Область исследования: физика
Актуальность: использование компактных люминесцентных энергосберегающих ламп (КЛЛ) в быту – это увеличение эффективности освещения в доме, а значит реальный способ помощь природе, сэкономить энергию и собственные деньги.
Цель исследования: выяснить, чем отличаются обычные лампы накаливания от энергосберегающих и определить какие из них более эффективны.
Объект исследования: энергопотребление.
Гипотеза исследования: предполагаем, что энергосберегающие лампы более эффективны.
Задачи исследования:
В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу, во многих странах введён или планируется ввод запрета на производство, закупку и импорт ламп накаливания, с целью стимулирования замены их на энергосберегающие лампы (компактные люминесцентные лампы и др.).
С 1 сентября 2009 года в Евросоюзе в соответствии с директивой 2005/32/EG вступил в силу поэтапный запрет на производство, закупку магазинами и импорт ламп накаливания (за исключением специальных ламп). С 2009 г запрет коснётся ламп мощностью >= 100 Вт, ламп с матовой колбой >= 75 Вт и др.; ожидается, что к 2012 году будет запрещён импорт и производство ламп накаливания меньшей мощности. В России правительство Москвы с 2011 года также планируется исключить из оборота и прекратить производство ламп накаливания мощностью >= 100 Вт. С 2005 г на Кубе ограничено использование ламп накаливания мощностью более 15 Вт. С 2009 г в ограничения коснутся также Новой Зеландии и Швейцарии, с 2010 г Австралии. 23 ноября 2009 года президент России подписал принятый ранее Госдумой Федеральный закон "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". Согласно документу, с 1 января 2011 года к обороту 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.
Вложение | Размер |
---|---|
![]() | 247.5 КБ |
Муниципальное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 32
г.Южно-Сахалинска
Научно-исследовательская работа
по теме:
Эффективность использования энергосберегающих ламп
в домашних условиях
Выполнил: Чаков Артур
ученик 10 «А» класса
Руководитель: Хохрина О.В. учитель физики, высшей категории
г.Южно-Сахалинск
2011 год.
Оглавление.
I.Введение………………………………………………………………………….3
II.Основная часть
Глава 1. Лампа накаливания
Глава 2. Компактная люминесцентная лампа
2.1. История ……….…………………………………………………………...6
2.2 Устройство и принцип действия………………………………………….6
2.3 Преимущества и недостатки энергосберегающих ламп………………...7
Глава 3. Что мы знаем об энергосберегающих лампах (социологический
опрос)………………..……………………………………………………………..8
Глава 4. Эффективность использования энергосберегающих ламп в
домашних условиях (эксперимент)……………………………………………....9
III.Заключение………………………………………………………….…………11
IV.Список использованных источников литературы…………………………..12
V. Приложения …………………………………………………………...............13
Нашу жизнь невозможно представить без искусственного освещения. Для жизни и работы людям просто необходимо освещение с применением ламп. По данным статистики средняя российская семья тратит на оплату жилищно-коммунальных услуг около 15 % своих доходов. Немалую долю этих затрат составляет оплата за электроэнергию. Прежде всего, за счет увеличения количества используемых нами бытовых приборов. Почти в каждой семье есть холодильник, телевизор, стиральная машина. Все чаще в наших квартирах «прописываются» компьютеры, посудомоечные машины, кухонные комбайны, электрочайники и другие приборы. Изрядное количество электроэнергии расходуется на освещение. Электроэнергия поступает в наши дома с электростанций различного типа и для ее производства сжигаются уголь, нефть, газ. Экономное использование электроэнергии позволит сократить объемы использования этих энергетических ресурсов, а значит снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, сохранить чистоту водоемом. Тем самым каждый из нас может внести свой посильный вклад в общее дело сохранения природы. Кроме того, увеличение эффективности использования электроэнергии – это и реальный способ снизить затраты на оплату счетов за электричество. Ведь стоимость электроэнергии напрямую связана со стоимостью топлива, запасы которого ограничены и цены, на которое постоянно растут. Отказаться от использования освещения и бытовых электроприборов в современном мире невозможно. Но существуют простые способы снижения потребления электроэнергии в быту доступные каждому. Так, по оценкам специалистов около от 50 до 60% экономии электроэнергии в жилищно-бытовом секторе достигается за счет экономии на освещении. Около 7 млрд. руб. в год – таков потенциал экономии электроэнергии в России на бытовом и производственном уровне.
