Расчёт экономии электроэнергии
презентация к уроку на тему

государственное автономное профессиональное                                образовательное учреждение                                                                         иркутской области

«Ангарский техникум строительных технологий»

Тема научно-исследовательской работы:

«Экономия денежных средств за счет использования энергосберегающих ламп»

Выполнил студент:

группы ЭПГЗ 41202

                                                                                                        Сухоручко В.В.

 Руководители:

преподаватель математики:Кезля С.В,

мастер:Чапурин В.А.

                                                        Ангарск,2015

                                                       Оглавление

1.Введение………………………………………………………………………3

2.История электричества……………………………………………………….6

3.Сравнительная характеристика ламп………………………………………10

4.Практическкая часть…………………………………………………………17

5.Заключение…………………………………………………………………..18

6.Используемая литература…………………………………………………...20

Тема: Экономия денежных средств за счет использования энергосберегающих ламп.

Актуальность выбранной темы заключается в том, что проблема энергосбережения в условиях надвигающегося энергетического кризиса стала одной из самых актуальных для современной России. Все виды ископаемого топлива быстро дорожают, их запасы не бесконечны, а новые экологически чистые способы обогрева жилых помещений пока находятся в стадии разработки. 

Цель: Расчет потребности в электроэнергии и определении качества осветительных приборов, необходимых для создания освещенности.

Задачи: 1. Собрать статистические данные;

              2. Рассчитать затраты на электроэнергию за месяц;

              3.Сравнить затраты на электроэнергию обычных ламп и энергосберегающих ламп;

              4.Проанализировать экономичность энергосберегающих ламп.

Для этого использовались методы:

• Сбор информации;
• Анализ собранной информации (литературы) по данному вопросу;
• Изучение строение энергосберегающей лампы;
• Сравнительная характеристика различных ламп;
• Исследование  экономичности ламп.

Объект исследования: Эффективность энергосбережения.

Гипотеза: При использовании энергосберегающих ламп,осознанного экономного  расходования электроэнергии ведем к тому, что Россия может избежать природного кризиса.

Введение: актуальность проблемы

Президент России Д.А. Медведев 23 ноября 2009 года подписал принятый ранее Госдумой закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», сокращенно: Федеральный Закон об энергосбережении 261-ФЗ. Согласно этому документу, с 1 января 2011 года на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более; с 1 января 2013 года – электроламп мощностью 75 Вт и более, а с 1 января 2014 года – ламп мощностью 25 Вт и более.Это планируется реализовать в связи с выдвинутыми Президентом требованиями о снижении на 40 % энергоемкости отечественной экономики до 2020 года.

Во всем развитом мире происходит отказ от традиционных лампочек накаливания. И не толькоотказ, но и законодательное запрещение применения этих источников света. С 2009 по 2012 год по таким законам традиционные лампы накаливания запрещены в Великобритании, Евросоюзе, Австралии и США.

В России с каждым годом все больше не хватает электроэнергии. Но есть простой путь как добиться экономии электроэнергии и снизить затраты на ее покупку. Эксперты установили,  что если в одной Москве и только в квартирах заменить обычные лампы на энергосберегающие, то можно получить экономию электроэнергии, равную 30 % мощности крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС.

Источников света появилось так много, что перед людьми встал вопрос, какой же выбрать источник света, так как у каждого есть свои плюсы и минусы. Готовы ли мы сегодня отказаться от традиционных ламп накаливания и перейти на энергосберегающие лампы?

Изучив  различные  источники, я решил обобщить изученное, выделить плюсы и минусы энергосберегающих ламп, и понять, на самом ли деле энергосберегающие лампы экономичны, полезны ли они или от них больше вреда.

История электричества

Много веков назад люди открыли особое свойство янтаря: при трении в нем возникает электрический заряд. В наши дни с помощью электричества мы имеем возможность смотреть телевизор, переговариваться с людьми на другом конце света, а также получать свет и тепло, лишь повернув для этого выключатель. Само слово “электричество” происходит от латинского слова “electrum”, означающего “янтарь”.

