламп изменяется («пульсирует») 100 или 120 раз в секунду — все газоразрядные лампы как бы мерцают с такой частотой. Глаз эти мерцания не замечает, но они воспринимаются организмом и на подсознательном уровне могут вызывать неприятные явления — повышенную утомляемость, головную боль и даже (по данным научных исследований) стрессы. Кроме этого, при освещении пульсирующим светом вращающихся или вибрирующих предметов возникает так называемый «стробоскопический эффект», когда при совпадении частоты вращения или вибрации с частотой пульсаций света или с её гармоникой предметы кажутся неподвижными, а при неполном совпадении - вращающимися с очень малыми скоростями. Это вызывает у людей ошибочные реакции и является одной из серьезных причин травматизма на производстве. Исключения составляют современные компактные люминесцентные лампы, имеющие на выходе встроенных источников питания либо переменное напряжение высокой часты, порядка 50 000 – 100 000 Герц, либо вообще постоянное напряжение, также предусматриваются фильтры препятствующие проникновению частоты промышленной сети на выход встроенных источников питания КЛЛ. Здесь следует упомянуть дешёвые КЛЛ производства КНР, в которых из соображений удешевления производства такие фильтры могут отсутствовать.

Еще одним фактором, влияющим на экологичность источников света, является возможность проникновения ультрафиолетового излучения за пределы самих источников освещения.

Ультрафиолетовые излучение (УФ) оказывают биологически положительное воздействие на организм человека, одновременно вызывая потемнение кожи - зрительный эффект (загар). Однако при высоких интенсивностях УФ могут вызвать ожоги кожи, ожог сетчатки глаз, что может привести к потере зрения. УФ излучение возникают при: работе кварцевых ламп, электрической дуги, работе лазерных установок.

В светодиодных источниках освещения существует возможность проникновения наружу излучения подобному излучению лазера. Излучение оптических квантовых генераторов сопровождается излучением опасным для глаз, возможны ожоги. Имеются также опасности; высокое напряжение, ионизация воздуха, появление озона, ЭМП, радиочастот, акустический шум.

Заключение

Из рассмотренных выше факторов экологической опасности современных источников искусственного освещения особо выделяются по своим вредным аспектам ртутьсодержащие газоразрядные лампы. Решение проблемы обращения с ртутьсодержащими отходами должно носить комплексный характер – охватывать управление обращением с ртутью на всех стадиях ее жизненного цикла: от производства товаров, содержащих ртуть, до обезвреживания ртутьсодержащих отходов, что требует формирования баланса ртути в целом по стране.

- Разработка единой для Российской Федерации нормативно-технической документации обращения ртутьсодержащих отходов и продукции (отдельный национальный стандарт), в том числе регламентировать деятельность как производителя ЭСРСЛ, так и торговых организаций.

- Обязать производителей ЭСРСЛ обеспечить наличие на упаковке каждого изделия Единой Памятки для покупателя с информацией о содержании ртути и правилах утилизации ламп.

- Создание специализированного федерального органа ответственного за реализацию государственной политики в сфере отходов производства и потребления, в том числе за обращение энергосберегающих ртутьсодержащих ламп, ведение ртутного баланса страны.

- Организация централизованной системы экологического мониторинга за РСО на всех этапах обращения (первичное образование, система сбора, обезвреживание, определение содержания ртутных загрязнений в природной среде).

- Единая система сбора отработанных ЭСРСЛ, которая должна предусматривать три пути:

I. Общественный (коммунальный) сбор (ТСЖ и ДЭЗы). В частности, необходимо определить места первичного сбора ЭСРСЛ в каждом жилом доме, разместить специальную тару, оборудовать их в соответствии с рекомендациями Санитарных Правил, обучить персонал в каждой управляющей компании, ТСЖ на право обращения с опасными отходами и, самое главное, определить процедуру финансирования всех этих мероприятий. На каждом пункте сбора в жилищном секторе необходимо иметь контейнер для целых ламп, контейнер для поврежденных ламп и демеркуризационный комплект для устранения возможных ртутных загрязнений, снабженный подробной инструкцией согласованной с территориальными органами Роспотребнадзора.

