Учебно-исследовательская работа Энергосберегающие лампочки Все за и против



ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЛАМПОЧКИ. ВСЕ ЗА И ПРОТИВ

Полков Александр Сергеевич.

Российская Федерация, Тюменская область, Ханты- Мансийский округ — Югра, Ханты- Мансийский район, д. Шапша, Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Ханты- Мансийского района «Средняя общеобразовательная школа д.Шапша», 9 класс.

Статья.

Электроэнергия — физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Электрическая энергия является также товаром. На него тратятся немалые деньги.

Человечество задумалось об экономии электроэнергии. Не зря же каждого из нас призывают выключать свет, заменять лампы накаливания на лампы дневного света, ставить датчики на подогрев воды. А глобальное потепление! Самая важная проблема современного общества. Известно, что одна только Россия ежегодно выбрасывает в атмосферу 4,5 миллиарда тонн промышленных выбросов. Вот и получается, что проблема снижения выбросов тесно связана с проблемой энергоэффективности и энергосбережения.

И что же делать? Как, кто и что может спасти ситуацию? Во-первых, лесные массивы, которые поглощают парниковые газы. Значит, чем более зеленой будет наша планета, тем лучше. А во-вторых, мы сами можем экономить электроэнергию в своем доме. Немного: всего лишь оснастить квартиру современными экономичными электротехническими устройствами. К ним относятся, например, компактные люминесцентные лампочки, светорегуляторы, датчики движения, таймеры, сумеречные выключатели и программируемые таймеры, и многое другое.

Российское правительство включилось в общемировую борьбу за энергосбережение и энергоэффективность, начав с поэтапного запрета выпуска и импорта ламп накаливания, что предполагает повсеместный переход на энергосберегающие лампы.

23 ноября 2009 г. Президент Российской Федерации Д.А. Медведев подписал Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Финансирование энергосберегающих проектов будет одной из приоритетных инвестиционных задач Внешэкономбанка.

По статистике, около 50% экономии электроэнергии достигается за счет экономии освещения. Например, совсем другая ситуация будет, если лампы накаливания заменить на компактные люминесцентные лампы. Моя работа посвящена изучению вопроса: так ли уж хороша лампа нового поколения в сравнении с привычной лампой накаливания?

Рассмотрим отличительные особенности этих ламп:

Лампа накаливания.

Лампа накаливания (ЛН) — электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала. В качестве материала для изготовления ТН в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе. (Приложение I. Устройство лампы накаливания).

Принцип действия. 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 в соответствии с законом Планка. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 5770 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более красным кажется излучение.

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 обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине ТН помещено в колбу, из которой в процессе изготовления ЛН откачиваются атмосферные газы. Наиболее опасными для ЛН являются кислород и водяные пары, в атмосфере которых происходит быстрое окисление ТН. Первые ЛН изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ЛОН — до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ЛН наполняют газом (азотом, аргоном или криптоном). Повышенное давление в колбе газополных ламп резко уменьшает скорость разрушения ТН из-за распыления.

КПД и долговечность. Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение, теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K (обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет 5%.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов.

Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Преимущественная часть износа нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно используя разного рода плавные пускатели. Вольфрамовая нить накаливания имеет в холодном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, обычная лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная — более киловатта. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной.

Преимущества и недостатки ламп накаливания.

1. Преимущества:

— малая стоимость;

— небольшие размеры;

— ненужность пускорегулирующей аппаратуры;

— при включении они зажигаются почти мгновенно;

— отсутствие токсичных компонентов;

— возможность работы как на постоянном (любой полярности), так и на переменном токе;

— возможность изготовления ламп на самое разное напряжение;

— отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе;

— непрерывный спектр излучения;

— устойчивость к электромагнитному импульсу;

— возможность использования регуляторов яркости;

— нормальная работа при низких температурах окружающей среды.

2. Недостатки:

— низкая световая отдача;

— относительно малый срок службы;

— резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения;

— цветовая температура лежит только в пределах 2300 – 2900 К, что придает 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, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее..

Утилизация.

Отслужившие лампы накаливания не содержат вредных для окружающей среды веществ и могут утилизироваться как обычные бытовые отходы.

Компактные люминесцентные лампы

Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) — люминесцентная лампа, имеющая меньшие размеры по сравнению с колбчатой лампой и меньшую чувствительность к механическим повреждениям.

Устройство и принцип действия.

Энергосберегающая лампа состоит из 3 основных компонентов: цоколя, люминесцентной лампы и электронного блока. Цоколь предназначен для подключения лампы к сети. Электронный блок или электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) 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. (Приложение II. Устройство компактной люминесцентной лампы)

Люминесцентная лампа наполнена парами ртути и инертным газом (аргоном), а ее внутренние стенки покрыты люминофорным покрытием. 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.

