Эффективное использование электрической энергии - проект 2019

Отдел по вопросам образования

Ардатовского муниципального района Нижегородской области

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение “Личадеевская средняя школа”

 Областной конкурс проектных работ

по энергосбережению «МалоВАТТов»

Проект  

«Эффективное использование

электроэнергии дома»

Автор: учащаяся 7 класса Рыбакова Виктория   – 13 лет.

Руководитель: Клочкова Марина Владимировна – учитель физики

С. Личадеево

2019

                                                   Содержание.  

                                                                                                                                 СТР.

1.  Введение. …………………………………………………………………………..   3
2. Основные этапы работы над проектом ……………………………………………  4

1. Постановка проблемы  …………………………………………………………..   5
2. Цель проекта………………………………………………………………………  5
3. Задачи проекта…………………………………………………………………….  5

3. Основное содержание проекта……………………………………………………..   6

1. Что такое электричество………………………………………………………….   6
2. Определение ежедневного потребления электроэнергии………………………  7
3. Способы снижения потребления электроэнергии………………………………  8
4. Оценка затрат на применение выбранных способов снижения
   потребления электроэнергии……………………………………………………..  10

4. Заключение…………………………………………………………………………... 11
5. Используемая литература …………………………………………………………..  13
6. Приложение …………………………………………………………………………  14

1. Введение

Учитель физики предложила нам подумать над вопросом «Можно ли сэкономить на электричестве?». Меня заинтересовал этот вопрос, и я решила подробнее в нём разобраться. Обратилась за помощью к учителю, потому что не знала с чего начать. Она рассказала, что электроэнергия необходима нам везде и постоянно. Современный мир нельзя представить без электроэнергии. Её отсутствие парализует всю нашу жизнь. Остановятся фабрики и заводы. В наших домах тоже много электроприборов. Каждый электроприбор выполняет какую-то определенную функцию, имеет при этом свою мощность и различные режимы работы. Поэтому надо знать:

• какие электроприборы мы используем дома;
• какие электроприборы самые энергоёмкие;
• какими приборами их можно заменить;
• как выбрать оптимальный режим работы электроприборов.

“Какое же количество электроэнергии наша семья потребляет дома? Можно ли действительно сэкономить на электроэнергии?”. Кому-то эти вопросы покажутся смешными или даже в какой-то степени детскими, но меня они заинтересовали всерьез. После беседы с учителем я узнала у своих родителей, сколько электроэнергии мы потребляем ежемесячно и какую сумму приходится платить за электроэнергию. А затем, проанализировав ситуацию, решила найти способы экономии электроэнергии. В современных условиях необходимо уметь экономить денежные средства.  

Я составила план работы, записала все электроприборы. Уточнила у родителей количество используемых лампочек, различной мощности и модификации, используемых для освещения, а также мощность электроприборов; с помощью наблюдений подсчитала среднее время в течение, которого ежедневно горит каждая лампа, и работает техника. В своей работе, я решила не просто подсчитать затрачиваемое количество электроэнергии, но и расширить свои знания об электричестве в целом, о способах его получения, ну и самое главное, определить каким образом его можно сэкономить. Для этого мне пришлось рассчитать ежедневное среднее потребление электроэнергии дома, рассчитать денежные затраты на электроэнергию  и сравнить их с реальными затратами; подобрать способы снижения электропотребления без привлечения дополнительных денежных средств. Работа над проектом велась в течение одного месяца. Первая неделя – сбор информации обо всех приборах, потребляющих электроэнергию: мощность, общее время работы от сети, время использования.  Вторая неделя анализ полученных результатов. Третья неделя контроль за работой всех приборов, потребляющих электроэнергию. Четвертая неделя – составление отчета.

2. Основные этапы работы над проектом.
   

1. Постановка проблемы.
2. Определение целей и задач.
3. Составление плана работы над проектом.
4. Составление таблицы в программе Excel для ввода данных.
5. Сбор информации:

• список и количество электрооборудования, мощность электроприборов;
• определение часов работы всех ламп и электроприборов;
• уточнение у родителей количества электроэнергии, потребляемой нашей семьёй в среднем за месяц.

6. Ввод данных в таблицы Excel.
7. Выбор, введение и использование формул для подсчета количества потребляемой энергии.
8. Анализ полученных данных и сравнение с показаниями счетчика.
9. Изучение и анализ способов уменьшения потребления электроэнергии.
10. Выбор наиболее оптимального варианта уменьшения потребления электроэнергии.
11. Оценка затрат на применение выбранных способов снижения
    потребления электроэнергии
12. Анализ работы над проектом.
13. Оформление проекта.

