Анализ снижения электропотребления при использовании энергосберегающих ламп.
опыты и эксперименты на тему

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Анжеро-Судженский горный техникум»

Анализ снижения электропотребления

при использовании энергосберегающих ламп

Направление: «Энергетика»

Выполнили студенты гр.2ГЭ-15:

Овчинников Михаил Анатольевич

Костюков Максим Сергеевич

Руководители:

Лысенко Ольга Николаевна – преподаватель

Григорьева Ольга Александровна – преподаватель

Анжеро-Судженск, 2017 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………….3

Глава 1. Лампа как объект исследования………………………………….4

1. 1.1 Изобретение лампы накаливания…………………………...……4
2. 1.2 История создания энергосберегающей лампы…………………4

3. Правильная утилизация энергосберегающих ламп…………6

Глава 2. Экспериментальная часть…………………………………………8

2.1 Описание стенда……………………………………………………8

2.2 Эксперимент с энергосберегающей лампой…………………….8

2.3 Эксперимент с лампой накаливания……………………………..9

Глава 3. Расчетная часть…………………………………………………..10

3.1 Расчеты потребляемых мощностей……………………………10

3.2 Сравнение потребляемых мощностей…………………….……12

3.3 Сравнение затрат на оплату электроэнергии при использовании различных ламп…………………………………………………………………….12

Заключение………………………………………………………………….13

Список используемой литературы………………………………………….14

Приложение

Введение

Жизнь современного человека невозможно представить без использования искусственного освещения. Для жизни и работы людям просто необходимо использование электроэнергии для питания бытовых приборов и искусственного освещения с применением различных типов ламп. По статистическим данным средняя российская семья значительную долю коммунальных выплат тратит на оплату электроэнергии. Так как, изрядное количество электроэнергии расходуется на освещение, актуальным становиться вопрос об энергосбережении.  Одним из путей решения данной проблемы является переход на применение энергосберегающих ламп вместо привычных ламп накаливания.

Цель работы: экспериментальным путем доказать эффективность энергопотребления, при использовании энергосберегающих ламп.

Задачи работы:

 - провести эксперимент по сравнению потребления энергии при использовании энергосберегающей лампы и лампы накаливания;

 - сравнить результаты и рассчитать экономический эффект.

Объект исследования: лампа накаливания и энергосберегающая лампа.

Методика исследования:

1.Поиск и анализ информации об энергосберегающих лампах и лампах накаливания.

2.Проведение эксперимента.

3.Сбор данных эксперимента.

4.Выполнение необходимых расчетов.

4. Анализ полученных результатов эксперимента.

Глава 1. Лампа как объект исследования

1.1 Изобретение лампы накаливания

Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879г. он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880г. он возвращается к угольному волокну и создает лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрел патрон, цоколь и выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение. Он усовершенствовал телеграф, телефон, киноаппаратуру, разработал один из первых коммерчески успешных вариантов электрической лампы накаливания, построил первые электровозы, изобрел фонограф.

Устройство лампы накаливания.

Рисунок 1. Устройство лампы накаливания

1.2 История создания энергосберегающей лампы

Официально первая люминесцентная лампа была создана в начале прошлого века инженером-изобретателем из США Питером Купером Хьюиттом, получившим на нее патент 17 сентября 1901 года. Хотя некоторые исследователи оспаривают его первенство в изобретении, называя «отцом» люминесцентной лампы малоизвестного немецкого физика Мартина Аронса, экспериментировавшего с ртутными лампами в конце XIX века.

Изобретенная и запатентованная Хьюиттом люминесцентная лампа содержала ртуть, пары которой нагревались проведенным через нее электротоком. Лампа Хьюитта была шарообразной формы и слегка изогнута, она давала больше света, чем лампы Эдисона, но свет этот был голубовато-зеленым, неприятным для глаза. По этой причине первые ртутные лампы использовали только фотографы и они не получили широкого распространения.

Люминесцентная лампа в ее практически современном виде была создана группой немецких изобретателей во главе с Эдмундом Гермером, запатентовавшими свое изобретение 10 декабря 1926 года.

Энергосберегающая лампа состоит из трех основных компонентов: цоколя, люминесцентной лампы и электронного блока.

Цоколь предназначен для подключения лампы к сети.