Маркировка и цветовая температура

Трехциферный код на упаковке лампы содержит как правило информацию относительно качества света (индекс цветопередачи и цветовой температуры).

Первая цифра – индекс цветопередачи в 1×10 Ra (КЛЛ имеют 60 – 90 Ra, таким образом, чем выше индекс, тем достоверней цветопередача).

Вторая и третья цифры – указывают на цветовую температуру лампы.

Таким образом, маркировка «827» указывает на индекс цветопередачи в 80 Ra, и цветовую температуру в 2700 к (что соответствует цветовой температуре лампы накаливания). (Приложение III. Маркировка и цветовая температура).

По сравнению с лампами накаливания, имеют большой срок службы. Однако зависимость срока службы от колебаний напряжения в электросети приводит к тому, что в России он может равняться или даже быть меньше срока службы ламп накаливания. Частично это преодолевается применением стабилизаторов напряжения и сетевых фильтров. Основными причинами, снижающими срок службы лампы, являются нестабильность напряжения в сети, частое включение-выключение лампы. (Приложение IV. Срок службы)

В то же время компактные люминесцентные лампы по ряду параметров (светоотдача, безопасность, естественность спектра, срок службы) проигрывают светодиодным лампам.

Достоинства

— высокая светоотдача (световой КПД), при равной мощности световой поток КЛЛ в 4-6 раз выше, чем у ЛН, что дает экономию электроэнергию 75-85% (Приложение V. Мощность и экономия)

— длительный срок эксплуатации (без частого включения и выключения);

— возможность создания ламп с различными значениями цветовой температуры;

— нагрев корпуса и колбы значительно ниже, чем у лампы накаливания.

Недостатки

— спектр излучения: непрерывный 60-ватной лампы накаливания (вверху) и линейный 11 ватной компактной люминесцентной лампы (внизу), линейчатый спектр излучения может вызвать искажения в цветопередаче;

— несмотря на то, что использование КЛЛ действительно вносит свою лепту в сбережение электроэнергии, опыт массового применения в быту выявил целый ряд проблем, главная из которых — короткий срок эксплуатации в реальных условиях бытового применения;

— использование широко распространенных выключателей с подсветкой приводит к периодическому, раз в несколько секунд, кратковременному зажиганию ламп, что приводит к скорому выходу из строя лампы;

— спектр такой лампы линейный. Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз.

Утилизация

КЛЛ содержат 3-5 мг ртути, ядовитое вещество 1-го класса опасности («чрезвычайно опасные»). Разрушенная или повреждённая колба лампы высвобождает пары ртути, что может отравление ртутью.

Как правильно выбрать компактные люминесцентные лампы?

Является ли экономия электроэнергии единственной характеристикой, которая выгодно отличает энергосберегающие лампы от традиционных ламп накаливания, и на что следует обращать внимание при покупке энергосберегающих ламп?

Люминесцентная лампа бывает U-образного вида и в виде спирали, причем спиралевидные лампы немного меньше по габаритам U-образных ламп такой же мощности (их длина меньше). Форма никак не сказывается на работе лампы, однако спиралевидные лампы в большинстве случаев стоят дороже, так как они более сложны в производстве.

Энергосберегающие лампы различаются по своей мощности (от 3 до 85 Ватт): чем мощнее лампа – тем ярче светит, но тем больше потребляет электроэнергии. Поэтому обращайте внимание при покупке лампы на ее мощность.

Также при покупке следует иметь в виду, что существует два основных вида цоколей: E27 (применяется практически во всех потолочных люстрах) и E14 (немного меньше по размеру, чем E27, применяется в небольших светильниках, настенных бра). Выбирайте лампу с тем цоколем, который подходит для вашего светильника или люстры.

При выборе также стоит учесть срок службы лампы. Если по каким-либо причинам установка лампы затруднена, стоит выбрать лампу с максимально долгим сроком службы, чтобы как можно реже совершать процедуру ее переустановки.

Последнее, что можно посоветовать при выборе лампы – это учитывать ее цветовую температуру. Представьте, какой цвет больше всего устроит вас в помещении, в котором вы намереваетесь установить лампу, и, отталкиваясь от этого, выберите лампу с цветовой температурой 2700, 4200 или 6400 градусов Кельвина.

Таким образом, при покупке энергосберегающей лампы обращайте внимание на:

— габаритные размеры;

— форму лампы;

— мощность лампы;

— тип цоколя;

— цветовую температуру;

— срок службы лампы.

