Полное название темы работы | Снижение потребления электроэнергии в школе. |
Название направления | Математика и экономика |
Тип работы | проект |
Возрастная номинация | |
Фамилия имя | Петренко Дарья |
Территория | Город Красноярск |
Место учебы | Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 47 |
Руководитель | , МОУ СОШ № 47, учитель физики, контактный телефон |
e-mail (обязательно) | 47*****@***ru
|
Тезисы проекта
Секция «Математика и экономика»
«Снижение потребления электроэнергии в школе».
Выполнил: Петренко Дарья,
Ученица 9 класса МОУ СОШ № 47
Руководитель: ,
учитель физики МОУ СОШ № 47
Введение
В условиях экономического кризиса, школе необходимо экономить все денежные средства, выделяемые на её содержание, в том числе и расходов на оплату электроэнергии. Экономия электроэнергии не помогает снизить её потребление! Значит нужно искать эффективные способы для снижения потребления электроэнергии, для этого необходимо выяснить, какие именно лампы или электроприборы, техника составляют большую долю потребления электроэнергии в школе. Была выдвинута гипотеза о том, что большую долю потребления электроэнергии в школе составляют: плиты в столовой и люминесцентные лампы для освещения учебных кабинетов и коридоров школы, а также лампы накаливания в учебных кабинетах. Цель проектно-исследовательской работы: Эффективно снизить потребление электроэнергии в школе без привлечения дополнительных денежных средств, достижение цели возможно при решении следующих задач: подсчитать количество ламп, различной мощности и модификации, используемых для освещения в школы, а также электроприборов и технических средств (с указанием мощности); с помощью анкетирования и наблюдений подсчитать среднее время в течение, которого ежедневно горит каждая лампа, и работает техника; рассчитать ежедневное среднее потребление электроэнергии в школе, рассчитать денежные затраты на электроэнергию и сравнить их с реальными затратами; определить основные статьи расходов (большая доля электропотребления от общего по школе); подобрать способы снижения электропотребления в школе без привлечения дополнительных денежных средств. Работа велась в течение 4 месяцев. Работа имеет практическую значимость, результаты исследования могут быть использованы для снижения потребления электроэнергии для других школ, детских садов, промышленных предприятий.
Основное содержание работы
Было посчитано общее количество всех ламп каждого вида, используемых для освещения в школе, записала их мощность, а также количество мониторов, системных блоков, и другой оргтехники и других используемых электроприборов (столовая, домоводство, мастерские музыкальный кабинет, актовый зал и другое). По результатам анкетирования учителей, вахтеров, уборщиц и работников столовой было определено общее количество работы в часах для каждого вида ламп и приборов отдельно за неделю, и рассчитано среднее значение ежедневного энергопотребления каждого вида потребителя. По моим расчетам ежедневное потребление электроэнергии в нашей школе составляет 414,418 кВт*ч. Мои расчетные данные отличаются от реальных данных незначительно на 6 %, значит можно считать, что оценка ежедневного потребления электроэнергии проведена, верно. Тогда стало возможно выделить основные потребители: плиты в столовой, затем люминесцентные лампы, используемые для освещения кабинетов и коридоров школы, лампы накаливания. Гипотеза подтвердилась. Снизить электропотребление плит в столовой, без замены плит на новые, т. е. без серьезных вложений денег невозможно. Значит, чтобы снизить расходы школы на оплату электроэнергии необходимо снизить потребление электроэнергии на освещение кабинетов и коридоров школы.
Снизить потребление электроэнергии можно за счет изменения мощности ламп. Использовать это преимущество без снижения качества освещения можно несколькими способами. Во-первых, возможно несколько снизить световой поток (и, как результат, мощность) ламп в начальный период их эксплуатации, когда отдаваемый новыми лампами световой поток превосходит необходимое значение. Bo-вторых, нередко количество светильников превышает точно необходимое по светотехническим расчетам. Единственный способ избежать перерасхода энергии в таком случае - дополнительное снижение мощности освещения. потенциал экономии электроэнергии только в этих двух случаях может составлять от 15 до 25%. В-третьих, если принять во внимание наличие в помещениях естественного освещения в светлое время суток, даже сниженная за счет компенсации указанных избытков освещенности мощность светильников окажется завышенной по сравнению с необходимой. Рациональным использованием дневного освещения удается добиться наиболее значительной экономии энергии, так как во многие моменты времени суток светильники могут быть включены на минимальную мощность (1-10% от номинальной). Экономия электроэнергии при этом составит 25-40%.