Постановка проблемы

В современных условиях одними из ключевых направлений в экономике является экономное и рациональное использование энергоресурсов, так как их запасы уменьшаются с каждым днём, и поиск альтернативных источников энергии.

В современных условиях необходимо заниматься энергосбережением не только на предприятиях, в школе, но и дома. Находить эффективные способы для снижения потребления электроэнергии, для чего необходимо выяснить, какие именно лампы, электроприборы или бытовая техника составляют большую долю потребления электроэнергии.

Перед собой я поставила проблему: «Определить, какое количество электроэнергии потребляется в нашей семье? Найти способы экономии электроэнергии».

Цель:

  Выяснить, путём подсчетов, количество электроэнергии, потребляемое за месяц.  А также расширить свои знания об электричестве в целом, а также о приборах, работающих при помощи него. Найти способы снижения расходов на электроэнергию.

Задачи:

• Подсчитать электроприборов с указанием мощности, количество ламп, различной мощности и модификации, используемых в нашем доме.
• С помощью наблюдений подсчитать среднее время в течение, которого ежедневно горит каждая лампа, и работает бытовая техника.
• Рассчитать ежедневное среднее количество потребления электроэнергии.
• Рассчитать денежные затраты на электроэнергию  и сравнить их с реальными затратами.
• Найти способы экономии электроэнергии.

3. Основное содержание проекта

1. Что такое электричество

Электричество — система явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества. Начиная с XIX века, электричество плотно вошло в жизнь современной цивилизации. Электричество используют для освещения и передачи информации, а также для приведения механизмов в движение, например, электродвигатель, который активно используется на транспорте - трамвай, метро, троллейбус, электричка и в бытовой технике - утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина. В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения — аккумуляторы и электрические батареи. Сегодня электричество также применяют для получения материалов и для их обработки (сварка, сверление, резка), создания музыки (электрогитара) и т.д..

Электрический ток — упорядоченное нескомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Первая лампочка накаливания появилась в 1878 году.

В 1878г. английский ученый Джозеф Сван (1828-1914) изобрел электрическую лампочку. Это была стеклянная колба, внутри которой находилась угольная нить накаливания. Чтобы нить не перегорала, Сван удалил из колбы воздух. В следующем году знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон (1847-1931) также изобрел лампочку. После опытов с нитями из различных веществ он остановил свой выбор на обугленных волокнах бамбука. В 1880г. Эдисон начал выпуск безопасных лампочек, продавая их по 2,5 доллара. Впоследствии, Эдисон и Сван создали совместную компанию "Эдисон энд Сван Юнайтед Электрик Лайт компани".

Томас Эдисон жил и работал в Соединенных Штатах Америки всю свою жизнь. Он был самым продуктивным изобретателем из всех. За свою жизнь он запатентовал 1 093 изобретения, включая электрическую лампу накаливания.  В 1876 году он открыл первую в мире научно-исследовательскую лабораторию и назвал ее "фабрикой изобретений".

В  1880-е была «война токов между Томасом Эдисоном, придумавшим постоянный ток и Николой Тесла, открывшим переменный ток. Оба хотели, чтобы их системы широко использовались, но победил переменный ток, за простоту получения, больший КПД и меньшую опасность.

  В некоторых районах Южной Америки и Африки, где не было проведено электричество, можно было внутри жилища увидеть закрытые стеклянные банки, наполненные светлячками! Такие «лампы» давали на зависть яркий свет!

В пожарной дружине калифорнийского города Ливермор висит электрическая лампочка мощностью 4 ватта, работающая практически непрерывно с 1901 года. Гасла она лишь несколько раз при отключениях электричества и два раза при переезде.

