Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1»

Как можно снизить объемы потребляемой электрической энергии в школе?

Исследовательская работа

Физика+экология

Выполнил: Клименков Сергей Сергеевич,

ученик 5 «А» класса

Руководитель: ,

учитель биологии

г. Сорочинск 2015

Оглавление

Введение 3-5

Глава 1

1.1. Энергосбережение как основа снижения энергетических ресурсов 6

1.2. Плюсы и минусы энергосберегающих (люминесцентных) ламп 7-8

1.3. Плюсы и минусы светодиодные ламп 8-10

Глава 2

2.1. Исследования ламп в лабораторных условиях 10

2.2. Измерение яркости люминесцентного и светодиодного светильников 10-12

2.3. Измерение потребляемой электрической энергии светильников 12-13

2.4. Расчет снижения потребялемой электрической энергии в 2015 г. в 13-14

кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска

2.5. Расчет потребляемой электрической энергии в кабинете № 10 МБО 15-16

«СОШ №1» г. Сорочинска

2.6.Расчет срока окупаемости светодиодных светильников в случае их

установки в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска 16-17

Заключение 18

Список литературы 19

Приложение 1 20

Приложение 2 21

Введение

Современные проблемы энергоэффективного освещения многогранны и имеют широкий спектр. Их решением сейчас занимается большое количество фирм и организаций, работающих в области светотехники. И это действительно актуально, поскольку дефицит энергии становится проблемой все большего числа российских городов, сёл.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Мне постоянно, уже не первый год, родители повторяют «Выключай за собой свет», «Выключай телевизор (компьютер) если не смотришь». Я, конечно, выполнял требования родителей, но не придавал этому должного значения. А недавно я обратил внимание, что в классе возле выключателя висит плакат «Уходя – выключи свет!».

И тут я задумался, почему это так важно, экономить электроэнергию? На помощь мне пришёл папа, работающий энергетиком. Он мне сказал, что экономя свет в доме – мы экономим свой семейный бюджет, а экономя свет в школе – мы сэкономим бюджет школы. А сэкономленные денежные средства пригодятся для других нужд семьи или школы.

У меня возник очередной вопрос: «Как можно снизить объемы потребляемой электрической энергии в школе, для экономии бюджета?

Тема моей исследовательской работы «Использование и применение люминесцентных и светодиодных светильников»

Объектом исследования являются источники света.

Предмет исследования - люминесцентные и светодиодные светильники.

Цель: узнать, можно ли снизить объемы потребляемой электрической энергии в школе, применяя светодиодные светильники.

Для достижения этой цели мною были поставлены следующие задачи:

Познакомиться с устройством люминесцентных и светодиодных светильников; Провести опыт в домашних условиях по замеру потребляемой электроэнергии люминесцентными и светодиодными светильниками; Вычислить экономический эффект, в случае установки светодиодных ламп в кабинете №10 МБОУ «СОШ№1» г. Сорочинска; Подготовить сообщение «Использовании светильников с светодиодными лампами для снижения объема потребляемой электрической энергии» на классном часе; Познакомить с результатами исследования администрацию школы.

Гипотеза: предположим, что лучшими источниками света выступают светильники с люминесцентными и светодиодными лампами, то могут ли они потреблять меньшее количество электрической энергии?

Методы исследования: 1) чтение и изучение литературы, интернет - ресурсов о светильниках с люминесцентными и светодиодными лампами;

2) проведение опыта по замеру потребляемой электроэнергии люминесцентными и светодиодными светильниками;

3) проведение расчётов потребленной электрической энергии люминесцентными и светодиодными светильниками.

Источники исследования основой исследования являются интернет-ресурсы, результаты проведённого опыта по замеру энергозатрат.

Значимость исследования заключается в приведении сравнительной таблицы по потреблению электроэнергии светильниками с люминесцентными, светодиодными лампами и произведении расчёты денежных средств на электрозатраты в 2015 году при использовании люминесцентных и светодиодных светильников. Прикладная ценность – в оформлении презентации по теме исследования.

Этапы исследования:

Сбор информации о люминесцентных и светодиодных светильниках. Проведение опыта по замеру потребления электроэнергии люминесцентными и светодиодными светильниками. Фотосъёмка по ходу проведения опыта. Проведение расчётов денежных средств на электрозатраты в 2015 году при использовании люминесцентных и светодиодных светильников. Выступление с работой перед учащимися и администрацией школы

В условиях энергетического и мирового экономического кризиса актуально звучат слова известного писателя-фантаста Артура Кларка: «В качестве единой мировой валюты будет киловатт-час». Так как в настоящее время повышены требования к снижению потребления электроэнергии, значит тема моей исследовательской работы актуальна.