Для диммирования люминесцентных ламп используют специальные электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА) с возможностью управления. ЭПРА при диммировании уменьшают величину подаваемого на электроды лампы напряжения, увеличивают его частоту (ее величина может достигать 100 кГц) и силу тока. В аналоговых устройствах на управляющий вход ЭПРА либо устанавливается потенциометр, с помощью которого можно изменять величину управляющего напряжения, либо подается постоянное напряжение управления (аналоговый сигнал) в интервале 1-10 В. Яркость лампы при этом изменяется от 1 до 100 %. Количество подключаемых к аналоговым ЭПРА ламп производители указывают в паспорте прибора. Цена комплекта используемых для регулирования устройств колеблется в пределах руб. Например, есть 700, 800, 1000 и 1500 Вт, значит, они рассчитаны на 38, 44, 55 и 83 люминесцентные лампы мощностью 18 Вт, таким образом, 1 диммера достаточно на коридор в школе. Экономия электроэнергии доходит до 25% в стандартом включении, т. е. тратится меньше электричества для создания определенного уровня освещенности. А по мере увеличения естественного света можно уменьшать яркость люминесцентных ламп и тем самым потреблять гораздо меньше электроэнергии.
Лампы накаливания целесообразнее всего заменить энергосберегающими лампами, три лампы свечки по 60 Вт, можно заменить одной энергосберегающей лампой 36 Вт, уровень освещенности при этом не изменится, экономия при этом составит 80%. Среднее время работы в день общего количества этих ламп уменьшится в три раза, так как ламп будет не 182, а 60. Энергопотребление составит 0,036*370/3= 4,44 кВт·ч за один день, это в 5 раз меньше.
Заключение
Необходимо приобрести 60 энергосберегающих ламп примерной стоимостью 120 рублей, что составит 7200 рублей, и снизит ежедневные расходы по этой статье с 50 рублей до 10 рублей. Таким образом, ежедневная экономия составляет 40 рублей, значит, все эти лампы окупятся за 180 дней. Учитывая, что в учебном году 210 дней, можно утверждать, что замена ламп накаливания на энергосберегающие лампы не повлечет дополнительных расходов, зато на следующий год позволит сэкономить 210*40=8400 рублей, которые можно использовать на приобретение диммеров. Необходимо приобрести 14 диммеров по приблизительной стоимости 800 рублей, у нас уже будут 8400 рублей сэкономленных, и мы затратим еще 2900 рублей на приобретение диммеров (всего 11300 рублей). Экономия электроэнергии по статье люминесцентные лампы при этом составит 25-40% , т. е. 40-60 рублей в день, а это рублей. Таким образом, без дополнительных вложений, за два года можно заменить лампы накаливания на энергосберегающие лампы, установить диммеры, и на третий год сэкономить рублей на оплате электроэнергии. А это значит, что можно будет задуматься о замене электроплит в столовой, которые являются основным потребителем электроэнергии на более современные мощность которых менее 1 кВт. Ежедневное потребление электроэнергии за два года снизится примерно на 30 кВт*ч, что составляет почти 70 рублей в день.
Применение выбранных способов снижения потребления электроэнергии позволит снизить потребление электроэнергии, на 8 %, что составит около 10 % экономии денежных средств. Из выше сказанного можно сделать вывод, что цель работы достигнута. Работа имеет практическую значимость, результаты исследования могут быть использованы для снижения потребления электроэнергии для других школ, детских садов, промышленных предприятий.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность: в условиях экономического кризиса, школе необходимо экономить все денежные средства, выделяемые на её содержание. В течение нескольких месяцев в школе наблюдается перерасход электроэнергии. В школе была принята программа экономии электроэнергии, вахтеры следили за светом в коридорах, на лестнице, подсобных помещениях, учителя за экономией электроэнергии у себя в кабинетах, однако существенного снижения потребления электроэнергии не произошло (всего 1,5 %). Экономия электроэнергии не помогает снизить её потребление! Значит нужно искать эффективные способы для снижения потребления электроэнергии, для этого необходимо выяснить, какие именно лампы или электроприборы, техника составляют большую долю потребления электроэнергии в школе.