Первый химический источник тока был создан итальянским ученым Алекссандро Вольта приблизительно в 1800 году. Во время одного из экспериментов он смочил лист промокательной бумаги в соленом растворе и поместил его между пластинами меди и цинка. Он обнаружил, что при взаимодействии меди и цинка в соединяющей их проволоке образовался электрический заряд. Это означало, что в ходе химической реакции электроны перемещались с пластины меди на цинк. Единица электрического напряжения, спобствовавшего появлению тока, была названо в честь ученого “вольт”.

Для получения электрического тока большей силы необходимо большее напряжение. Вольта сделал конструкцию из чередующихся медных и цинковых пластин. При этом каждая их пара отделялась от следующей влажным кружком из картона. Эту конструкция получила название “вольтов столб”.

Строго говоря, источником тока является конструкция из одной пластины каждого металла. Вольтов столб, по сути, был первой электрической батареей, сделанной руками человека. Однако в повседневной жизни мы называем “батарейками”все химические источники тока, независимо от того, состоят ли они из одного элемента или нескольких.

«История электрического освещения» началась в 1870 году с изобретения лампы накаливания, в которой свет вырабатывался в результате поступления электрического тока. Самые первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе появились в начале XIX века, когда было открыто электричество. Эти лампы достаточно неудобны, но, тем не менее, их использовали при освещении улиц.  И, наконец, 12 декабря 1876 года русский инженер Павел Яблочков открыл так называемую "электрическую свечу", в которой две угольные пластинки, разделенные фарфоровой вставкой, служили проводником электричества, накалявшего дугу, и служившую источником света. Лампа Яблочкова нашла широчайшее применение при освещении улиц крупных городов.  Точку в разработке ламп накаливания поставил американский изобретатель Томас АльваЭдиссон. В его лампах использовался тот же принцип, что и у Яблочкова, однако все устройство находилось в вакуумной оболочке, которая предотвращала быстрое окисление дуги, и поэтому лампа Эдиссона могла использоваться достаточно продолжительное время.  Эдиссон начал работать над проблемой электрического освещения ещё в 1877 году. За полтора года он провел более 1200 экспериментов. 21 октября 1879 года он подключил к источнику питания лампу, которая горела два дня. В 1880 году Томас Эдиссон запатентовал свое изобретение. Первое коммерческое использование ламп Эдиссона состоялось в 1880 году на корабле Columbia. АН следующий год фабрика в Нью-Йорке была освещена лампами Эдиссона. Его изобретение стало приносить большие деньги, сделав изобретателя весьма богатым человеком. В то же время Павел Яблочков, не менее одаренный изобретатель, давший человечеству много полезных новинок, умерв бедности в Саратове 31 марта 1894 года. Источники света всегда будут совершенствоваться во времени, пока человечество живо.  В нижеследующей таблице представлено развитие источников света во времени.  Эти материалы были предоставлены известным специалистом в области светотехники господином Боденхаузеном (Германия), за что мы ему очень благодарны. История развития электрического освещения переживала времена застоя и подъема. Самым долгим был путь от лучины к свече и затем к масляной лампе. Значительный интерес представляет история развития ламп накаливания, совершивших революцию в технике освещения. Несмотря на то что многие изобретения не нашли практического применения, с точки зрения развития технических идей они, несомненно, заслуживают внимания.  В 1873 году А.Н. Лодыгин устроил первое в мире наружное освещение лампами накаливания Одесской улицы в Петербурге. В 1880 году он получил патент на лампу накаливания с металлической нитью.  Совершенно естественно, что развитие и совершенствование источников света определялось:  - повышением энергетической эффективности;  - увеличением срока службы; - улучшением цветовых характеристик излучения (цветовой температуры, индекса цветопередачи и т.д.).  В следующей таблице приведены некоторые характеристики источников излучения. Причем охвачена лишь небольшая группа (общее число типов источников излучения превышает 2 000).  Разработка и производство люминесцентных ламп связано с именем С.И. Вавилова, под руководством которого был разработан люминофор, преобразующий ультрафиолетовое излучение в видимое. В 1951 году за разработку люминесцентных ламп С.И. Вавилов, В.Л. Левшин, В.А. Фабрикант, М.А. Константинов-Шлезингер, Ф.А. Бутаев, В.И. Долгополов были награждены Государственной премией. Кстати, Сергей Иванович Вавилов был также одним из первых, кто положил начало светотехнике в СССР. Он первым в МВТУ прочитал лекции по светотехнике, написал ряд книг по истории света и его физиологическом воздействии на человека.  Необходимо отметить вклад Н.А. Карякина в развитие дуг высокой интенсивности с угольными электродами. Прожекторы с такими источниками света применялись во время Великой Отечественной войны, а также в киносъемках и для кинопроекций. Позже они стали вытесняться ксеноновыми лампами, но их значение в военные годы для СССР трудно переоценить. За работы по угольным дугам высокой интенсивности Н.А. Карякин с сотрудниками были удостоены Государственной премии.  С целью увеличения срока службы разрядных ламп (причина выхода из строя, как правило, была связана с электродами) разработаны безэлектродные люминесцентные лампы. Сюда можно отнести высокочастотные компактные безэлектродные люминесцентные лампы, безэлектродные лампы в форме витка, микроволновые безэлектродные серные лампы.  Одним из новых источников света, которые начали внедряться в практическое освещение (сигнальное, рекламное), являются светодиоды. С 1968 года (первое серийное изготовление) до настоящего времени световая отдача увеличена от 0,2 лм\Вт до 40 лм/Вт.  Сегодня уже выпускаются серийно не только светодиоды монохроматического излучения, но и белого цвета. По прогнозам, в 2005 году световая отдача ряда светодиодов будет заметно превышать 100 лм\Вт. Основные преимущества светодиодов – большая сила света (для некоторых типов несколько тысяч канделл), малые размеры, большой срок службы (десятки тысяч часов), маленькое напряжение питания (единицы вольт). 