1 Теоретическая часть

1.1.Энергосбережение как основа снижения энергетических ресурсов

В настоящее время очень большое внимание уделяется вопросам снижения энергетических ресурсов. К энергетическим ресурсам относятся: газ, вода, тепловая энергия, электрическая энергия, горюче-смазочные материалы. В повседневной жизни, как я уже упоминал, мы часто встречаем фразы: БЕРЕГИТЕ ТЕПЛО, УХОДЯ ГАСИТЕ СВЕТ, и т. п. Данные фразы помогают экономить и избежать лишних затрат включая денежные средства.

Требования к снижению энергетических ресурсов также предписываются Федеральным законодательством в следующих документах:

закон Российской Федерации

Указанный выше последний нормативный документ фактически запретил производства и продажи обычных лампочек накаливания и предписал использования энергоэффективных источников освещения.

1.2.Плюсы и минусы энергосберегающих (люминесцентных) ламп

Люминесцемнтная ламмпа — газоразрядный

источник света, в котором электрический

разряд в парах ртути создаёт ультрафио-

летовое излучение, которое преобразуется

в видимый свет с помощью люминофора —

например, смеси галофосфата кальция

с другими элементами. Рис.1 люминестентная лампа

Плюсы энергосберегающих (люминесцентных) ламп

1) Эти лампы были настоящим прорывом, потому как обычная лампа накаливания потребляет 100 Вт, а вот энергосберегающие потребляют всего 25 Вт, при таких же характеристиках свечения. Они оказались в 4 раза экономичнее.

2) Также эти лампы работают дольше, чем обычные лампы накаливания. Если брать серьезных производителей, то гарантия у них доходит до 3 – 5 лет. ДА и по личному опыту скажу, что они реально могут проработать и больше, у нас на улице такая лампа работает около 4 лет.

3) Световой поток можно выбрать либо теплый, либо холодный белый. Тут как говорится на любой вкус, кому то нравится такой, а кому то такой! Главное выбор есть.

4) Цена. Сейчас энергосберегающие (люминесцентные) лампы, можно очень дешево купить. Например, от нашего отечественного производителя (с нормальным качеством) стоят около 50 рублей. Это мощностью в 20Вт (примерно как лампа накаливания 80 Вт). Если брать более серьезных производителей, то цена может быть и 250 и 350 рублей.

Наверное, это все плюсы, минусов также предостаточно.

Минусы люминесцентных ламп

1) Самый большой минус люминесцентные ламп, это то, что они медленно разгораются. То есть щелкнули выключателем, а они загораются «тускло» и только через пару минут они выходят на максимальное свечение. Все дело в том, что в стеклянных трубках люминесцентной лампы находятся специальные газ, который способствует свечению, так вот ему нужно пару минут, чтобы разогреться, и только потом лампа будет гореть на все 100 %

2) Люминесцентные лампы опасны при повреждении. В стеклянных трубках, находятся еще и пары ртути, поэтому если такая лампа повреждена, то находится в помещении очень опасно, его нужно специально обрабатывать!

3) Эти лампы не диммируются! Есть специальные выключатели, которые могут прибавлять или убавлять ток на лампах – димеры, благодаря чему лампы светятся либо ярче, либо слабее. Так вот диммеры могут работать с лампами накаливания и светодиодными лампами. НО они никак не работают с люминесцентными лампами. Скажу больше использовать диммер с такими лампами запрещено, потому как они попросту могут взорваться!

1.3. Плюсы и минусы светодиодные ламп

Светодиодные светильник – это осветительный

прибор, основными элементами которого

являются полупроводниковый элемент - светодиод,

и источник питания - драйвер.

Драйвер светодиодного светильника –

Рис.2 светодиодная лампа это импульсный источник питания, который

преобразует переменный ток в постоянный.

Плюсы светодиодных ламп

1) Так, светодиодная лампа эффективнее люминесцентной в 2 – 3 раза. Например – светодиодная лампа в 9 Вт = 25 Вт (люминесцентной) = 100 Вт лампе накаливания. Как видите экономия на лицо!

2) Загораются сразу, нет никаких задержек. Щелкнул выключателем и она вышла на 100 % мощность.