Учитывая вышеперечисленные параметры, можно выбрать такую лампу, которая максимально удовлетворит ваши потребности.

Энергосберегающие лампочки: здоровье и электробезопасность?..

Британская ассоциация дерматологов заявляет, что энергосберегающие лампы могут быть вредны для здоровья. Их использование может обострить имеющиеся у человека кожные заболевания, а в некоторых случаях  и привести к раку  кожи. У эпилептиков такие лампы могут вызвать мигрень и головокружение. (Приложение VI. Энергосберегающие лампочки вредны для здоровья)

Энергосберегающие лампы, которые также называют компактные люминесцентные лампы, бывают двух видов – «открытые», у которых стеклянная трубка состоит из одного слоя стекла, и «герметичные», состоящие из двух слоев.

Как показало исследование, «открытые» энергосберегающие лампы могут вырабатывать ультрафиолетового излучения столько, сколько вырабатывается в летний солнечный день. Находясь на расстоянии нескольких сантиметров от кожи, они могут быть очень вредны. Такие лампы безопасны, только если их использовать не более часа в день, при этом минимальное расстояние между человеком и лампой должно быть 30 см.

Комиссия пришла к выводу, что лампочки излучают ультрафиолетовые лучи, похожие на солнечное излучение. Пребывание под этими лучами более часа в день может спровоцировать раковые заболевания кожи. Поэтому комиссия рекомендует вешать лампочки только на высоких потолках (так, чтобы между лампочкой и людьми было расстояние не менее 30 сантиметров). Использовать экономичные лампочки в настольных лампах или торшерах не рекомендуется.

Закономерная реакция на этот вопрос – недоумение: а как же цивилизованная Европа и остальной западный мир, на который мы равняемся и который весьма продвинут как в вопросах новых технологий, так и в вопросах заботы о безопасности человека?

Ответом оказалось еще одно открытие: Европа планирует массовый переход на более безопасные и более энергосберегающие светодиодные лампы, а не компактные люминесцентные, которые профессионалы считают неким промежуточным вариантом, а то и вовсе недоразумением в эволюции источников искусственного света.

Другой вопрос, что перспективные светодиодные лампы, на которые делает ставку Европа, для массового потребления пока еще достаточно дороги.

Другая проблема – содержание ртути. Все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 1 до 70 мг), ядовитое вещество 1-го класса опасности. Опасность данного вещества трудно переоценить: соединения ртути в люминесцентных лампах значительно опасней ртути металлической. Если разбить одну лампочку в непроветриваемой комнате, концентрация ртути в воздухе может в течение нескольких часов составлять 0,05 мг/ куб. м, что превышает предельно допустимую концентрацию более чем в 160 раз. Продажа энергоэффективных ламп растет с каждым годом. По данным Роспотребнадзора, из-за низкой культуры обращения с отходами ежегодно в окружающую среду попадает 1,5 т ртути. Главный государственный санитарный врач РФ Геннадий Онищенко ранее заявил, что Россия не должна переходить повсеместно на энергосберегающие лампы, пока не будет решен вопрос с их утилизацией.

В 2010 году Правительство РФ признало опасность люминесцентных ламп и утвердило Правила обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств, электрических ламп, ненадлежащие сбор, накопление, использование, обезвреживание, транспортирование и размещение которых может повлечь причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям и окружающей среде

Радует то, что в последнее время об этом стали говорить. Только за июль- сентябрь 2013 года в газете «Наш район» появились три статьи о проблеме утилизации ламп нового поколения у нас в Ханты- Мансийском районе. До жителей района доведена информация, что вывозом и своевременной передачей для обезвреживания ртутьсодержащих отходов занимается ООО «ХМАО – Сервисснабжение». Эта организация будет регулярно осуществлять спецрейсы из сельских поселений района до пункта утилизации в Сургуте», – сообщил начальник отдела экологии администрации Ханты-Мансийского района Евгений Печерица. На сегодняшний день договоры на сбор и вывоз ртутьсодержащих отходов заключены с комитетом здравоохранения администрации района, Кышиковской, Кедровской, Луговской участковыми больницами. Также с районной поликлиникой, с централизованной бухгалтерией муниципальных учреждений здравоохранения администрации района, районной детской юношеской спортивной школой и детским садом «Аленка»» п. Сибирский, с администрациями сельских поселений Луговской, Нялинское, Согом и Селиярово.( (Приложение VII.Место сбора ртутьсодержащих отходов)

Сравнительный анализ: энергосберегающие лампы — выгодно или нет

Рассмотрим применение энергосберегающих ламп для экономии электричества. Попытаемся ответить на следующий вопрос: Выгодно ли использовать данные лампы при сегодняшних тарифах на электроэнергию.