История возникновения ламп

Первым предком лампы дневного света были газоразрядные лампы. Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар. Считается, что первая газоразрядная лампа изобретена в 1856 год. Генрих Гайсслер получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида. 23 июня 1891 года Никола Тесла запатентовал  систему электрического освещения  газоразрядными лампами (патент № 454,622), которая состояла из источника высокого напряжения высокой частоты и газоразрядных аргоновых ламп запатентованных им ранее (патент № 355,787 от 9 февраля 1886 г. выдан UnitedStatesPatentOffice). Аргоновые лампы используются и в настоящее время. В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон показал люминесцентное свечение. В 1894 году М.Ф.Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет. Эта лампа имела умеренный свет. В 1901 году Питер Купер Хьюитт демонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет сине-зеленого цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Но ее конструкция была очень близка к современной и имела намного более высокую эффективность , чем лампы Гайсслера и Эдисона. В 1926 году Эдмунд Гермер и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбужденной плазмой в более однородно бело-цветной свет. Э.Гермер в настоящее время признан как изобретатель лампы дневного света. GeneralElectric позже купила патент Гермера, и под руководством Джорджа Э.Инмана довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования к 1938 году. В СССР считается изобретателем лампы академик С.И.Вавилов. Под его руководством был разработан люминофор, преобразующий ультрафиолетовое излучение в видимое. В 1951 году Сергей Вавилов вместе с рядом других ученых за разработку люминесцентных ламп был удостоен Государственной премии СССР.

Все началось в далеком 1907 году, когда английский инженер Генри Раунд, выключив освещение в лаборатории, случайно заметил свечение вокруг диодного контакта, находящегося под напряжением. Он решил, что свечение вызвано какой-то ошибкой в расчетах и не придал этому особого внимания, хотя и отметил этот факт в отчете.