Свою работу я решил посвятить проблеме сохранения электроэнергии за счет повсеместного применения новых энергосберегающих ламп.
Актуальность: использование компактных люминесцентных энергосберегающих ламп (КЛЛ) в быту – это увеличение эффективности освещения в доме, а значит реальный способ помощь природе, сэкономить энергию и собственные деньги.
Цель работы: выяснить, чем отличаются обычные лампы накаливания от энергосберегающих и выяснить, какие из них более эффективны.
Объект исследования: энергопотребление.
Гипотеза исследования: предполагаем, что энергосберегающие лампы более эффективны.
Задачи работы:
II.Основная часть
Глава 1. Лампа накаливания.
11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.
Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу со временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл патрон, цоколь и выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни, его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.
В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.
В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.
Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме «General Electric», придумал наполнять колбы ламп инертным газом, что существенно увеличило время жизни ламп.
1.2. Устройство. Принцип действия.
Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, заполненной буферным газом и ограждающей нить накала от окружающей среды.
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.
Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 5770 К недостижима, т. к. при такой температуре любой известный материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).
При практически достижимых температурах 2300-2900 °C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «жёлто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.
1.3. Преимущества и недостатки ламп накаливания.
Преимущества ламп накаливания:
Недостатки ламп накаливания:
1.4. Ограничения импорта, закупок и производства ламп накаливания.
В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу, во многих странах введён или планируется ввод запрета на производство, закупку и импорт ламп накаливания, с целью стимулирования замены их на энергосберегающие лампы (компактные люминесцентные лампы и др.). К 2013 году США планируют полностью отказаться от ламп накаливания (их просто не будут производить и продавать) и перейти на энергосберегающие (компактные люминесцентные лампы - КЛЛ). Чуть позже это ждёт и остальные страны. Юлиан Айзенберг, доктор технических наук, профессор утверждает, что за час работы лампа накаливания 100 Вт использует 100 Вт электроэнергии, а энергосберегающая - 20 Вт и при этом даёт больше света. За срок службы она генерирует в 60-80 раз больше световой энергии, чем «лампочка Ильича». Не говоря уже о том, что за время службы одной КЛЛ перегорят 10 ламп накаливания. По данным Ю. Айзенберга, мы существенно отстаём от остального мира: если сегодня в Китае на 100 жителей уже приходится 80 энергосберегающих ламп, а в Европе - 35-40, то на 100 россиян - всего 2-3.
23 ноября 2009 года президент России подписал принятый ранее Госдумой Федеральный закон "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". Согласно документу, с 1 января 2011 года к обороту 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.
Глава 2 Компактная люминесцентная лампа.
2.1 История.
Первые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) появились на мировом рынке в конце 1980-х. Патентная заявка на компактную люминесцентную лампу со встроенным электронным балластом была подана в 1984 году.
2.2 Устройство компактной люминесцентной лампы.
Тенденция к энергосбережению, захватившая внимание всего мира, не обошла стороной и нашу Сахалинскую область. Отчасти этим можно объяснить возрастающую популярность использования энергосберегающих ламп в нашей стране. Является ли экономия электроэнергии единственной характеристикой, которая отличает энергосберегающие лампы от традиционных ламп накаливания? Для начала узнаем, как устроена энергосберегающая лампа. Энергосберегающая лампа состоит из 3 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 лампа наполнена парами ртути и инертным газом (аргоном), а её внутренние стенки покрыты люминофорным покрытием.
Принцип действия КЛЛ: 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.
1.3. Преимущества и недостатки энергосберегающих ламп
Преимущества энергосберегающих ламп:
Недостатки энергосберегающих ламп:
Немецкий врач и специалист по проблемам влияния освещения на здоровье человека Александер Вунш предупреждает о значительном риске негативных последствий для здоровья при использовании энергосберегающих ламп. Энергосберегающая лампа, по мнению эксперта, опасна, поскольку она может привести к гормональным изменениям в организме. Кроме того, «при неправильном обращении может развиться практически любое заболевание — сердечно-сосудистые заболевания, диабет и нарушения иммунной системы», — предупреждает эксперт. Кроме того, энергосберегающие лампы повышают риск заболевания раком груди и простаты. Британские ученые также обнаружили, что такие лампы могут нанести серьезный вред чувствительной коже и здоровью. Также такие осветительные приборы вредны для нежной кожи младенцев.