2. Определение ежедневного потребления электроэнергии

Я посчитала общее количество всех ламп каждого вида, используемых для освещения, записав их мощность, а также количество используемых электроприборов. С 1 по 7 ноября я записывала время работы электроприборов. Для удобства составила таблицу и внесла туда все данные: количество, мощность, время работы. В течение недели я записывала время, когда был включен свет в каждой комнате и когда его отключали. Затем я посчитала, сколько электроэнергии мы тратим в среднем за 1 день. Для определения энергопотребления электроприборами я умножала их мощность на продолжительность их работы, отдельно для каждого вида ламп и электроприборов. Всего в доме ламп накаливания – 10 штук, энергосберегающих ламп – 5 штук, холодильник, морозильная камера, микроволновая печь, мультиварка, стиральная машина, отпариватель, утюг, 2 водонагревателя, телевизор, ноутбук. Энергопотребление численно равно работе тока: А=Pt, где A – работа, P – мощность, t время. Стоимость электроэнергии выражается в киловаттчасах. Чтобы получить работу в КВт•ч, мощность всех ламп и электроприборов я перевела полученные данные в кВт, для чего значение мощности в Вт разделила на 1000, а время сосчитала в часах. Для вычисления стоимости потребленной энергии в кВт·ч умножила количество энергии на цену за 1 кВт·ч. Стоимость 1 кВт*ч по социальной норме– 2,67 рубля, стоимость сверхнормы – 4,65 рубля. Все произведенные расчеты вставила в таблицы.

Расход электроэнергии на освещение в среднем за сутки

По моим расчетам ежедневное потребление электроэнергии дома составляет 20,14 кВт, на это необходимо 53,77 рубля, если считать по 2,67 рубля. В месяц получается – 604,2 кВт – 1613,01 рубля. Можно ли считать этот результат достоверным? Да, потому что он почти совпадает с реальным значением потреблением электроэнергии в день. Показания счетчика за ноябрь месяц 630 кВт, в среднем за 1 сутки получилось 20 кВт. Если бы расчет делали родители, то их сумма получилась бы больше, потому что нас в доме проживает 4 человека, иначе говоря – социальная норма – 200 кВт.

3. Способы снижения электроэнергии

Энергопотребление осветительной системы определяется мощностью осветительного оборудования и количеством времени. Иначе говоря, снизить потребление электроэнергии можно двумя основными способами: снижением мощности осветительных приборов и уменьшением времени работы. Причем это не должно приводить к снижению качества освещения.

Снижение номинальной (установленной) мощности освещения возможно при переходе к более эффективным источникам света.

Использовать это преимущество без снижения качества освещения можно несколькими способами.

Во-первых, возможно несколько снизить световой поток (и, как результат, мощность) ламп в начальный период их эксплуатации, когда отдаваемый новыми лампами световой поток превосходит необходимое значение. По мере старения ламп он может быть плавно увеличен, что, помимо экономии электроэнергии, обеспечивает и повышенную стабильность освещения во времени.

Во-вторых, если принять во внимание наличие в доме естественного освещения в светлое время суток, даже сниженная за счет компенсации указанных избытков освещенности мощность светильников окажется завышенной по сравнению с необходимой. Рациональным использованием дневного освещения (переходом от искусственного освещения к комбинированному) удается добиться наиболее значительной экономии энергии, так как во многие моменты времени суток светильники могут быть вообще отключены либо включены на минимальную мощность (1-10% от номинальной). Экономия электроэнергии при этом составит 25-40%.  

Итак, все перечисленное сводится к тому, что снизить потребление электроэнергии можно за счет изменения мощности ламп, а как регулировать мощность?

Экономия электроэнергии доходит до 25% в стандартом включении, т.е. тратится меньше электричества для создания определенного уровня освещенности. А по мере увеличения естественного света можно уменьшать яркость люминесцентных ламп и тем самым потреблять гораздо меньше электроэнергии.

 Вот представлена сравнительная таблица энергосберегающих ламп и ламп накаливания.
Данные таблицы убедительно показывает преимущество энергосберегающих ламп.

Но и у энергосберегающих ламп имеются свои недостатки.

Недостатки энергосберегающих ламп

• Ртуть и фосфор хоть и в очень малых количествах, присутствуют внутри энергосберегающих ламп.
• Фаза разогрева длится примерно 2  минуты,
• Неприспособленна  к функционированию в низком диапазоне температур (-15-20ºC),
• Лампы "не любят" частого включения и выключения.
• Высокая цена. Цена энергосберегающей лампочки  в 10-20 раз дороже обычной лампочки накаливания.
• Основная проблема: утилизация  

Я решила узнать больше о лампе накаливания. Лампа накаливания – это источник искусственного света, преобразующий электрическую энергию в световую за счет нагревания металлической спирали, так называемой нити накала. В качестве нити накала чаще всего используется спираль из вольфрама и сплавов на его основе. Конструкции ламп накаливания различны и зависят от назначения, но нить накала, колба и токовводы имеются в любой лампе. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели нити накала различной конструкции, лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы. Срок службы лампы накаливания составляет примерно 1000 часов. При увеличении напряжения срок службы снижается. Старая добрая «лампочка-груша» с её теплым приятным светом и сегодня для многих продолжает оставаться символом искусственного света. Такие её качества, как простота, доступность и универсальность объясняют ее большую популярность.

