Международный школьный научный вестник
Научный журнал для старшеклассников и учителей ISSN 2542-0372

О журнале Выпуски Правила Олимпиады Учительская Поиск Личный портфель

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

Субботина М.В. 1
1 пгт. Никель, МБОУ средней общеобразовательной школы № 3, 9 «А» класс
Субботина Е.В. (пгт. Никель, МБОУ СОШ № 3)
1. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261 – ФЗ, статья 10. Обеспечение энергетической эффективности при обороте товаров, п. 8.
2. URL: http://www.energosber18.ru/
3. URL: http://medpnz.ru/page/ Статья по теме:«Энергосберегающие лампы опасны для здоровья?».
4. URL: http://ru.wikipedia.org/ Статья по теме: «Энергосберегающие лампы – помощь природе и экономия семейного бюджета».
5. URL: http://profpodsvetka.ru/content/vidilamp Статья Виды и эффективность современных источников света.
6. URL: http://www.stopstamp.ru online – газета для семейного чтения, статья «Почему нельзя выбросить люминесцентную лампу в мусоропровод?»
7. URL: http://www.tepsvet.ru/
8. Беренков А. Энергосберегающие лампы: экономия на освещении; http://mirsovetov.ru/a/housing/cleaning-agents/energy-saving-lamp.html

«В будущем единой мировой валютой будет киловатт – час»

Писатель – фантаст Артур Кларк

В современной жизни остро стоит вопрос экономии электроэнергии, и, как следствие, сохранение окружающей среды и снижении расходов на электричество, к примеру, в коммунальных услугах.

Тенденция к энергосбережению, захватившая внимание всего мира, не обошла стороной и нашу Мурманскую область, что особенно актуально для нашего региона.

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.

Как известно, в ноябре 2009 года вышел закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности», исходя из которого, с 2014 года Россия должна полностью отказаться от обычных лампочек и перейти на энергосберегающие лампы [1].

Свою работу я решила посвятить проблеме сохранения электроэнергии за счет повсеместного применения новых энергосберегающих ламп.

Актуальность темы обусловлена тем, что использование компактных люминесцентных энергосберегающих ламп (далее КЛЛ) в быту – это увеличение эффективности освещения в доме, а значит реальный способ помощи природе, сэкономить энергию и собственные деньги.

Практическая значимость исследования:

Результаты исследования могут быть использованы при проведении уроков физики, технологии. Полученные результаты и практические рекомендации позволяют дать объективную оценку уровня энергосбережения и эффективности применения энергосберегающих ламп.

Объект исследования: искусственные источники света.

Предмет исследования: эффективность использования энергосберегающих ламп.

Гипотеза: если использовать энергосберегающие лампы в быту, то можно получить значительную экономию денежных и природных ресурсов.

Объект, предмет и гипотеза исследования обусловили постановку основной цели и задач.

Цель исследования: обосновать практическую эффективность внедрения энергосберегающих ламп.

Для достижения цели был решён ряд задач:

1) выявить основные преимущества и недостатки ламп накаливания и энергосберегающих ламп и дать их сравнительную характеристику;

2) изучить мнение населения об использовании энергосберегающих ламп;

3) провести практическое исследование и оценить эффективность использования энергосберегающих ламп;

4) обосновать практическую эффективность внедрения энергосберегающих ламп.

Методы исследования:

– анализ литературы;

– наблюдение;

– социологический опрос;

– практическое исследование;

– анализ полученных данных.

В данной работе проводилось исследование эффективности современных ламп освещения. Я провела ряд экспериментов, выполнила анализ результатов для каждой лампы, сделала соответствующие выводы (рис. 1).

subb1.tif

Рис. 1. Исследование эффективности современных ламп освещения

Лампа накаливания

Устройство. Принцип действия

Наиболее привычный для нас способ освещения своих домов – это использование ламп накаливания. Они широко распространены и очень дешевы.

Лампы накаливания представляют собой колбу, предварительно запаянную и заполненную вакуумом или инертным газом. В колбе находится вольфрамовая спираль, которая под воздействием электрического тока сильно накаливается до высоких температур (от 2600 до 3000 К). В результате накаливания лампа излучает свет и тепло (рис. 2).

subb2.tif

Рис. 2. Строение лампы накаливания

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 (КПД – коэффициент полезного действия) 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.

Преимущества и недостатки ламп накаливания

Преимущества ламп накаливания:

- малая стоимость

- небольшие размеры

- при включении они зажигаются практически мгновенно

- отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации

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

- возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)

- отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе

- непрерывный спектр излучения

- возможность использования регуляторов яркости

- нормальная работа при низкой температуре окружающей среды

Недостатки ламп накаливания:

- низкая световая отдача

- относительно малый срок службы

- световая температура лежит только в пределах 2300–2900 °C, что придаёт 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. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

- потребляют большое количество электроэнергии.