Гипотеза: Большую долю потребления электроэнергии в школе составляют: плиты в столовой и люминесцентные лампы для освещения учебных кабинетов и коридоров школы, а также лампы накаливания в учебных кабинетах.
Цель: Эффективно снизить потребление электроэнергии в школе без привлечения дополнительных денежных средств.
Задачи:
- Подсчитать количество ламп, различной мощности и модификации, используемых для освещения в школы, а также электроприборов и технических средств (с указанием мощности). С помощью анкетирования и наблюдений подсчитать среднее время в течение, которого ежедневно горит каждая лампа, и работает техника. Рассчитать ежедневное среднее потребление электроэнергии в школе, рассчитать денежные затраты на электроэнергию и сравнить их с реальными затратами. Определить основные статьи расходов (большая доля электропотребления от общего по школе). Подобрать способы снижения электропотребления в школе без привлечения дополнительных денежных средств.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЖЕДНЕВНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В сентябре я посчитала общее количество всех ламп каждого вида, используемых для освещения в школе, записала их мощность, а также количество мониторов, системных блоков, и другой оргтехники и других используемых электроприборов (столовая, домоводство, мастерские музыкальный кабинет, актовый зал и другое). Составила анкеты для учителей и вахтеров, уборщиц школы, по которым можно было оценить в течении какого времени ежедневно используется тот или иное прибор, лампа освещения. Учителя для заполнения анкеты в течение недели записывали, сколько было проведено уроков со светом, выключали ли они свет во время перемен, открывали ли жалюзи в кабинете для поступления естественного света, в течение какого времени они использовали технические средства. Вахтеры и уборщицы и работники столовой были опрошены один раз по тем же вопросам только еще про коридоры, лестницы и подсобные помещения. Я сосчитала общее количество работы в часах для каждого вида ламп и приборов отдельно за неделю и разделила на шесть для нахождения среднего значения ежедневного энергопотребления каждого вида потребителя. (Воскресенье я решила не учитывать, т. к. энергопотребление в этот день недели незначительно).
В течение октября месяца я проводила наблюдения за кабинетами в школе, приходила в школу пораньше и записывала время, в которое был включен свет в каждом кабинете, каждую перемену проходила по всем кабинетам и коридорам и фиксировала наличие света, чтобы скорректировать информацию, собранную от учителей и вахтеров методом анкетирования. Оказалось, что в действительность общая продолжительность горения света оказалась даже немного меньше, чем по оценке с помощью анкетирования, т. к. некоторые кабинеты используются непостоянно (учителя уходили на курсы, уроков в кабинете не было и другое). Сильных отличий в среднем значении времени работы обнаружено не было.
Для определения энергопотребления необходимо мощность прибора умножить на продолжительность его работы. Отдельно для каждого вида ламп и бытовых приборов я сосчитала общее время их работы, например всего в школе длинных люминесцентных ламп – 62 штуки, я сложила время рабы каждой лампы и получила общее время их работы. Общее время работы для удобства округлила до целого числа, причем во всех случаях до большего, чтобы не занизить результаты. Энергопотребление численно равно физической величине работе тока. В учебнике Пурышевой, Важеевской «Физика 8 класс» [1] я нашла формулу, по которой можно рассчитать работу: А=P*t, где A – работа, P – мощность, t время. Чтобы сразу получить работу в КВт*ч, я мощность всех ламп и электроприборов перевела в кВт, для этого нужно значение в Вт разделить на 1000, а время сосчитала в часах. Для определения стоимости нужно количество потребленной энергии в кВт·ч умножить на цену за 1 кВт·ч. Все произведенные расчеты я свела в таблицу 1.