Преимущества ламп накаливания: 

• малая стоимость
• небольшие размеры
• ненужность пускорегулирующей аппаратуры
• быстрый выход на рабочий режим
• невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения
• отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы на любом роде тока
• возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• не боятся низкой температуры окружающей среды  

Недостатки ламп накаливания: 

• низкая световая отдача
• относительно малый срок службы
• хрупкость и чувствительность к удару
• цветовая температура лежит только в пределах 2300—2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок
• лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 90 Вт — 280 °C, 150 Вт — 300 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее.

«Мифы» о вреде…

Миф №1. Все энергосберегающие лампы вредны, т.к.  содержат пары ртути,  и неэкологичны.
Это не так: большинство производителей уже не применяют вредные для человека и природы пары ртути, а вводят в колбу вместо жидкой ртути металлический сплав "амальгама" - амальгама кальция. Данная технология расширяется. 

Миф №2. Энергосберегающие лампы вредны для глаз.

Этому мифу тоже есть объяснение - сам по себе встроенный балласт обеспечивает частоту разрядов 30-50 кГц - это 30-50 тысяч раз за секунду, что уже совершенно незаметно для глаз.

Миф №3. Ультрафиолетовое излучение от КЛЛ может вызвать раздражение кожи.
Как известно воздействие на человека люминесцентного освещения гораздо меньше, чем воздействие естественного солнечного, поэтому оно не сможет вызвать раздражение рук.

Изучив все о лампах накаливания можно сделать вывод: лампы накаливания очень удобны и практичны в использовании, они фактически не наносят вреда окружающей среде. Среди главных недостатков можно отметить большие затраты электроэнергии и малый (по сравнению с энергосберегающими лампами) срок работы.

Изучив материал о работе электробытовых приборов: компьютеров, водонагревательных приборов, стиральных машин, я узнала, что можно сэкономить, уменьшив мощность этих электроприборов, или выбрав оптимальный режим работы. Например, не обязательно включать водонагреватель на полную мощность, если нужно только помыть посуду, выключать водонагреватель, если не планируете пользоваться горячей водой. Включая стиральную машину, нужно учитывать количество белья и степень его загрязнения, для выбора оптимального режима. Заряженный ноутбук нужно отключать от сети и работать на нем в автономном режиме. Холодильник, морозильную камеру нужно регулярно размораживать, потому что если на стенках накопилось много льда, он начинает потреблять больше энергии.

4. Оценка затрат на приобретение выбранных способов снижения потребления энергии

Итак, по моим расчетам ежедневное потребление электроэнергии дома составляет 20,14 кВт, на это необходимо 53,77 рубля, в месяц получается – 604,2 кВт – 1613,01 рубля. Если бы расчет делали родители, то их сумма получилась бы больше. 50 кВт – социальная норма потребления энергии на одного человека. В нашем доме проживает 4 человека, т.е. социальная норма для нашей семьи – 200 кВт.  

200*2,67+404,2*4,65=2413,53 рублей.

Исходя из анализа результатов потребления электроэнергии, а также из анализа данных о различных видах ламп, я выяснила, что энергосберегающие лампы экономичнее, чем лампы накаливания в 6 раз. Поэтому за месяц можно сэкономить 75 рублей, используя энергосберегающие лампы. Однако следует помнить, что они дороже. Я рассчитала затраты. Необходимо купить 10 энергосберегающих ламп примерной стоимостью 120 рублей, что составит 1200 рублей, и снизит ежедневные расходы по использованию лампочек с 85,8 рублей до 10,8 рублей. На лампы накаливания пришлось бы потратить 300 рублей. Таким образом, необходимо дополнительно 900 рублей. Если в месяц мы будем экономить по 75 рублей, значит новые лампочки окупятся через год. Также если  учитывать, что стоимость электроэнергии зависит от затраченного количества килоВатт. Как я уже рассчитала выше, что мы потребляем энергии больше нормы в два раза, следовательно, за 400 кВт мы платим по 4,67 рублей. И разность составит 800,52=2413,53-1613,01. Анализируя эти данные можно сказать, что наши лампочки окупятся уже через месяц.  Таким образом, уже через месяц мы сможем сэкономить только на использовании энергосберегающих ламп, учитывая, что нам не нужно будет покупать новых энергосберегающих ламп, более 800 рублей на оплате электроэнергии.