3) Срок службы выше, чем у люминесцентных ламп, могут проработать до 10 лет (с условием что лампы серьезного производителя). Если честно то там и ломаться то нечему, диод сам по себе это очень прочная конструкция. Если что-то и выходит из строя, так это электроника лампы.

4) Не содержит никаких вредных веществ, при разрушении, нет стеклянных трубок которые наполнены вредным газом!

5) Диммируются. Большое количество ламп работают с диммерами, можно прибавлять и убавлять световой поток

6) Диоды могут излучать гораздо больше цветовых потоков. И это все не сводится к двум цветам (холодному и теплому) белому, а диоды могут быть и красного, и синего, и желтого, зеленого и практически всех цветов RGB. Большой плюс для дизайнерского украшения помещений.

Как видите у светодиодных ламп много плюсов, самые основные, это то, что они меньше берут электричества (а светят также), и дольше работают.

Минусы светодиодных ламп

1) Самый основной минус это цена. Такие лампочки стоят в 2 – 3 раза дороже, чем люминесцентные лампы. Хотя сейчас цены на них, стремительно падают, потому как производить их начинает все больше и больше компаний. Так например лампу с цоколем E27, равную по силе свечения обычной лампе накаливания 80Вт, можно купить минимум за 120 – 150 рублей. А если брать серьезного производителя и большую мощность до доходит до 500 рублей.

2) Дешевые китайские лампы желтят и не всегда выдают нужную мощность. Если взять лампы дешевых китайских производителей, то они могут не выдавать нужной мощности, так например заявлена мощность аналогичная 100Вт лампе накаливания, а светят они максимум на 60 – 80 Вт. Также световой поток от них может быть желтоватым, а не теплым белым или холодным белым. На это нужно обращать внимание и выбирать только проверенные лампы.

Таким образом, из вышесказанного видно, что наибольшее преимущество у светодиодных ламп, несмотря на их высокую цену. Так как они и экономичны в эксплуатации, и экологически безопасны.

2 Практическая часть

2.1. Исследования ламп в лабораторных условиях

В лабораторных условиях метрологической службы Плюс» осуществляем

монтаж и подключение люминесцентного

светильника типа Армстронг, в соответст

вии с Паспортом завода их изготовителя [4],

через электрическую сеть 220 В, а также

электрический счетчик, который

будет учитывать потребляемую электри-

ческую энергию этого светильника. Данные Рис. 3 Люминесцентный светильник

вид светильников используются для освещения в большинстве зданий и

офисов г. Сорочинска.

В лабораторных условиях метрологической службы ОАО

«ЭнергосбыТ Плюс» осуществляем монтаж и подключение

светодиодного светильника, в соответствии

с Паспортом завода их изготовителя [5];

через электрическую сеть 220 В. и другой

электрический счетчик, который будет

учитывать потребляемую электрическую

энергии этого светильника.

Рис.4 Светодиодный светильник

Так как у меня нет доступа в лабораторию, то провожу опыты в домашних условиях под руководством папы.

2.2. Измерение яркости люминесцентного и светодиодного светильников

Для этого закрываем жалюзи на окнах и включаем только светильник с люминесцентными лампами. На стол кладем специальный прибор ЛЮСКОМЕТР, который измеряет ЯРКОСТЬ света. Измерение проводим в строгом соответствии с Паспортом на данный прибор [6], а также таким образом, чтобы расстояние от светильника расположенного на потолке до стола было равным расстоянию от потолка до парт, как в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска.

Принцип работы прибора очень прост, чем больше он показывает цифр, (ЛЮКСОВ – единица измерения яркости света), тем свет ярче.

Осуществляем измерение яркости светильника с люминесцентными лампами и получаем результат – 265,4 лк

Рис.5 Измерение яркости алюминесцентной лампы

Для этого закрываем жалюзи на окнах и включаем только светильник светодиодными лампами. Аналогичным образом производим измерения яркости светодиодного светильника при помощи ЛЮКСОМЕТРА и получаем результат – 382,9лк

Рис 6 Показания люксометра со светодиодными лампами

Взяв разность между измеренными значениями, получаем результат:

382,9 - 265,4 = 117,5 лк

На основании проведенных измерений можно сделать вывод:

Яркость измеренная от светодиодного светильника на 117,5 лк выше яркости от светильника с люминесцентными лампами.

