"Экономия электроэнергии при замене ламп накаливания на энергосберегающие лампы" - исследовательская работа

Районная  научно-практическая конференция  школьников
                        «Первые шаги в науку»

Направление:              Информационные технологии
     (моделирование реальных процессов в электронных таблицах MS EXCEL)

Название работы: 

Экономия электрической энергии  при замене ламп накаливания на энергосберегающие лампы

Автор работы:  Декина Инесса Анатольевна

Место выполнения работы:  

МОУ «Весёловская средняя общеобразовательная школа» Городовиковского района Республики Калмыкия

Руководитель: 

Лещенко В.С., учитель информатики,                             «Отличник народного просвещения»

с.Весёлое

Оглавление

                                                                                стр.

Введение ……………………………………….    3

Сравнение основных характеристик энергосберегающих ламп и ламп накаливания………………………………………  5

Расчет экономии электроэнергии при замене ламп накаливания на энергосберегающие ……………………………… 7

Заключение ………………………………………. 10

Список литературы ……………………………… 11

Приложения ……………………………………… 12

Введение

Бурное промышленное развитие человечества в XX в. привело к интенсивному освоению топливной и атомной энергетики, постоянно возрастающей опасности радиоактивного заражения и парникового эффекта. Энергетика — это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами, с каждым годом истощая мировые запасы полезных ископаемых.

Поэтому сегодня, как никогда, актуальны понятия энергосбережения.

Мне кажется, стоит задуматься всем над расточительным потреблением энергии, так дорого нам достающейся. Если мы не способны ещё обеспечить себя энергией с экологически чистым её производством, то необходимо хотя бы сократить её использование. Мировая практика, равно как и российский опыт доказали, что энергосбережение обходится дешевле, чем строительство и ввод в эксплуатацию новых энергетических мощностей.

Сейчас на освещение уходит до трети всей сгенерированной в мире электроэнергии – это стоит примерно 260 млрд  долларов в год, поэтому в развитых странах не первый год ищут пути экономии. Здесь, как нельзя,  кстати, оказались энергосберегающие лампочки – компактные люминесцентные и светодиодные светильники.

Первыми еще в 2005 году от использования ламп накаливания стали постепенно уходить Бразилия и Венесуэла. Как ожидается, к 2014 году лампы накаливания мощностью 40 Вт и более перестанут освещать американские дома, а к 2015-2016 годам от них откажутся жители ЕС.
С 1 сентября 2009 года  во всех странах Евросоюза вступил в силу запрет на производство традиционных ламп накаливания мощностью 100 ватт и выше. Через год под запретом окажутся лампы накаливания в 75 Вт, в 2011 году – мощностью 60 Вт и т.д. В некоторых странах пошли на более радикальные меры: уже в 2010 году лампы накаливания исчезнут из обихода в  Австралии, на Кубе, Филиппинах.

В России насчитывается  около 400 млн световых точек, и в основном в них используются лампы накаливания. Известно, что каждая такая  лампочка уменьшает жизнь нашей планеты на пару секунд. В июле 2009г президент Российской Федерации Дмитрий Медведев заявил о необходимости применения энергосберегающих технологий и запрете с 2011 года производства ламп накаливания мощностью 100 Вт и более. Уже вступил в силу Федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности». Переход к использованию современных энергосберегающих ламп в России будет постепенным. С 2011 года предлагается полностью запретить закупку ламп накаливания только для госсектора и вывести из оборота лампы мощностью 100 ватт и более, которые сейчас занимают 14% рынка. С 2013 года будут запрещены лампы мощностью 75 ватт и более, а запрет на оборот всех ламп накаливания будет введен лишь в 2014 году.
Переход на энергосберегающие технологии, по подсчетам чиновников, обойдется России в 320-360 миллиардов долларов. Несмотря на то, что эта сумма кажется гигантской, по подсчетам аналитиков Всемирного банка и Международной финансовой корпорации, она все же втрое меньше, чем может быть потрачено на наращивание производства энергии для удовлетворения растущих потребностей экономики страны.

Как видим, проблема замены лампочек накаливания на энергосберегающие лампы остра и актуальна во всём мире.

Очень важно убедить население о необходимости  энергосбережения в каждой семье. А что может быть убедительнее цифр и расчетов?

Отсюда основные задачи моего исследования:

1. Изучение и сравнение технических характеристик лампы накаливания и энергосберегающей лампы
2. Расчёт экономии электроэнергии и денежных средств при замене ламп накаливания на энергосберегающие лампы.

При выполнении работы мною применялись такие методы исследования как сбор и обработка необходимой информации, построение математической модели и разработка компьютерной модели в среде электронных таблиц MS Excel.

Сравнение основных характеристик энергосберегающих ламп и ламп накаливания

Лампа накаливания, изобретённая Т.Эдисоном,  более 130 лет служит человечеству. Устройство её с тех пор практически не изменилось.