Спустя 16 лет после этого события советский физик Олег Владимирович Лосев занялся исследованием странного свечения, возникающего в месте пайки контактов диода из карбида кремния (карборунда). Лосев так и не выяснил природы свечения, отметив, что нагрева до высоких температур при этом не было — причина свечения таилась в каком-то электронном процессе, не известном науке тех лет. Результаты исследований Лосева по свечению диодов были переведены на несколько языков и опубликованы в ряде научных журналов, но особого интереса не вызвали. Создателем полноценного светодиода стал Ник Холоньяк-младший, создавший в 1962 году полноценный LED-светодиод, излучающий видимый красный свет. Именно Холоньяк считается «отцом» светодиодных ламп. Через 10 лет его ученик Джордж Крафорд создал первый светодиод, излучающий желтый свет, а также десятикратно усилил яркость красных и оранжево-красных светодиодов.Первый светодиод, испускающий яркий белый свет, был создан не так давно — в 1997 году, его создателем стал американский инженер Фред Шуберт.

Сегодня энергосберегающие светодиодные лампы уже существуют, но все еще проходят совершенствование, ведь первые светодиоды, интенсивность света которых стала равна и, в последствии, превысила яркость ламп с нитью накаливания, появились лишь в начале XXI века.

Сравнительная характеристика ламп

На сегодняшний день рынок светотехнической техники предлагает огромный выбор ламп.

Перед нами возникает вопрос: какую лампу выбрать. Рассмотрим три вида ламп – лампу накаливания, люминесцентнуюи светодиодную лампы, сравним их энергоэффективность, возможность энергосбережения и безопасность.

Лампа накаливания – это самый распространенный вид источника света. Они широко применяются в освещении различных типов помещений.  В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное тепловое излучение. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов (5770 К). В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления: вольфрам (3010 °С), осмий (3045 °С). Самый распространенный вид ламп накаливания имеет цоколь Е27. До 2015 года, по решению правительства Российской Федерации, массовое производство ламп накаливания будет ступенчато прекращено.

Энергосберегающие лампы – это обычные неоновые лампы. Раньше они применялись на всех заводах и фабриках в подвесных светильниках. Современные лампы стали более компактными, подходят для любого типа светильников, включаются быстрее, не моргают и не гудят, как старые. Цвет ламп характеризуются цветовой температурой, измеряемой в градусах Кельвина. Энергосберегающие лампы состоят из: колбы, наполненной парами ртути и аргоном, пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор. Под действием высокого напряжения в лампе происходит движение электронов. Столкновение электронов с атомами ртути образует невидимое ультрафиолетовое излучение, которое, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.Цветность этого света зависит от состава люминофора. Можно сказать, что от качества люминофора зависит эффективность лампы, т.к. именно люминофор определяет ее светотехнические параметры. При производстве компактных люминесцентных ламп используются трех и пятислойные люминофоры из редкоземельных элементов. Такие люминофоры примерно в 30 – 40 раз дороже тех, что используются в обычных линейных люминесцентных лампах. Они могут работать при более высоких поверхностных плотностях облучения. За счет этого получилось уменьшить диаметр разрядной трубки лампы. Для сокращения длины лампы разрядную трубку разделили на несколько соединенных между собой коротких участков.Модельный ряд люминесцентных ламп представлен широко. Но наиболее  распространенными типами энергосберегающих ламп являются два типа: первый тип имеет вид трех дуг, укрепленных в мощном корпусе; второй тип представляет люминесцентную трубку, свернутую в спираль.

Простая светодиодная лампа небольшой мощности состоит из корпуса, цоколя, матового рассеивателя света, блока светодиодов LED, драйвера электропитания(в дешевых маломощных светодиодных лампах применяется простой бестрансформаторный выпрямитель).