2.3. Измерение потребляемой электрической энергии светильников

Выполним измерения потребляемой электрической энергии для обоих светильников через подключенные электрические счетчики в соответствии с заводским руководством по эксплуатации и паспортом на приборы учета марки ПСЧ-4ТМ.05М.16 (10)[7]

Фиксируем и записываем показания электросчетчика в начале исследования. Исходя из фотографий четко видно показания обоих приборов учета: - для люминесцентного светильника они составляют 0,01 ед.

- для светодиодного светильника 0,00 ед.

Рис.7 Показания эл. счётчика Рис.8 Показания эл. счётчика

для люминесцентной лампы для светодиодной лампы

После этого оставляем включенными оба светильника на 1 час.

Через час снова фиксируем и записываем показания обоих электросчетчиков. Исходя из фотографий четко видно, что показания прибора учета измеряющего потребление электрической энергии составили для:

люминесцентного светильника составили 0,11 ед.,

светодиодного светильника – 0,04 ед.

Рис.9 Показания эл. счетчика Рис.10 Показания эл. счетчика

через час люминесцентной лампы через час светодиодной лампы

Выполним расчет потребленной электрической энергии.

Для люминесцентного светильника объем потребленной электрической энергии составил: 0,11-0,01 = 0,10 кВт час

Для светодиодного светильника потребленная электрическая энергия составила: 0,04-0,00 = 0,04 кВт час.

Таким образом мы видим, что светильник с светодиодными лампами потребляет электрической энергии в 2,5 раза меньше, чем светильник с люминесцентными лампами.

Расчет снижения потребляемой электрической энергии в 2015 г. в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска

На основании полученных результатов измерений выполним расчет снижения потребляемой электрической энергии на 2015 г. в случае монтажа светодиодных светильников в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска. В кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска в настоящее время установлено 16 шт. светильников с люминесцентными лампами. Для комфортной работы школьников рассмотрим вариант установки 16 светодиодных светильников.

Определяем количество учебных дней (Nдн) с января по декабрь месяцы и в целом за 2015 г. (без учета выходных дней (воскресенья), праздничных дней и каникул). Итоги подсчета сводим в таблицу № 1 (Приложение 2)

Исходя из разной продолжительности светового дня в течение года 2015 г, в расчетах будем использовать разное число часов работы (горения) светильников (Т час).

Т час = 8 часов работы для каждого светильника за 1 учебный день для следующих месяцев: апрель, май, сентябрь.

Т час = 10 часов работы для каждого светильника за 1 учебный день для следующих месяцев: январь, февраль, март, октябрь, ноябрь, декабрь.

На период летних каникул (июнь, июль, август) будем считать, что светильники включаться не будут и число часов их работы примем равным 0.

Число часов работы светильников (люминесцентных и светодиодных) будет одинаковым по продолжительности в течение 2015 года.

Рассчитаем число часов работы светильников в 2015 году:

Тгод = Т1 + Т2 + Т3 + Т4 + Т5 + Т6+ Т7 + Т8 + Т9 + Т10 + Т11+ Т12;

где, Тгод– число часов работы светильников за 2015 год;

Т1,Т2,Т3,Т4,Т5,Т6,Т7,Т8,Т9,Т10,Т11,Т12 - число часов работы светильников в учебные дни: января, февраля, марта, апреля, мая, июня, июлю, августа, сентября, октября, ноября и декабрь месяцы 2015 г. соответственно.

На примере января 2015 г. рассчитаем число часов работы светильников:

Т1 = Тчас1* Nдн(1)*N

где, Т1 – суммарное время работы одного светильника в учебные дни января месяца;

Т час1 – количество часов работы светильника в январе месяце;

Nдн(1) – количество посчитанных учебных дней в январе месяце;

N – количество светильников в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска. N = 16 шт.

Т1 = 10*18*16 = 2880 часов отработают 16 светильников в январе месяце.

Аналогичным образом рассчитываем количество часов работы светильников за февраль, март, апрель, май, сентябрь, октябрь, ноябрь и декабрь месяцы из расчета разного количества числа часов работы (горения) по месяцам. Данные расчетов также заносим в таблицу № 1 (Приложение 2)

Итоги измерения показывают, что светильник с светодиодными лампами потребляет электрической энергии в 2,5 раза меньше, чем светильник с люминесцентными лампами,

Расчет потребляемой электрической энергии в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска

Расчет годовой потребленной электрической энергии выполним на основе проведенных измерений в данной работе.

Для люминесцентных светильников:

Wгод(л) = W1(л) + W2(л) + W3(л) + W4(л) + W5(л) + W6(л) + W7(л) + W8(л) +W9(л) +W10(л) +W11(л) + W12(л)

Где, Wгод(л) – объем электрической энергии потребляемой люминесцентными светильниками за 2015 год;

W1(л) – объем электрической энергии потребляемой люминесцентными светильниками за январь 2015 г.