Сравнительные характеристики ламп накаливания и энергосберегающих компактных люминесцентных ламп приведены в таблице 1(см. приложение).
Следует помнить, что 20-ваттная энергосберегающая лампа по световой отдаче аналогична 100-ваттной лампе накаливания.
Из таблицы видно, что наиболее серьезный недостаток КЛЛ – это использование ртути в их производстве. Ртуть – токсичное вещество, поэтому содержащие ее приборы требуют специальной утилизации. Компактные люминесцентные лампы содержат 3-5 мг ртути. Разрушенная или повреждённая колба лампы может высвободить пары ртути, что может вызвать отравление ртутью. В Москве перегоревшие люминесцентные лампы бесплатно принимаются для дальнейшей переработки в районных ДЕЗ или РЭУ, где установлены специальные контейнеры.
Глава 3. Что мы знаем об энергосберегающих лампах?
Опросы, проведенные нами среди 100 респондентов, среди которых были мужчины и женщины, учащиеся и работники школы, привели к следующим результатам.
Вопрос 1. Что вы знаете об энергосберегающих лампах? [1]
Вопрос 2. Как вы считаете, нужно ли обычные лампы накаливания менять на энергосберегающие лампы? Будете ли вы это делать? [2]
По результатам опроса можно сделать вывод: население не осведомленно о том, что в КЛЛ содержится ртуть и большинство респондентов (60 %) уже применяют энергосберегающие лампы.
Глава 4. Эффективность использования энергосберегающих ламп в
домашних условиях
Проведем теоретическое исследование и узнаем, какие лампы более эффективны.
Расчет ведется исходя из того, что лампа включена 6 часов в день. Также считается, что 1 энергосберегающая лампа в 20 Вт по светоотдаче лампе накаливания в 100 Вт (см. приложение – таб.2)
Таким образом, три энергосберегающие лампы дают экономию 2745 рублей за 3,5 года
и окупаются за восемь месяцев их использования.
Провели эксперимент. Мы заменили в жилом доме обычные лампы накаливания на энергосберегающие лампы. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.
Таким образом, эффективность использования энергосберегающих ламп составила – 46,8%.
Сравнили показания счётчика за три месяца в 2010 года (с лампами накаливания) и за три месяца 2011 года (с энергосберегающими лампами). Результаты сравнения приведены в таблице 4.
Таблица 4. Сравнительные показания счётчика за одинаковый период 2008 и 2009 года.
год | период | Показания счётчика, кВт/ч | Экономия, кВт/ч | |
Лампы накаливания | 2010 | Сентябрь Октябрь Ноябрь | 2000 | |
Энергосберегающие лампы | 2011 | Сентябрь Октябрь Ноябрь | 1347 | 653 |
Следовательно, за тот же период 2011 года, по сравнению с 2010 годом, с энергосберегающими лампами мы сэкономили 653 кВт/ч электроэнергии. При тарифе 2,89 рубля за 1 кВт/ч это составляет 979,5 рублей.
III.Заключение
Таким образом, мы выяснили в своей работе основные преимущества и недостатки лампы накаливания и энергосберегающей лампы.
Энергосберегающая лампа окупает себя через восемь месяцев её использования. А плата за электричество снижается сразу.
Выгода использования энергосберегающих ламп очевидна, если лампа прослужит заявленный на ней срок. Экономия в наших расчетах около 2745 рублей за время работы трёх энергосберегающих ламп (3,5 года).
Так же энергосберегающие лампы перегорают гораздо реже ламп накаливания.
При замене ламп накаливания на энергосберегающие в жилом доме экономия электроэнергии составила 46,8%.
Следовательно, мы убедились в выгодности для семейного бюджета использования энергосберегающих или компактных люминесцентных ламп (КЛЛ).
Но надо твердо запомнить, что НЕЛЬЗЯ выбрасывать энергосберегающие лампы в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры, так как в них содержатся пары ртути. В Европе, например, отработавшие энергосберегающие лампы собирают в специальные контейнеры для… токсичных отходов. Поэтому для повсеместного применения энергосберегающих ламп надо сначала создать пункты приёма отработанных ламп в каждом городе и посёлке.
