Исследовательская работа "Эффективность использования энергосберегающих ламп"

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

0. 1.1 История изобретения лампы накаливания……….………..……………..4
1. 1.2 Устройство. Принцип действия…………………………………………..4
2. 1.3 Преимущества и недостатки ламп накаливания………………………....5
3. 1.4 Ограничения импорта, закупок и производства……… ………………...5

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

1. Введение

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:

1. изучить литературу по данной теме;
2. выяснить основные преимущества и недостатки ламп накаливания и энергосберегающих ламп и дать их сравнительную характеристику;
3. изучить мнение населения об использовании энергосберегающих ламп;
4. рассчитать, выгодно ли использовать данные лампы при сегодняшних тарифах на электроэнергию.

                                           II.Основная часть

Глава 1. Лампа накаливания.

1. История изобретения лампы 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:

1. малая стоимость
2. небольшие размеры
3. ненужность пускорегулирующей аппаратуры
4. при включении они зажигаются практически мгновенно
5.  отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в               инфраструктуре по сбору и утилизации
6. возможность работы, как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном
7. возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
8. отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе
9. непрерывный спектр излучения
10. устойчивость к электромагнитному импульсу
11. возможность использования регуляторов яркости
12. нормальная работа при низкой температуре окружающей среды

Недостатки ламп накаливания:

13. низкая световая отдача
14. относительно малый срок службы
15. резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения
16. цветовая температура лежит только в пределах 2300—2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок
17. 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, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.
18. световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%.

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:

1. Большой срок службы.

1. Низкое потребление электроэнергии.

1. Заводская гарантия на люминесцентные лампы.

1. Допускается использование энергосберегающих ламп там, где есть ограничения температуры, так как эти лампы практически не нагреваются.

Недостатки энергосберегающих ламп:

1. Высокая стоимость: цена одной энергосберегающей лампы колеблется от 50-80 рублей за экземпляры китайского и российского производства, и до 150-200 рублей за качественные импортные изделия.
2. В трубке содержатся пары ртути.

       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]

1. 2% опрошенных респондентов сказали, что знают о том, что КЛЛ берегут энергию и знают о том, что  в них  содержатся пары ртути;
2. 30% опрошенных респондентов сказали, что ничего не знают об энергосберегающих лампах;
3. 68% опрошенных респондентов сказали, что КЛЛ берегут энергию.

   Вопрос 2. Как вы считаете, нужно ли обычные лампы накаливания менять на энергосберегающие лампы? Будете ли вы это делать? ^[2]

1.  10% опрошенных респондентов сказали, что  нужны и энергосберегающие лампы и лампы накаливания и  затруднились сказать будут ли они менять лампы накаливания на энергосберегающие;
2. 30% - опрошенных респондентов сказали, что согласны с тем, что нужно менять лампы накаливания на энергосберегающие.
3.  60% - опрошенных респондентов сказали, что нужно менять лампы накаливания на энергосберегающие и  часть ламп уже заменили.

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.

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

1. Электротехническая энциклопедия. Том 2. / Глав. ред. А.Ф.Дымов. – М.: МЭИ, 2008 г. -  429 с.
2. Что такое. Кто такой. Том 3. / Глав. ред. А.Г.Банников. – М.: Педагогика, 1978 г. – 269 с.
3. Томилин А.Н. Рассказы об электричестве. – М.: Дет. Лит., 1987 г. – 302 с.
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Лампа_накаливания.
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Компактная_люминесцентная лампа
6. http://www.advicehome.ru/page9.php
7.  http://economit.ru/

V. Приложения

Таблица 1 Сравнительные характеристики ламп накаливания и компактных люминесцентных ламп.

   Таблица 2. Расчет экономии электроэнергии и денежных затрат при использовании энергосберегающих ламп.

Таблица 3. Экономия денежных средств при замене ламп накаливания на КЛЛ

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.