Компактная люминесцентная лампа

Устройство КЛЛ. Принцип действия

Энергосберегающие лампы состоят из колбы, наполненной порами ртути и аргоном, и пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор.

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.

Люминофор может иметь различные оттенки, и как результат, может создавать разные цвета светового потока (рис. 3).

Преимущества и недостатки энергосберегающих ламп

Преимущества энергосберегающих ламп:

- Большой срок службы.

- Низкое потребление электроэнергии.

- Заводская гарантия на люминесцентные лампы.

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

Недостатки энергосберегающих ламп:

- 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.

- В трубке содержатся пары ртути.

- Риск негативных последствий для здоровья при использовании энергосберегающих ламп [3, с. 7].

Сравнительные характеристики ламп накаливания и энергосберегающих компактных люминесцентных ламп приведены в табл. 1.

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 – 150-300 рублей за лампу

Срок службы

Низкий. Около 1000 часов непрерывного горения

Высокий. 8000-15000 часов непрерывного горения

Световая отдача

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

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 около 3-5 мг ртути. Разрушенная или повреждённая колба лампы может высвободить пары ртути и вызвать отравление организма. Необходимо специальное место для утилизации КЛЛ.

Социологический опрос

Прежде чем приступить к своей работе, я провела социологический опрос среди жителей посёлка Никель.

Было опрошено 100 респондентов, среди которых были мужчины и женщины, учащиеся и работники школы.

Вопрос № 1. Какие лампы для освещения своих квартир вы предпочитаете?

- 57 % опрошенных выбирают привычные лампы накаливания

- 43 % – энергосберегающие лампы (рис. 4).

subb3.tif

Рис. 3. Строение энергосберегающей лампы

subb4.wmf

Рис. 4. Диаграмма 1. Вопрос: Какие лампы для освещения своих квартир вы предпочитаете?

Вопрос № 2. Основные причины выбора?

- Лампа накаливания, потому что у них: низкая стоимость, безопасная утилизация, безвредны для здоровья

- Компактные люминесцентные лампы, потому что у них: яркое освещение, больший срок службы экономия электроэнергии.

Вопрос № 3. Необходимо ли специальная утилизация для КЛЛ? Почему?

- 43 % опрошенных ответили – да, содержание ртути

- 49 % опрошенных ответили – не знаю

8 % опрошенных сказали – нет (рис. 5).

subb5.wmf

Рис. 5. Диаграмма 2. Вопрос: Необходимо ли специальная утилизация для КЛЛ? Почему?

subb6.wmf

Рис. 6. Диаграмма 3. Вопрос: Как вы считаете, нужно ли обычные лампы накаливания менять на энергосберегающие лампы?

Вопрос № 4. Как вы считаете, нужно ли обычные лампы накаливания менять на энергосберегающие лампы?

- 7 % опрошенных считают, что переход на энергосберегающие лампы не целесообразен;

- 23 % опрошенных респондентов сказали, что нужны и энергосберегающие лампы и лампы накаливания и затруднились дать точного ответа;

- 30 % – опрошенных респондентов сказали, что согласны с тем, что нужно менять лампы накаливания на энергосберегающие;

- 40 % – опрошенных респондентов сказали, что полностью перешли на использование энергосберегающие лампы (рис. 6).

По результатам опроса можно сделать вывод: население не полностью осведомленно о эффективности использования КЛЛ, содержании ртути и специальном методе утилизации.

Эффективность использования энергосберегающих ламп в домашних условиях

Практическое исследование

Для исследования практической эффективности ламп освещения была проведена серия экспериментов. Исследовалась потребляемая мощность, освещенность и температура нагрева поверхности. Тестировалось лампа накаливания (75 Вт) и КЛЛ (15 Вт).

1. Для исследования потребляемой лампами освещения мощности (P) была собрана схема (рис. 7).

subb7.wmf

Рис. 7. Схема потребления лампами освещения мощности

Результаты измерений указаны в табл. 2. (P0 – заявленная производителями ламп освещения мощность).

Таблица 2

Сравнение потребляемой мощности лампами освещения

Лампа освещения

I, А

U, B

P, Вт

P0, Вт

Лампа накаливания

0,32

225

72

75

КЛЛ «Еcowat»

0,06

225

13,5

15

Вывод: ни одна из ламп не показала значений мощности, равных заявленным, почти все значения потребляемой мощности оказались ниже.

Для исследования температуры нагрева поверхности, я использовала прибор «ПИРОМЕТР ВС – 89»

Результаты измерений указаны в табл. 3.

Таблица 3

Сравнение температуры нагрева поверхности ламп

Лампа освещения

Температура через 1 минуту

Температура через 3 минуту

КЛЛ «Еcowat»

44 °C

74 °C

Лампа накаливания

197 °C

243 °C

Вывод: Лампы накаливания имеет более высокую температуру нагрева поверхности.