Простота и доступность электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов, притупили чувство необходимости её экономии. Между тем, мы стоим на пороге энергетического и экологического кризиса. Поэтому старый «советский» призыв «Экономьте электроэнергию!» стал ещё более актуальным, и внедрять практические меры энергоэффективности — задача сегодняшнего дня.
IV.Список использованных источников литературы
V. Приложения
Таблица 1 Сравнительные характеристики ламп накаливания и компактных люминесцентных ламп.
Характеристики | Лампа накаливания (100 Вт) | Компактная люминесцентная лампа (20 Вт) |
Цена | Низкая – 5-15 рублей за лампу | Высокая – 150-200 рублей за лампу |
Срок службы | Низкий. Около 1000 часов непрерывного горения | Высокий. 8000-15000 часов непрерывного горения |
Световая отдача[3] | Крайне низкая (10-15 лм/Вт), 85-90 % электроэнергии превращается не в свет, а в тепло | Высокая, приближается к 100 лм/Вт |
Спектр | Существенно отличается от естественного (дневного) света, преимущественно теплый тон излучения | Возможность создавать свет разного спектрального состава: теплый, естественный, белый |
Наличие вредных веществ | Нет | Есть. Используется ртуть, поэтому лампы требуют особой утилизации |
Таблица 2. Расчет экономии электроэнергии и денежных затрат при использовании энергосберегающих ламп.
Показатели | Лампа накаливания | Энергосберегающая лампа |
Срок службы, часы | 1000 (1000/6 = 166 дней, т. е. около полугода) | 8000 (8000/6 = 1333 дней, т. е. 3,5 года) |
Кол-во ламп | 3 | 3 |
Установленная мощность | 3 лампы по 100 Вт=0,3 кВт | 3 лампы по 20 Вт = 0,06 кВт |
Затраты на лампы | 6 ламп по 15 рублей (1год) = 90 рублей. 90*3,5=315 рублей за 3,5 г. | 3 лампы по 150 рублей (единовременно)= 450 рублей |
Плата за энергию за месяц (по тарифу 1.50 руб./кВтч) | 0.3 кВт*180ч*1.50 руб. = 81 руб. | 0.06 кВт*180ч*1.50 руб. = 16.2 руб. |
Плата за энергию за 0,5 года (по тарифу 1,5 руб./кВтч) | 0.3 кВт*1000ч*1.50 руб. = 450 руб. | 0.06 кВт*1000ч*1.50 руб. = 90 руб. |
Плата за энергию за 3,5 года (по тарифу 1,5 руб./кВтч) | 0.3 кВт*8000ч*1.50 руб. = 3600 руб. | 0.06 кВт*8000ч*1.50 руб. = 720 руб. |
ИТОГО за энергию | 3600 руб. | 720 руб. |
Итого с затратами на лампы | 3915руб. | 1170руб. |
Экономия | 2745руб. |
Таблица 3. Экономия денежных средств при замене ламп накаливания на КЛЛ
Месяц | Показания счётчика, кВт/ч | Сумма, руб. | Экономия, руб. |
Сентябрь | 564 | 358,14 | |
Октябрь | 300 | 190,5 | 167,64 46,8% |
Приложение 1. Лампа Лодыгина.
Приложение 2. Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из угольного волокна.
Приложение 3. Устройство современной лампы накаливания.
Устройство современной лампы. На схеме: 1. колба; 2. буферный газ; 3. нить накала; 4 электрод (соединён с нижним контактом); 5. электрод (соединён с контактом на резьбе); 6. держатели нити; 7. стеклянный уступ держателей; 8. контактный проводник, 9. резьба; 10. изолятор; 11. нижний контакт
Приложение 4. Первая КЛЛ Philips SL 18
Приложение 5. Устройство энергосберегающей лампы.
Приложение 6. Диаграмма 1.
Приложение 7. Диаграмма 2.
[1] См. приложение – диаграмма 1.
[2] См. приложение – диаграмма 2.
[3] Световая отдача – ключевой параметр эффективности источника света. Показывает, сколько света вырабатывает лампа на каждый ватт израсходованной энергии. Измеряется в лм/Вт (люмен/ватт).
Ледяная внучка
Мороз и заяц
Нора Аргунова. Щенята
Кто самый сильный?
Приключения Тома Сойера и Гекельберри Финна