Исходные данные:

Цены на электроэнергию в д. Шапша ~ 1,37 рубля за кВтч (дневной тариф).

Среднее время работы энергосберегающей лампы 4000-6000 часов. Возьмем для расчета 4000 часов. Среднее время работы обычной лампы 1000 часов.

Ежедневно лампы горят около 3 часов. В год лампа горит 1000 часов, таким образом, экономной лампы хватит на 4 года. За это время у нас сгорит 4 обычных лампы.

Обычная

Энергосберегающая

Кол-во ламп

4

4

Установленная мощность

4 лампы по 60 Вт=0,24 кВт

4 лампы по 26 Вт = 0,104 кВт

Затраты на лампы

4 лампы по 15 рублей -60 руб

4 лампы по 120 руб=480 руб

Плата за энергию 1 год 1,37 руб/кВтч

0,24*1000*1,37=328,8 руб/год

0,104*1000*1,37=142,48 руб/год

ИТОГО за энергию

328,8 руб

142,48 руб

Итого с затратами на лампы

388,8 руб

622,48 руб

Экономия

???

Наш вывод: каждому выбирать самому — экономить или нет. Но даже если энергосберегающая лампа выйдет из строя раньше (если она китайская), на сэкономленные деньги можно купить еще много таких ламп.

Энергосберегающие лампочки — за и против.

Предлагаем вам ознакомиться с результатами исследования — поддерживают ли жители д. Шапша переход на энергосберегающие лампы, и насколько важна для них проблема повышения энергоэффективности.

Если Вы поддерживаете отказ от традиционных ламп накаливания и переход на энергосберегающие, то почему?

Какие лампы вы используете для домашнего освещения?

Заключение

Пока трудно сказать, к чему приведет в России переход на энергосберегающие лампы. Однако в этом переходе есть и свои плюсы — та же экономия. Ведь потребляют они в пять раз меньше электричества по сравнению с обычными лампами. (Приложение VIII. Энергосберегающие лампочки. Все за и против)

Вопрос: сумеем ли мы сэкономить, заплатив за них в восемь раз больше, чем за обыкновенные?

Срок службы энергосберегающей лампы не отличается от традиционной, т.к. энергосберегающая лампа чувствительна к перепадам напряжения. В России очень «грязное» электричество, поэтому в некоторых квартирах они будут перегорать даже чаще традиционных.

Такие лампы нельзя использовать в светильниках с плавной регулировкой яркости. Сначала она будет просто не гореть, а на максимуме загорится. В конце концов, она не выдержит издевательства и перегорит. Новые лампы можно использовать далеко не везде, т. к. в их спектре слишком много ультрафиолета.

Но есть и еще одна напасть: эти лампы создают серьезную проблему, связанную с их утилизацией. В трубках содержится ртуть, поэтому их нельзя просто выбрасывать в мусорные контейнеры. Переработка же очень недешева.

Экономика домашнего освещения проста. В ней учитываются всего три параметра — срок службы, розничная цена и экономия электричества. В результате несложных подсчетов получается, что экономия начинается, если лампа нового поколения либо стоит в четыре раза меньше своего аналога, либо служит вдвое дольше. Сейчас сроки службы сопоставимы, а цена качественной лампы в восемь раз выше. Призрачная экономия получается.

Мое мнение: если что и выгодно обывателю, так это сверхъяркие светодиодные светильники. (Приложение IX. Сетодиодное освещение). Там и экономия серьезнее, и срок службы гораздо больше. Прогресс в технологии производства мощных светодиодов, а также растущий энергетический кризис свидетельствуют о том, что мощные светодиоды будут играть ключевую роль в создании осветительных приборов уже в ближайшем будущем во всем мире, если не будет изобретен новый источник света, отвечающий требованиям нашего времени.

Список литературы:

1. Федеральный закон № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

2. А.Полищук, А.Туркин. Перспективы применения светильников со светодиодами для энергосберегающего освещения. Энергосбережение, №2, стр. 8, 2008.

3. Постановление Правительства РФ № 681 от 03.09.2010 г « Об утверждении правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств»

4. Е. Нагинионите «Лампы нового поколения: как их утилизируют в районе», газета «Наш район» №26, 4 июля 2013г.

5. Постановление администрации Ханты-Мансийского района от 27. 08.2012г №195» об отдельных вопросах обращения с ртутьсодержащими отходами на территории Ханты- мансийского района»

6. Миллс Э. Потенциальные возможности всемирного энергосбережения в освещении. Светотехника. 2002. № 6. С. 2-4.



sitemap
sitemap