Электронный блок (ЭПРА: электронный пускорегулирующий аппарат) обеспечивает зажигание (пуск) и дальнейшее горение люминесцентной лампы. ЭПРА преобразует сетевое напряжение 220В в напряжение, необходимое для работы люминесцентной лампы. Благодаря ЭПРА энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания свойственного обычным люминесцентным лампам.

Люминесцентная лампанаполнена парами ртути и инертным газом (аргоном), а её внутренние стенки покрыты люминофорным покрытием.

Рисунок 2. Люминисцентная лампа

Именно Гермеру пришла идея нанести флуоресцирующее покрытие на стеклянную поверхность лампы изнутри, которое преобразовывало ультрафиолетовое свечение ртутной лампы в белый свет, не режущий глаз. Альберт Халл, инженер компании «General Electric», разработал люминесцентную лампу с аналогичным покрытием к началу 1927 года, но компания была вынуждена приобрести патент Эдмунда Гермера, как оформившего его раньше.

С момента приобретения патента Гермера инженеры «General Electric» активно принялись за совершенствование люминесцентных ламп, стараясь довести их до серийного производства. Для сокращения размеров колбы были созданы лампы круглой и U-образной формы, продемонстрированные на стенде «GE» на всемирной нью-йоркской выставке 1939 года, лампы с компактной спиралевидной колбой разработаны инженером «General Electric» Эдвардом Хаммером в 1976 году. Впрочем, спиралевидные люминесцентные лампы в 80-х так и не были запущены в производство, поскольку руководители компании сочли расходы на строительство новых заводов чрезмерными. В 1995-м медлительностью «General Electric»воспользовались китайские производители, наладив выпуск энергосберегающих ламп со спиралевидными колбами.

Рисунок 3. Строение энергосберегающей лампы

Особенности энергосберегающих ламп, их достоинства и недостатки
энергосберегающие лампы – это прорыв и улучшение технологий освещения. Начнем с того, что в категорию «энергоэффективных» попадают сразу несколько разновидностей ламп и светильников на их основе, каждая из которых обладает своими показателями и светоотдачи, и экономичности. В частности, наиболее энергоэффективными на сегодняшний день являются светодиоды: это более прочные и долговечные лампы, самые дорогие в закупке, зато самые выгодные в эксплуатации.

Но в повседневной жизни энергосберегающими чаще всего называют только один тип ламп, а именно люминесцентные компактные лампы. Их конструкция и размер колбы позволяет использовать их в тех же стандартных цоколях, что устаревшие лампы накаливания. При этом они расходуют меньше электричества, что обеспечивает люминесцентным лампам большую популярность в бытовых условиях. Более того, они могут производить поток света разной цветовой температуры, от 2700˚ Кельвина («теплый» желтый свет) до 6500˚ Кельвина «холодный» белый свет. Даже законодательные инициативы на территории РФ и других стран способствуют распространению люминесцентных энергосберегающих ламп.

Действительно, эти лампы светят мягче и стабильнее, их стоимость многократно окупается за счет сэкономленного электричества. Но при этом людям с повышенной чувствительностью к ультрафиолету нужно использовать их с осторожностью, потому что небольшая доза излучения выходит наружу сквозь стеклянную колбу этих ламп. Кроме того, в их составе содержится свободная ртуть, пары которой попадают в атмосферу при повреждении лампы. Поэтому даже самые современные конструкции ламп с пониженным содержанием ртути после завершения срока эксплуатации нельзя выбрасывать вместе с другими бытовыми отходами. Как и батарейки, энергосберегающие лампы требуют специальной утилизации.

1.3 Правильная утилизация энергосберегающих ламп

Ртуть, скрытая внутри колбы люминесцентной лампы, относится к чрезвычайно опасным веществам. Тем не менее, этот факт игнорируется не только некоторыми производителями осветительного оборудования, но и покупателями, применяющими энергосберегающие лампочки в своих домах. И если халатность первых еще можно объяснить стремлением к получению финансовой выгоды и нежеланием отпугивать мнительных потребителей, то беспечность последних чревата серьезными последствиями для окружающей среды и человеческого здоровья.