По моим расчетам ежедневное потребление электроэнергии в нашей школе составляет 414,418 кВт*ч. Можно ли считать, что этот результат достоверным? Да, если он совпадает с реальным значением потреблением электроэнергии в день.
Таблица 1.
№ | Наименование | Мощность, кВт | Количество | Среднее время работы в день общего количества, ч | Энергопотребление, кВт·ч за один день | Цена 1 кВт·ч | Стоимость в день |
1 | Лампы люминесцентные короткие | 0,018 | 1056 | 3896 | 70,128 | 2,26 | 158,48928 |
2 | Лампы люминесцентные длинные | 0,1 | 62 | 92 | 9,2 | 2,26 | 20,792 |
3 | Лампы люминесцентные 1 м | 0,08 | 114 | 304 | 24,32 | 2,26 | 54,9632 |
4 | лампы накаливания | 0,04 | 136 | 165 | 6,6 | 2,26 | 14,916 |
5 | настенные лампы плоские | 0,02 | 132 | 156 | 3,12 | 2,26 | 7,0512 |
6 | свечи в люстрах (лампы накаливания) | 0,06 | 182 | 370 | 22,2 | 2,26 | 50,172 |
7 | ксерокс | 0,25 | 3 | 1 | 0,25 | 2,26 | 0,565 |
8 | жарочный шкаф | 0,625 | 1 | 7 | 4,375 | 2,26 | 9,8875 |
9 | кипятильник | 2 | 1 | 5 | 10 | 2,26 | 22,6 |
10 | плиты | 9,4 | 3 | 24 | 225,6 | 2,26 | 509,856 |
11 | холодильник | 0,15 | 2 | 48 | 7,2 | 2,26 | 16,272 |
12 | универсальный привод | 2 | 1 | 1 | 2 | 2,26 | 4,52 |
13 | мясорубка | 1,2 | 1 | 1 | 1,2 | 2,26 | 2,712 |
14 | кулер | 0,65 | 3 | 3 | 1,95 | 2,26 | 4,407 |
15 | магнитофон | 0,075 | 4 | 3 | 0,225 | 2,26 | 0,5085 |
16 | сканер | 0,25 | 5 | 2 | 0,5 | 2,26 | 1,13 |
17 | посудомоечная машина | 1 | 1 | 2 | 2 | 2,26 | 4,52 |
18 | компьютер (системный блок +монитор) | 0,3 | 46 | 51 | 15,3 | 2,26 | 34,578 |
19 | принтер | 0,25 | 6 | 1 | 0,25 | 2,26 | 0,565 |
20 | чайник | 2 | 1 | 1 | 2 | 2,26 | 4,52 |
21 | утюг | 1,5 | 1 | 1 | 1,5 | 2,26 | 3,39 |
22 | разная бытовая техника | 1,5 | 8 | 3 | 4,5 | 2,26 | 10,17 |
Итого | 414,418 |
| 936,58468 |
Чтобы рассчитать реальное электропотребление в день я воспользовалась показаниями электросчетчика за четыре месяца, сложила их и разделила на количество рабочих дней за этот период. Все данные представлены в таблице 2.
Таблица 2.
№ | Месяц | Показания счетчика, кВт·ч | Количество рабочих дней | Среднее значение энергопотребления в день | Стоимость | Стоимость в день |
1 | Сентябрь | 5750 | 25 | 389,256 | 12995 | 882,1445 |
2 | Октябрь | 10565 | 18 | 24082,56 | ||
3 | Ноябрь | 6730 | 16 | 15209,8 | ||
4 | Декабрь | 10042 | 26 | 22694,92 | ||
ИТОГО | 33087 | 85 | 74982,28 |
Мои расчетные данные отличаются от реальных данных незначительно на 6 %, значит можно считать, что оценка ежедневного потребления электроэнергии проведена, верно. Тогда по таблице 1 видно, что основную долю потребления электроэнергии составляют плиты в столовой, затем люминесцентные лампы, используемые для освещения кабинетов и коридоров школы, лампы накаливания, работа которых в часах более чем в десять раз меньше, чем работа люминесцентных ламп, однако энергопотребление меньше лишь в три раза. Гипотеза подтвердилась. Снизить электропотребление плит в столовой, без замены плит на новые, т. е. без серьезных вложений денег невозможно.