W2(л) – объем электрической энергии потребляемой люминесцентными светильниками за февраль 2015 г

12(л) – объем электрической энергии потребляемой люминесцентными светильниками за декабрь 2015 г

На примере января 2015 г. рассчитаем объем потребленной электроэнергии 16-ю люминесцентными светильниками в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска.

W1(л) = Wл1 час *Т1

где, Wл1час - объем потребляемой электрической энергии одним люминесцентным светильником за 1 часа его работы; Wл1 = 0,1 кВт час

Т1 – суммарное время работы 16-ти светильников в январе месяце, Т1=2880

W1(л) = 0,1 * 2880 = 288 кВт час

Аналогично производим расчеты потребляемой электрической энергии для люминесцентных светильников за оставшиеся месяца 2015 г. (февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь и декабрь). Расчеты сводим в таблицу № 1 (Приложение 2)

На примере января 2015 г. рассчитаем объем потребленной электроэнергии 16-ю светодиодными светильниками в случае их установке в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска:

W1(с) = Wс1 час *Т1

где, Wс1час - объем потребляемой электрической энергии одним светодиодным светильником за 1 часа его работы; Wс1час = 0,04 кВт час

Т1 – суммарное время работы 16-ти светильников в январе месяце, Т1=2880

W1(л) = 0,04 * 2880 = 115,2 кВт час

Аналогично производим расчеты потребляемой электрической энергии для светодиодных светильников за оставшиеся месяца 2015 г. (февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь и декабрь). Расчеты так же сводим в таблицу № 1 (Приложение 2)

На основании проведенных расчетов видно, что на примере января месяца 2015 г. в случае замены люминесцентных светильников на светодиодные, экономия электрической энергии в кабинете № № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска составит 172,8 кВт час. За оставшиеся месяцы 2015 г. и в целом за 2015 г. экономия составит 1862,4 кВт часов.

Расчет срока окупаемости светодиодных светильников в случае их установки в кабинете № 10 МБОУ «СОШ №1» г. Сорочинска

Выполним расчет срока окупаемости исходя средней стоимости 1 кВт час электрической энергии равной 4 руб.

Примем среднюю стоимость светодиодного светильника равной 2000 руб.

Производим расчет : 2000*16=32000 руб. (составят затраты на приобретение 16 светильников)

За 2015 г. объем денежных средств за потребленную электроэнергию светильника с люминесцентными лампами составит: 3104 *4 = 12416 руб.

За 2015 объем денежных средств за потребленную электроэнергию светильника с светодиодными лампами составит:

1241,6*4 = 4966,4 руб.

Находим разницу: 12416-4966,4 = 7449,6 руб. (составит экономия денежных средств от потребленной электроэнергии в случае установки светодиодных светильников

Срок окупаемости: 32000/7449,6 = 4,29 (год) светодиодные светильники окупят себя полностью

Заключение

На основании проведённых измерений видно, что светодиодные светильники потребляют меньшее количество электрической энергии (в 2,5 раза) при лучшей освещенности, на 117,5 лк, что позволяет не только сэкономить потребляемую электрическую энергию, но и получить наибольшую яркость освещаемых в помещениях где они используются.

Если подвести итог по светодиодным и энергосберегающим лампам, то выбор очевиден. Выигрывают светодиоды! Пусть они подороже, но они более экологичные, экономичные, долговечные, обладают различными цветовыми решениями!

Список использованных источников

Федеральный закон от 01.01.2001 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" (с изменениями и дополнениями) Постановление от 31.12. 2009 № 000 «Об утверждении правил установления требований энергетической эффективности товаров, работ, услуг, размещение заказов на которые осуществляется для государственных или муниципальных нужд»; Постановление Правительства Российской Федерации от 01.01.01г. № 000 «Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения»; Паспорт на люминесцентный светильник марки АРМСТРОНГ (4х18); Паспорт на светодиодный светильник типа ЭКО-64R; Паспорт на прибор «ТКА ПКМ» (08) Руководство по эксплуатации и паспорт на прибор учета марки ПСЧ-4ТМ.05М.16 (10)

Приложение 1

Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации; Таблица № 1 с рассчитанными величинами для научно - исследовательской работы

Приложение 2

Таблица № 1 Расчетная таблица