4. Заключение

Задуматься об экономии электроэнергии необходимо на школьной скамье. Мне понравилась работа над темой исследования очень интересной и важной, особенно в современных условиях. Электричество необходимо нам ежеминутно, ежесекундно. Все системы работают за счет электричества. Отключение электричества на сутки – парализует работу всех систем. Проблема энергосбережения стала на сегодняшний день одной из самых актуальных проблем во всем мире. Многие государства начали приводить меры по экономии электроэнергии. В Российской Федерации тоже принято решение о переходе на энергосберегающие технологии.

Еще в ноябре 2009 года президент России подписал Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Президентская комиссия по модернизации намерена осуществить переход России с ламп накаливания на более перспективные технологии, которыми и являются светодиодные лампы.

Сейчас энергосберегающие лампы заменяют на светодиодные лампы – самые дорогие и эффективные из существующих источников домашнего освещения. Продолжительность горения светодиодной лампы в 30 раз выше, чем у лампы накаливания, а потребление электроэнергии в 10 раз ниже. Поэтому можно сразу менять лампы накаливания на светодиодные лампы. В нашей семье нет возможности сделать такую замену всех ламп, но мои родители прислушались к моему предложению и согласились постепенно заменить все лампы на светодиодные.

Сегодня экономией электроэнергии занимаются государство, коммерческие организации, частные лица. Постепенно эта работа становится неотъемлемой частью жизни человека, т. к. имеющиеся источники энергии иссякают, а новые источники электроэнергии еще не используются в полной мере.

Я, выполняя свой проект, определила, как можно изменить и уменьшить энергозатраты. Такое предложение понравилось моим родителям, ведь они смогут экономить наш семейный бюджет, и использовать сэкономленные деньги на другие потребности. Для определения способов энергосбережения источником информации в основном были сайты интернета. Анализ количества потребляемой электроэнергии выполнила самостоятельно с помощью расчетов. Реальное потребление электроэнергии, показания электросчетчика, совпало с моими расчетами. Я научилась подсчитывать не только расход электроэнергии, но и нашла способы снижения ее потребления, без особого влияния на семейный бюджет.

Из вышеперечисленного можно сделать вывод. Лучше использовать энергосберегающие и светодиодные лампы, так как лампы накаливания хотя и очень удобны, и практичны в использовании и изготовлении, а также они фактически не наносят вреда окружающей среде и цена покупки радует, однако отмечается большая затрата электроэнергии и малый по сравнению с энергосберегающими лампами срок работы. Для экономии электроэнергии также следует следить за горящими лампами, выключать, если достаточно естественного освещения.

Ноутбук мы тоже в семье используем регулярно, причем не выключаем его даже когда отдыхаем, чтобы не тратить время на его включение и выключение. Чтобы уменьшить расход электроэнергии, потребляемой ноутбуком, необходимо после завершения работы на время отдыха ставить ноутбук в спящий режим, при этом количество потребляемой энергии уменьшается. А когда ноутбук заряжается отключать его от сети и использовать энергию, накопленную на аккумуляторе. Можно сэкономить, уменьшив мощность электроприборов, или выбрав оптимальный режим работы. Включая стиральную машину, нужно учитывать количество белья и степень его загрязнения, для выбора оптимального режима. Холодильник, морозильную камеру нужно регулярно размораживать, потому что если на стенках накопилось много льда, он начинает потреблять больше энергии.

Познакомившись с учебной литературой, сайтами в интернете я узнала для себя очень много новой информации, которая пригодится мне в жизни. Также в процессе работы над проектом я узнала об электричестве, изучила историю источников освещения, научилась проводить необходимые расчеты. При работе над проектом мне пригодились навыки работы на компьютере в программах Word и Excel

5. Используемая литература и Интернет-сайты.

1. Журнал «Физика в школе» - 2012 – 2014 г.
2. Хрестоматия по физике: Учеб. пособие для учащихся средн. шк./ Сост. А.С.Енохович и др.: Под ред. Б.И.Спасского – 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1987.
3.  Блудов М.И. Беседы по физике ч.2. Учеб. пособие для учащихся/ Под ред. Л.В.Тарасова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1985.
4. Научные забавы. Физика: опыты, фокусы и развлечения: пер. с фр. / Том  Тит; худож. А. Пойэ, Г. Нексов. – М.: АСТ: Астрель, 2008. – 222, (2) с.
5. http://www.technolux.info
6. http://edu.rin.ru/
7. http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/elmag/metod/

Приложение 1.

Сбор данных

Приложение 2

Таблица расчетов