Раскалённая добела спираль излучает свет и тепло, причём только 5-8% приходится на долю светового излучения, остальное выделяется в виде тепла, способствуя созданию парникового эффекта на земле. Чем дольше работает лампа накаливания, тем ниже мощность светового потока, что значит следующее: лампа изо дня в день все хуже и хуже светит. К тому же, обычные лампы накаливания расходуют примерно в пять раз больше электроэнергии в сравнении с энергосберегающими  лампами.

Энергосберегающие лампочки 

состоят из электронного блока, цоколя и люминесцентной лампы. Принцип работы энергосберегающих лампочек отличается от принципа работы обычных ламп накаливания. Механизм работы люминесцентной лампы таков. Стеклянная колба заполнена смесью инертных газов и паров ртути, а ее внутренняя поверхность покрыта специальным люминофором. Под действием высокого напряжения в колбе с поверхности катода вырываются высокоскоростные электроны. Сталкиваясь с атомами ртути, они отдают часть своей энергии электронам, входящим в состав атома, и переводят их в возбужденное состояние. Оно неустойчиво: краткий промежуток времени - и возбужденный электрон возвращается  на стабильную орбиту, а избыток энергии выделяется в виде ультрафиолетового излучения. Люминофорное покрытие преобразует ультрафиолет в видимый свет. Для нанесения на внутреннюю поверхность энергосберегающих лампочек используются различные виды люминофора, имеющего разную цветовую температуру.  Поэтому свет, излучаемый лампой, может иметь разный спектр, обозначающийся  в Кельвинах (К).

  Холодный белый свет (6000-6500 К)  ярко-белое, голубоватое освещение. Подходит для офисных помещений, кабинетов. А вот в кухне и детской будет вызывать явный дискомфорт, утомляя глаз.
Тёплый белый свет (4000-5000 К) - тон, наиболее приближенный к стандартной лампочке накаливания, нейтральный мягкий свет. Подходит для гостиной и детской комнаты.
 Тёплый свет (2700-4000 К) - желтоватый, самый тёплый из спектра цвет. Подходит для кухни и спальни. А вот в рабочей зоне будет вызывать раздражение и дискомфорт.

Энергосберегающие лампы имеют различные формы: многоканальные (двух-, трех- и четырехдуговые), витые или спиралевидные, грушевидные, шарообразные, свечеобразные, цилиндрические, фигурные, с зеркальным отражателем. Форма лампы не влияет на ее работу. Мощность бытовых энергосберегающих ламп   от 3 до 85 Вт. В энергосберегающих лампочках вся энергия полностью превращается в свет. В результате одна энергосберегающая лампа в 20 Вт по светоотдаче примерно равна лампе накаливания в 100 Вт. При выборе энергосберегающей лампы  можно использовать специальную таблицу соответствия по световому потоку с лампами накаливания:

Все необходимые параметры указываются на упаковке энергосберегающей лампы.

Расчёт экономии электроэнергии и денежных затрат при замене ламп накаливания на энергосберегающие лампы

Сначала мы сделали расчет для подсчета экономии от одной энергосберегающей лампочки по отношению к обычной лампе накаливания. Все расчеты будут проведены в электронных таблицах, поэтому,  внеся изменения в ячейки, можно будет рассчитать экономию при различных входящих данных.

Табличная информационная модель:

Математическая модель:

 Экономию от замены одной лампы накаливания на энергосберегающую вычислим по формулам:

1. за сутки:  А1 = 0,001*(Рлн – Рэсл)*t   (кВтч)

2. за месяц:  А2  = А1*30

3. за год:       А3  = А1*365

4. за срок службы:  А = 0,001*(Рлн – Рэсл)*Кэсл

Подсчитаем теперь денежные затраты.

Тариф за электроэнергию в 2009 году составил  для населения сельской местности 1,72 рубля, поэтому умножив А1, А2, А3 и А на Т, мы получим соответственно денежные затраты за определённый период использования ламп.

Компьютерная модель:

Все расчеты выполним с использованием электронных таблиц MS Excel. Составим компьютерную модель, введя в электронную таблицу исходные данные и расчётные формулы.