Все организации, использующие в своих производственных и офисных помещениях энергосберегающие лампы, должны заключать с поставщиками осветительных приборов договоры, оговаривающие их сдачу по истечении срока годности. Эти использованные лампочки передаются на утилизационные предприятия. Но, во первых, далеко не все организации соблюдают это правило, а во-вторых, далеко не во всех населенных пунктах существуют специальные заводы по переработке токсичных отходов. А что касается частных потребителей, то большинство из них не только не утруждают себя сдачей лампочек в утиль, но даже и не подозревают о такой необходимости.

Рисунок 4. Утилизация энергосберегающих ламп

Централизованных пунктов приема использованных ламп нет даже в большинстве крупных городов. Зато есть специальные предприятия, занимающиеся транспортировкой и утилизацией отходов, содержащих ртуть и другие ядовитые вещества. Правда, услуги этих компаний не бесплатны, а потому с ними сотрудничают в основном промышленные организации, вынужденные находить пути сбыта отходов. Отдельные граждане могут внести свой вклад в общее дело защиты окружающей среды разве что таким образом утилизировать:

1. Сортируйте мусор и не кладите использованные лампы в мусорное ведро, содержимое которого отправляется в мусоропровод и/или на свалку. Откладывайте лампы отдельно, упаковывайте в герметичные пакеты и сдавайте их в пункты приема.
2. Если чувствуете желание и силы, проявите полезную инициативу на уровне своего подъезда и/или дома. Для этого установите емкости, в которые ваши соседи могли бы складывать использованные лампы. Обязательно проинформируйте об этом общественность и приблизительно раз в месяц собирайте отходы и сдавайте в пункты приема.
3. Найти пункты приема в своем городе можно с помощью социальных сетей и объявлений в интернете. Сотрудники таких пунктов контактируют с предприятиями-переработчиками и смогут подсказать, как поступать с лампами, или принять их тоже.
4. Если вы случайно разбили или иначе повредили люминесцентную лампу, немедленно наденьте резиновые перчатки и соберите осколки ее колбы, а пол протрите концентрированным раствором марганцовки. Помещение хорошо проветрите, а впредь будьте не менее осторожны в обращении с энергосберегающими лампочками, чем с ртутными термометрами.

По закону, использованные энергосберегающие лампы и их осколки обязаны принимать у граждан во всех ЖЭКахи РЭУ (ремонтно-эксплуатационное управление). Интересно, что в сервисных центрах магазинов тоже организованы пункты приема ламп. Затем отходы направляются на немногочисленные заводы для конечной утилизации. Там лампы разбирают, отделяя содержащий ртуть люминофор от цоколей и стекла. Люминофор обрабатывают химикатами, засыпают цементом и закрывают в герметичной таре.

Несмотря на то, что количество ртути в каждой отдельной энергосберегающей лампочке очень мало, их массовое скопление на свалках грозит значительным загрязнением биосферы. Раньше для производства люминесцентных ламп использовался еще более опасный Криптон-85, который впоследствии был заменен ртутью. Самые новые разработки предполагают использовать вместо ртути ее сплавы, или амальгаму, что несколько сдерживает пары ртути. Но даже эти усовершенствования не отменяют необходимости внимательного отношения и специальной утилизации энергосберегающих ламп.

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Описание стенда

На данном стенде смонтированы:

- однофазный счётчик;

- автоматы;

Счётчик опломбирован.

Данный стенд предназначается для выполнения расчётно-практических заданий.

Рисунок 5. Стенд по учёту расхода электроэнергии в электрических сетях

2.2 Эксперимент с энергосберегающей лампой

 Подключили стенд с энергосберегающей лампой.

Рисунок 6. Включение энергосберегающей лампы в работу стенда

Прошло 24 часа.

Рисунок 7. Показания счетчика через 24 часа работы энергосберегающей лампы

Результаты измерений:

Потребляемая мощность за 24 часа = 1 кВт.

1. Расчет потребляемой мощности энергосберегающей лампы в течение месяца.

где P – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течение месяца;

N - количество дней;

p – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течение дня:

2. Расчет потребляемой мощности энергосберегающей лампы в течении года.

где P – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течении года;

 - количество дней в году;

p – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течении дня;

2.3 Эксперимент с лампой накаливания

Подключили стенд с лампой накаливания.

Рисунок 8. Включение лампы накаливания в работу стенда

Прошло 24 часа.