Значит, чтобы снизить расходы школы на оплату электроэнергии необходимо снизить потребление электроэнергии на освещение кабинетов и коридоров школы. Решению этой задачи посвящена вторая глава моего исследования, в которой представлены способы снижения потребления электроэнергии на освещение, которые мне удалось найти в литературе.
СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Энергопотребление осветительной установки за некоторый период определяется мощностью осветительного оборудования и его суммарной наработкой за этот период. Значит, снизить потребление электроэнергии возможно двумя основными способами: снижением номинальной (либо текущей) мощности освещения и уменьшением времени работы. Причем это не должно приводить к снижению качества освещения.
Снижение номинальной (установленной) мощности освещения в первую очередь означает переход к более эффективным источникам света, дающим нужные световые потоки при существенно меньшем энергопотреблении. Однако снижение номинальной мощности освещения все же имеет ограниченный потенциал энергосбережения. Например, лучшие из источников света, применяемых в настоящее время для внутреннего освещения, по характеристикам световой отдачи практически достигли предела в 96-104 лм/Вт при одновременном снижении относительных потерь в пускорегулирующей аппаратуре до 10% и менее. Стабильность этого значения также высока и в конце срока службы ламп составляет 80-95% от начального. Это относится и к современным типам светильников, реальные значения, КПД которых составляют 70-80%, а их снижение во времени незначительно.
На долговременную же перспективу можно изыскать, более существенные возможности. Эти возможности связаны с внедрением современных систем управления, регулирования и контроля осветительных установок. Применение регулируемых люминесцентных светильников позволяет эксплуатировать их при сниженной (по сравнению с номинальной) мощности. А это значит, что при неизменной установленной мощности освещения снижается текущая (фактически потребляемая) мощность и энергопотребление.
Использовать это преимущество без снижения качества освещения можно несколькими способами.
Во-первых, возможно несколько снизить световой поток (и, как результат, мощность) ламп в начальный период их эксплуатации, когда отдаваемый новыми лампами световой поток превосходит необходимое значение. По мере старения ламп он может быть плавно увеличен, что, помимо экономии электроэнергии, обеспечивает и повышенную стабильность освещения во времени.
Bo-вторых, нередко количество светильников по строительно-конструктивным, архитектурным или другим соображениям превышает точно необходимое по светотехническим расчетам. Единственный способ избежать перерасхода энергии в таком случае - дополнительное снижение мощности освещения. По оценкам, приведенным в статье «Мероприятия по снижению электропотребления и рациональному использованию электроэнергии» Бедретдинов Рафик http://www. technolux. info/ Светотехника на портале ЭкспертЮнион [2], потенциал экономии электроэнергии только в этих двух случаях может составлять от 15 до 25%.
В-третьих, если принять во внимание наличие в помещениях естественного освещения в светлое время суток, даже сниженная за счет компенсации указанных избытков освещенности мощность светильников окажется завышенной по сравнению с необходимой. Рациональным использованием дневного освещения (переходом от искусственного освещения к комбинированному) удается добиться наиболее значительной экономии энергии, так как во многие моменты времени суток светильники могут быть вообще отключены либо включены на минимальную мощность (1-10% от номинальной). Экономия электроэнергии при этом составит 25-40%.
Итак, все перечисленное сводится к тому, что снизить потребление электроэнергии можно за счет изменения мощности ламп, а как регулировать мощность?
Диммером (от англ. dim - "затемнять") называют регулятор электрической мощности нагрузки, включаемый последовательно с ней. Диммер позволяет плавно или ступенчато изменять напряжение, подаваемое на осветительный прибор, регулируя тем самым яркость его свечения [3], Википедия.
Диммеры для люминесцентных ламп. Для диммирования люминесцентных ламп используют специальные электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА) с возможностью управления. Процесс управления люминесцентной лампой весьма непрост с технической точки зрения, и в его подробностях я еще не разобралась. Но поняла, что ЭПРА при диммировании уменьшают величину подаваемого на электроды лампы напряжения, увеличивают его частоту (ее величина может достигать 100 кГц) и силу тока. Лампа при этом плавно изменяет свою яркость, но срок ее службы не сокращается. Управляемые ЭПРА в соответствии с существующими в светотехнике стандартами делятся на два класса: аналоговые и цифровые.