1. Рассчитаем экономию электричества при замене одной лампочки 
   для расчетов мы взяли параметры энергосберегающих ламп, которые смогли приобрести в магазинах нашего района: это лампы производства японской компании NAKAi, и китайского производства MRiver, Camelion, ERA. Расчёты показали (Приложения №1,  №2), что наиболее экономичной оказалась энергосберегающая лампа ERA.
2. Расчёт экономии электроэнергии и денежных средств в квартире.
   Моя семья проживает на улице Спортивной в сельском доме, построенном по типовому проекту. (Приложение №6). По этому же проекту построены 64  квартиры нашей улицы. Подсчитав экономию электроэнергии в своей квартире, я смогу приблизительно оценить экономию для одной улицы села. В 2009г мы заменили в квартире 5 ламп накаливания из 10 на энергосберегающие. Используя электронные таблицы (Приложение №3), произвели расчеты. Экономия электроэнергии оказалась равной 286 кВТч,  т.е. только на освещении квартир одной улицы нашего села можно сэкономить около 18000  кВтч электроэнергии. За счёт высокой цены энергосберегающих ламп экономия денежных средств в первый год составила  -272 рубля. Но так как срок службы этих ламп составляет 8-10 лет, то в перспективе мы будем получать экономию не только электроэнергии, но и денежных затрат. Так, с учётом того, что цены на электроэнергию растут приблизительно на 20% в год, мы посчитали, что уже в 2010 году наша семья может сэкономить 590 рублей при такой замене ламп накаливания на энергосберегающие лампы. Так же я выполнила расчёты потребления и экономии электроэнергии в случае одновременной замены всех 10 ламп накаливания на энергосберегающие лампы. (Результаты – Приложение № 4)
3. Расчёт экономии электроэнергии и денежных средств в школьном здании.
   Здание нашей школы состоит из старого корпуса, построенного в 1962 году и нового корпуса застройки 1982 года. В новом корпусе освещение кабинетов и коридоров осуществляется с помощью люминесцентных ламп, и освещённость соответствует нормам СанПин. А вот с освещением кабинетов старого корпуса возникает следующая проблема: по нормам техники безопасности лампочки накаливания должны быть закрыты плафонами, но при этом снижается освещённость. При замене же ламп накаливания на более мощные плафоны лопаются, не выдерживая высокой температуры. Поэтому  замена ламп накаливания на энергосберегающие лампы позволила бы довести освещённость до требуемых санитарно-гигиенических норм и дала бы экономию средств. По заданию администрации школы  мы подсчитали, какую экономию средств даст такая замена.  В школе в настоящее время используется 95   ламп накаливания, из них 25 штук мощностью 100 Вт, 70 штук  мощностью 75 Вт.
   Произведённые расчёты показали: экономия электроэнергии составит 6789 кВтч в год, что в денежном отношении равняется 20774 рубля. (Приложение № 5). Сэкономленные на освещение средства могли бы быть направлены на другие нужды школы.

Заключение

Простота и доступность использования электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости  энергетических ресурсов земли, притупили чувство необходимости её экономии. Между тем, мы стоим на пороге энергетического и экологического кризиса.

Из приведённых выше расчётов очевидна экономия электроэнергии при замене ламп накаливания на энергосберегающие лампы.

Таким образом, на то, чтобы обычные лампы заменить энергосберегающими есть несколько серьезных причин: 
1. Люминесцентные энергосберегающие лампы расходую электроэнергии во много раз меньше (экономия электричества примерно 80%);
2. Служат энергосберегающие лампочки в 8-10 раз дольше обычных ламп накаливания;
3. Энергосберегающие лампы позволяют подбирать желаемый оттенок светового потока: дневной свет, холодный белый, мягкий белый свет и т.д.;
4. Энергосберегающие лампы характеризуются высокой светоотдачей, одинаковой во весь период службы.

Однако экологи  говорят о том, что в стране придётся создавать не только производство, но и систему утилизации новых светильников. Дело в том, что энергосберегающие лампы – ртутные и их нельзя просто выкинуть в мусорное ведро.
С люминесцентными лампочками нужно обращаться, как с термометрами – крайне бережно. Если ртутная лампа все-таки раскололась, необходимо аккуратно собрать все части в пластиковый пакет и как следует проветрить комнату – вредна не сама ртуть, а испарения этого металла. И все же возможная вредность – не такая уж проблема при близком рассмотрении. В Европе, например, отработавшие  энергосберегающие лампы собирают в специальные контейнеры для токсичных отходов, а затем подвергают промышленной утилизации. У нас в стране необходимо вести просветительскую работу среди населения по использованию энергосберегающих светильников и их утилизации. Ни в одном магазине района консультаций по использованию ламп мы не получили.

С результатами своих исследований мы выступили перед учащимися и учителями школы.

Считаем, что наша работа – первый шаг в подготовке населения нашего села к переходу от ламп накаливания к энергосберегающим источникам света.

Список использованных источников и литературы

1. Б.Безель, Энергосберегающие лампы, журнал «Техника и оборудование» , №9 2006г

2. Д.Буравчикова, «Лампа лампе рознь», газета «Аргументы и факты» №21, 2009г

3. Н.В.Макарова, Практикум по информационным технологиям, Питер, 2003г

4. Н.В.Макарова, Задачник по моделированию, Питер, 2003г

5. www.electro-mpo.ru

6. www.svetlon.ru