Рисунок 9. Показания счетчика через 24 часа работы лампы накаливания

Результаты измерений:

Потребляемая мощность за 24 часа = 2 кВт.

1. Расчет потребляемой мощности лампы накаливания в течение месяца.

где P – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течение месяца;

N - количество дней;

p – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течение дня:

3. Расчет потребляемой мощности энергосберегающей лампы в течении года.

гдеP – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течении года;

 - количество дней в году;

p – потребляемая мощность энергосберегающей лампы в течении дня;

Глава 3.Расчетная часть

3.1 Расчеты потребляемых мощностей

Расчеты затрат на электроэнергию, при использовании энергосберегающей лампы за год.

Стоимость 1кВт = 2,13 руб;

P (за год) = 365 кВт.

Расчеты затрат на электроэнергию, при использовании лампы накаливания за год.

Стоимость1 кВт = 2,13руб;

P (за год) = 730кВт.

А теперь рассчитаем затраты на электроэнергию за год в однокомнатной квартире с 5 лампами.

1. Энергосберегающая лампа        

n = 5 ламп; p(1 лампы) = 366 кВт;

uде P- потребляемая мощность 5 ламп в течение года;

      p - потребляемая мощность 1 лампы в течение года;

      N – количество ламп.

Затраты:

где  З –затраты на электроэнергию за год;

P – мощность;

C – стоимость 1кВт.

2. Лампа накаливания.

n = 5 ламп; p(1 лампы) = 730 кВт;

где P- потребляемая мощность 5 ламп в течение года;

      p - потребляемая мощность 1 лампы в течение года;

      n – количество ламп.

Затраты:

где  З –затраты на электроэнергию за год;

       P – мощность;

       C – стоимость 1кВт.

Делаем вывод, что использование ламп накаливания выходит в 2 раза дороже, чем использование энергосберегающих ламп.

3.2 Сравнение потребляемых мощностей.

Таблица 3.1 -  Сравнение потребляемых мощностей

3.3 Сравнение затрат на оплату электроэнергии при использовании различных ламп.

Таблица 3.2 - Сравнение затрат на оплату электроэнергии при использовании различных ламп

Экономический эффект: затраты за год на лампу накаливания – затраты за год на энергосберегающую лампу.

Экономический эффект:

Вывод:  Энергосберегающие лампы экономически выгодны, так как они потребляют в 2 раза меньше электроэнергии, что доказано в нашем эксперименте, а также затраты на оплату электроэнергии при использовании энергосберегающей лампы в 2 раза меньше затрат на оплату электроэнергии при использовании ламп накаливания.

Заключение

Доступность электроэнергии породила у многих людей иллюзию о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов и притупило чувство необходимости ее экономии. Поэтому в данной работе был поднят вопрос о практических мерах энергосбережения, каковыми и является использование энергосберегающих ламп.

Таким образом, в результате проведенного эксперимента мы получили следующие результаты:

- выяснили основные преимущества и недостатки ламп накаливания и энергосберегающих ламп;

- убедились, что использование энергосберегающих ламп выгодно, если лампа прослужит заявленный на ней срок;

- расчетным путем установили, что экономия при использовании энергосберегающих ламп составила – 777,45 руб/год;

Цель работы достигнута - экспериментальным путем доказана эффективность энергопотребления, при использовании энергосберегающих ламп.

Надо твердо запомнить, что нельзя выбрасывать энергосберегающие лампы в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры, так как в них содержатся пары ртути. Отработанные энергосберегающие лампы нужно собирать в специальные контейнеры для токсичных отходов. Поэтому для повсеместного применения энергосберегающих ламп надо сначала создать пункты приёма отработанных ламп в каждом городе и посёлке.

Список использованной литературы

1. Как утилизировать энергосберегающие лампы [Электронный ресурс]/ www.kakimenno.ru. – Режим доступа:http://kakimenno.ru, свободный. – Загл. с экрана.
2. Энергосберегающие лампы – подробная информация [Электронный ресурс]/www.rmnt.ru.– Режим доступа: http://www. rmnt.ru/story/electrical, свободный. – Загл. с экрана.
3. Энергосберегающие технологии и устройства [Электронный ресурс]/ www.utepleniedoma.com – Режим доступа: http:// utepleniedoma. com, свободный. – Загл. с экрана.