Сравним некоторые характеристики ламп:

Достоинства  и недостатки ламп

Главными недостатками энергосберегающих ламп, на мой взгляд, являются  - их высокая стоимость: цена одной энергосберегающей лампы колеблется в пределах от 80 до 500 рублей в зависимости от производства ( китайское, российское или качественные импортные изделия);

- Неэкологичность: в трубке содержатся пары ртути. Разбивать такую лампу категорически не рекомендуется: есть опасность отравления ртутью из разбитой колбы, а также опасность загрязнения интерьера – ртуть легко адсорбируется различными материалами. Одна разбитая лампа способна заразить несколько тысяч кубометров воздуха. Но эту проблему ведущие производители решают с помощью амальгамной технологии. В колбу вместо жидкой ртути вводится металлический сплав, ртуть из которого при атмосферном давлении и комнатной температуре почти не испаряется. Кроме того, шарик сплава находится в специальном отростке и не выпадает из разбитой лампы. Благодаря этому не требуется трудоемкаядемеркуризация,  достаточно собрать осколки и проветрить помещение.

- Проблемы с утилизацией. При покупке клиенту не сообщают, что делать с люминесцентными лампами, вышедшими из строя, и куда их потом девать.  Основные претензии состоят в том, что «в России отсутствует система утилизации ртутьсодержащих ламп», поэтому их широкое применение опасно.  В нашем городе система утилизации не работает.

Практическая часть

Но не смотря на все недостатки у энергосберегающих ламп есть одно большое достоинство – это экономия электроэнергии.

 Для проверки своей выдвинутой гипотезы, я решил рассчитать, какая выходит экономия электроэнергии при использовании энергосберегающих ламп.

В процессе работы по данной теме был создан макет содержащий следующие элементы: 3 патрона с лампами,1 однополюсный счетчик,3 однофазных выключателя, диодная лента.

Моя цель, с помощью данного макета произвести математический расчет затрат электроэнергии трёх видов ламп: лампа накаливания (60 Вт), люминесцентная лампа (15 Вт), светодиодная лампа (9Вт).

Для расчета мы включаем поочередно лампы на один час, снимаем показания счетчика для каждой лампы отдельно, записываем полученные данные в таблицу (см. ниже).

Сравнительная характеристика

Заключение

Каждый год огромное количество ресурсов нашей Родины тратиться на производство электричества. Здесь невольно задумаешься об экономии электроэнергии. Много идей было посвящено теме сохранения энергии. Солнечные батареи, ветровые генераторы и т.д. не каждый человек может себе это позволить. Поэтому люди пытаются экономить на обычных, бытовых вещах.

В своей работе я решил подтвердить экономию электроэнергии в бытовых условиях при использовании светодиодных ламп. Построив макет с применением ламп, лично убедился на сколько это экономно использовать светодиодную лампу. Данная категория ламп выгодна по времени эксплуатации, а так же она не является вредной для окружающей среды.

Проблема энергосбережения в нашей стране в настоящее время крайне актуальна. Энергосберегающие лампы врываются в нашу жизнь. Количество видов ламп постоянно увеличивается, меняется стоимость, да и вездесущая реклама призывает «перепрофилироваться» потребителя именно на эти лампы, оставив в прошлом обычные лампы накаливания.

На  основании  своих исследований, изученных  материалов СМИ,  я  могу  сделать  вывод,  что с точки зрения экономии электроэнергии и денежных средств  энергосберегающие лампы более предпочтительны. Их применение более выгодно. Но не  все население  знает  о плюсах и минусах  энергосберегающих ламп. Полностью перейти на новый вид ламп мешает психологический фактор «привычности» и осторожного отношения ко всему новому. Несмотря на то, что цена на них выше, все равно, за счет экономии электроэнергии   энергосберегающая лампа окупится  в быстрые сроки.

 Я считаю, что экономить энергию должно все человечество и каждый человек в отдельности. Но необходимо следовать всем мерам осторожности и обращать внимание на условия эксплуатации энергосберегающих ламп; соблюдать правила утилизации  - утилизировать в специальные пунктах по сбору или демеркуризации.

Использованная литература

1. Свободная энциклопедия интернета wikipedia.ru

2. Н.Н. Гусев, Б.Н. Мельцер “Устройство и монтаж электрооборудования”

3. М. И. Кузнецов “Основы электротехники”

4. В.Н. Матуско “Общая электротехника”