В аналоговых устройствах на управляющий вход ЭПРА либо устанавливается потенциометр, с помощью которого можно изменять величину управляющего напряжения, либо подается постоянное напряжение управления (аналоговый сигнал) в интервале 1-10 В. Яркость лампы при этом изменяется от 1 до 100 %. Количество подключаемых к аналоговым ЭПРА ламп производители указывают в паспорте прибора. Цена комплекта используемых для регулирования устройств колеблется в пределах руб. Например, есть 700, 800, 1000 и 1500 Вт, значит, они рассчитаны на 38, 44, 55 и 83 люминесцентные лампы мощностью 18 Вт, таким образом, 1 диммера достаточно на коридор.
Экономия электроэнергии доходит до 25% в стандартом включении, т. е. тратится меньше электричества для создания определенного уровня освещенности. А по мере увеличения естественного света можно уменьшать яркость люминесцентных ламп и тем самым потреблять гораздо меньше электроэнергии.
В литературе я обнаружила еще одно достоинство использования ЭПРА - обеспечивается стабильный световой поток при пульсациях напряжения питания, устраняя тем самым эффект "усталости глаз" при работе за компьютером. Согласно гигиеническим нормам уровень пульсаций светового потока должен быть
- в помещениях, оборудованных компьютерами не более 5% (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03)
- в учреждениях общего образования, начального, среднего и высшего специального образования – 10% (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03). Таким образом, использование диммеров в школе приводит к выполнению требований СанПиН.
Лампы накаливания целесообразнее всего заменить энергосберегающими лампами, три лампы свечки по 60 Вт, можно заменить одной энергосберегающей лампой 36 Вт, уровень освещенности при этом не изменится, экономия при этом составит 80%.
Среднее время работы в день общего количества этих ламп уменьшится в три раза, так как ламп будет не 182, а 60. Энергопотребление составит 0,036*370/3= 4,44 кВт·ч за один день, это в 5 раз меньше.
ОЦЕНКА ЗАТРАТ НА ПРИМЕНЕНИЕ ВЫБРАННЫХ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Необходимо приобрести 60 энергосберегающих ламп примерной стоимостью 120 рублей, что составит 7200 рублей, и снизит ежедневные расходы по этой статье с 50 рублей до 10 рублей. Таким образом, ежедневная экономия составляет 40 рублей, значит, все эти лампы окупятся за 180 дней. Учитывая, что в учебном году 210 дней, можно утверждать, что замена ламп накаливания на энергосберегающие лампы не повлечет дополнительных расходов, зато на следующий год позволит сэкономить 210*40=8400 рублей, которые можно использовать на приобретение диммеров. Необходимо приобрести 14 диммеров по приблизительной стоимости 800 рублей, у нас уже будут 8400 рублей сэкономленных, и мы затратим еще 2900 рублей на приобретение диммеров (всего 11300 рублей). Экономия электроэнергии по статье люминесцентные лампы при этом составит 25-40% , т. е. 40-60 рублей в день, а это рублей. Таким образом, без дополнительных вложений, за два года можно заменить лампы накаливания на энергосберегающие лампы, установить диммеры, и на третий год сэкономить рублей на оплате электроэнергии. А это значит, что можно будет задуматься о замене электроплит в столовой, которые являются основным потребителем электроэнергии на более современные мощность которых менее 1 кВт. Ежедневное потребление электроэнергии за два года снизится примерно на 30 кВт*ч, что составляет почти 70 рублей в день.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение выбранных способов снижения потребления электроэнергии позволит снизить потребление электроэнергии, на 8 %, что составит около 10 % экономии денежных средств. Из выше сказанного можно сделать вывод, что цель работы достигнута. Работа имеет практическую значимость, результаты исследования могут быть использованы для снижения потребления электроэнергии для других школ, детских садов, промышленных предприятий.