II. Добровольный возврат ламп в дополнительно организованных реализаторами ламп оборудованных пунктах сбора;

III. Возврат промышленными предприятиями, отработанных ламп.

- Утилизация ЭСРСЛ должна выполняться только специализированными предприятиями, имеющими соответствующую лицензию.

- Создание национальной системы подготовки и повышения квалификации специалистов, занятых в сфере обращения ЭСРСЛ, технического персонала организующего систему сборки и транспортировки и обезвреживания РСО, а также осуществляющих контроль на всех уровнях государственной власти.

- Формирование и реализация общероссийской программы санитарного просвещения населения в указанной сфере.

Только при реализации подобной программы можно быть уверенным, повсеместные использование энергосберегающих источников света не принесет очередную национальную трагедию, связанную с отравлением населения ртутью.

Внедрение энергосберегающих источников освещения и организации их производства в Российской Федерации, по мнению заинтересованных министерств и ведомств правительства РФ, может быть условно разделена на три этапа:

Первый этап характеризуется переходом потребления на энергосберегающие лампы, а также организацией производства энергосберегающих источников света в Российской Федерации.

Второй этап наступает сразу после отказа от оборота и производства на территории России ламп накаливания и характеризуется лидерством на рынке компактных люминесцентных ламп, продажи которых достигают в данный период своего пика.

Третий этап характеризуется бурным внедрением светодиодных источников освещения. Также на третьем этапе планируется выход на мировой светодиодный рынок с конкурентоспособной отечественной продукцией.

В число социально-экономических эффектов от реализации проекта внедрения энергосберегающих ламп и производства их в России входят:

• сокращение потребления электроэнергии минимум на 4%, или на 65 млрд. руб. в год при существующих тарифах. С учетом роста тарифа эффект будет еще более значительным;
• сокращение потребности в строительстве новых электростанций и инвестиций в них – 7,7 ГВт мощности и 350 млрд. рублей;
• сокращение выбросов CO2 – 26,5 млн. тонн ежегодно;
• сокращение использования энергоресурсов – 12,9 млн. тонн усл. топлива;
• создание новых рабочих мест – 1,5 тыс. мест (13,5 тыс. при интеграции в производственную цепочку);
• повышение производительности в отрасли – в 10 раз (за счет роста автоматизации и стоимости изделий).

Необходимость утилизации отработавших КЛЛ – 11,3 млрд. рублей, без учета стоимости необходимой инфраструктуры (затраты планируется переложить на производителей, розничные компании и импортеров).

Библиографический список.

1. Процентное соотношение различных видов информации при восприятии человеком. Восприятие, запоминание и преобразование сигналов живыми организмами. Ресурс N 134911 Единой коллекции Цифровых Образовательных Ресурсов.(С);
2. Ульмишек Л.Г.: Производство электрических ламп накаливания. М.-Л.: Энергия, 1966. – 640 с.
3. Лугман С.Н., Волков В.И.: Галогенные лампы накаливания. М.: Энергия, 1980. – 136 с.
4. Антошкин Ф.Н., Харитонов А.В., Савкин А.В.: Ртутные лампы высокого давления ДРЛ. Саранск: МГУ, 1992. – 140;
5. Микаева С.А., Федоренко A.C., Горюнов В.А., Лавренко Л.М. О возможности расширения функций и повышения экологичности источников света за счет применения композиций из полимерных и светотехнических материалов // Тезисы докл. на Всероссийской науч.-техн. конф. с межд. участием «Светоизлучающие системы. Эффективность и применение». - Саранск, 1994;
6. Янин, Е.П. Ртутные лампы как источник загрязнения окружающей среды. – М.: ИМГРЭ, 2005 – 28 с.;
7. Интернет-сайты заинтересованных в данном вопросе министерств и ведомств правительства России.
8. http://portal-energo.ru/articles/details/id/247
9. http://longlink.livejournal.com/9731.html
10. http://market.elec.ru/nomer/15/increases-ecological/
11. http://ecoprogress.pro/econews/latest-issue/technology/technology_253.html

Приложения

Приложение 1.

Приложение 2.