Теоретическое исследование

1. Проведем теоретическое исследование и узнаем, какие лампы более эффективны.

Опыт 1

Расчет ведется исходя из того, что тестируемые лампы работают непрерывно в течение одного года. Также считается, что одна энергосберегающая лампа в 15 Вт по светоотдаче соответствует лампе накаливания в 75 Вт [4]

Вывод: Экономия денежных средств семейного бюджета в течение одного года составляет 1244,16 рубля.

Стоимость энергосберегающей лампы компенсируется ресурсом работы (табл. 4).

Таблица 4

Расчет экономии электроэнергии и денежных затрат при использовании энергосберегающих ламп

Показатели

Лампа накаливания

Энергосберегающая лампа

Срок службы, часы

1000

(1000/7 = 142 дня, т. е. около 5 месяцев)

8000

Кол-во ламп

1

1

Установленная мощность

1 ламп по 100 Вт = 0,1 кВт

1 ламп по 20 Вт = 0,02 кВт

Затраты на лампы в течение

одного года

5 ламп по 30 рублей (1год) = 150 рублей.

1 ламп по 150 рублей (единовременно)

Плата за энергию за год (по тарифу 1.80 руб./кВт*ч)

0.1 кВт*8640ч*1.80 руб. = 1555,2 руб.

(8640 часов в год)

0.02 кВт*8640ч*1.80 руб. = 311,04 руб.

Экономия

1244,16 рублей

 

Опыт 2

Провели эксперимент. Мы заменили в жилом доме обычные лампы накаливания на энергосберегающие лампы. Результаты эксперимента представлены в табл. 5.

Таблица 5

Экономия денежных средств, при замене ламп накаливания на КЛЛ

Месяц

Показания счётчика, кВт/ч

Сумма, руб.

Экономия, руб.

Сентябрь

285

513

 

Октябрь

170

306

207 рублей, 40,4 %

Таблица 6

Лампа освещения

L, лм/Вт

P, Вт

E, лк

Лампа накаливания

12

72

864

КЛЛ «Еcowat»

60

13,5

810

Вывод: Эффективность использования энергосберегающих ламп составила – 207 рублей (40,4 %) с учетом потребления электрических приборов (холодильника, телевизора и т.д.).

2. Для исследования освещенности ламп я воспользовалась данными, взятыми из литературных источников [5].

Для сравнения освещенности ламп воспользуемся следующей формулой:

E = L*P,

где E [лк] – освещенность,

L [лм/Вт] – эффективность, световая отдача,

P [Вт] – потребляемая мощность.

Вывод: КЛЛ показали меньшую освещенность, чем лампы накаливания, но при этом используя в 5 раз большую мощность. Такой результат обусловлен и формой ламп.

Заключение

Таким образом, мы выяснили в своей работе основные преимущества и недостатки лампы накаливания и энергосберегающей лампы.

Выгода использования энергосберегающих ламп очевидна, если лампа прослужит заявленный на ней срок. Экономия в наших расчетах составляет 1244 рубля за время непрерывной работы в течение одного года.

Так же энергосберегающие лампы перегорают гораздо реже ламп накаливания.

При замене ламп накаливания на энергосберегающие в жилом доме экономия электроэнергии в среднем составляет 40 %.

Следовательно, мы убедились в выгодности для семейного бюджета и сохранения природных ресурсов использование энергосберегающих 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 [6].

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.

Энергосбережение необходимо, иначе мы очень скоро – примерно через несколько десятков лет исчерпаем весь мировой запас угля и нефти, которые используются для выработки электроэнергии. А также мы тратим впустую свои деньги, оставляя свет, бытовые приборы, технику, бестолково включенными. Мы должны серьезно задуматься об энергосбережении, а не то скоро вместо лампочек, мы будем разжигать дома костры для освещения и готовки пищи, так как электричество может скоропостижно закончиться из-за нехватки ресурсов.

Энергосбережение – это не только экономия денег, но и забота о планете. Каждый из нас является частью планеты, поэтому любое наше действие или

бездействие способно повлиять на развитие событий! Энергосбережение – это ВАЖНО!

Люминофоры – (от лат. lumen – свет и греч. phoros – несущий), вещества, способность которых светиться под действием внешних факторов, используется для практических целей. Люминофоры применяют для преобразования различных видов энергии в световую.

Цоколь – в электро- и радиотехнике – конструктивная часть лампы (накаливания, электронной); служит для ее установки (в патроне, ламповой панели) и обеспечения гальванической связи ее внутренних элементов (нити накала, электродов) с внешней электрической цепью.

Световая отдача – ключевой параметр эффективности источника света. Показывает, сколько света вырабатывает лампа на каждый ватт израсходованной энергии. Измеряется в лм/Вт (люмен/ватт).


Библиографическая ссылка

Субботина М.В. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП // Международный школьный научный вестник. – 2016. – № 1. ;
URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=23 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674