Научно-исследовательская работа на тему: «Вред и польза энергосберегающих ламп»

Министерство образования и науки республики Казахстан

Общая средняя школа №30 имени Ораза Жандосова

Выполнила ученица 9 «Б» класса

Каткова Дарья.

Научно-исследовательская работа

На тему: «Вред и польза энергосберегающих ламп»

Научный руководитель:

Шишкалова Елена Владимировна

2014-2015 уч. год

Содержание.

I. Актуальность темы

II. Основная часть. Способы освещения.--------------------------------------------------------

1. Лампа накаливания.---------------------------------------------------------------------------

2.Компактная люминесцентная лампа-------------------------------------------------------

3.Достоинства и недостатки.-------------------------------------------------------------------

4. Расчёт экономии электроэнергии и денежных затрат.---------------------------------

5. Утилизация энергосберегающих ламп

III. Заключение. --------------------------------------------------------------------------------------

IV. Библиографический список. -------------------------------------------------------------------

Аннотация проекта

I Актуальность темы.

В республике Казахстан принят новый закон «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности». Закон принят в замен ранее действовавшего закона «Об энергосбережении», принятого 25.12.1997 "Об энергосбережении". В связи с этим в средствах массовой информации очень часто поднимается вопрос о переходе населения страны на энергосберегающие лампы. В этой работе мы постарались рассмотреть главные «плюсы» и «минусы» ламп накаливания и энергосберегающих ламп, действительно ли компактные люминесцентные лампы являются на сегодняшний день альтернативой для освещения своих домов как высокоэффективные, энергосберегающие лампы и рассчитать затраты на электроэнергию обычного жилого дома.

Гипотеза: если знать все плюсы и минусы каждого вида ламп, то потребителю представится возможность сделать правильный выбор при приобретении электролампы.

Цель работы: изучить и сравнить характеристики каждого вида ламп

Задачи: (план работы)

• Провести анкетирование и определить, насколько популярны в использовании энергосберегающие лампы.

• Изучить устройство и принцип действия каждого вида ламп.

• Проанализировать информацию, связанную с рекламой и использованием энергосберегающих ламп.

• Провести эксперимент по подсчету затраченной электроэнергии, при работе каждого вида ламп.

• На основе проведенных исследований составить буклет в котором будут указаны все плюсы и минусы каждого вида ламп

Методы:

• Анкетирование

• Сбор информации

• Эксперимент

• Сравнительный анализ

• Систематизация материала в форме презентации и буклета

Объект исследования: энергосберегающие лампы.

II. Основная часть.

1.Лампа накаливания.

Лампа накаливания знакома всем. Это стеклянная колба с излучателем из проволоки (обычно вольфрамовой) в виде нити или спирали, накаливаемой электрическим током. Обычная лампа накаливания представляет собою наглухо запаянную стеклянную колбу, внутри которой находится инертный газ и вольфрамовая спираль. Под действием электрического тока вольфрамовая спираль начинает накаливаться и излучает свет.

Принцип действия ламп накаливания основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через нить, в световую. Температура разогретой нити достигает 2600-3000 °С. Но нить лампы не плавится, потому что температура плавления вольфрама (3200...3400 °С) превышает температуру накала нити. Чтобы спираль быстро не перегорела, из стеклянного баллона выкачан воздух либо баллон заполнен инертным газом. Спираль укреплена на электродах. Один из них припаян к металлической гильзе цоколя, другой — к металлической контактной пластине. Их разделяет изоляция. Один из проводов присоединен к гильзе цоколя, а другой — к контактной пластине тогда ток, преодолевая электрическое сопротивление НИТИ, раскаляет ее.

Различают лампы накаливания вакуумные (из колбы удален воздух) и наполненные газом (например, криптоном). Срок службы лампы накаливания достигает 1000 часов. Она была изобретена в 1872 году русским электротехником Александром Лодыгиным и усовершенствована в 1879 году американским изобретателем Томасом Эдисоном.

Лампа накаливания, использующаяся без плафона, в разговорной речи традиционно называется лампочкой Ильича. Это словосочетание появилось после поездки Владимира Ленина в деревню Кашино в 1920 году – там запускалась электростанция с разводной сетью.

В лампе накаливания используется эффект нагревания и свечения металлической нити при протекании через нее электрического тока. Главным параметром такой лампы является мощность, которую она потребляет. На первый взгляд, при одинаковой конструкции и разных значениях мощности лампы будут отличаться только количеством излучаемого света.

Но дополнительно будут различаться и цвет света, и долговечность, и экономичность. Для домашнего освещения, наиболее оптимальны лампы мощностью 40 Вт, 60 Вт, 75 Вт, 100 Вт – они обладают средней экономичностью и надежностью. Лампы 15 Вт и 25 Вт неэффективны, светят слабовато, но долго не перегорают.

2.Компактная люминесцентная лампа

Энергосберегающая лампа представляет собой электронный прибор, состоящий из колбы с рабочим газом (пары ртути и аргона) и балласта - электронного пускорегулирующего устройства. Внутренние стенки колбы покрыты люминофором, который светится при прохождении тока через газ. В колбу вмонтированы два электрода, представляющие собой нити накала. Электронное пускорегулирующее устройство представляет собой электронный преобразователь напряжения.

Принцип действия энергосберегающей лампы.

На электроды подаётся напряжение. Через нити накала протекает пусковой ток. Это приводит к возникновению «тлеющего разряда в газе». При этом газ начинает выделять невидимое ультрафиолетовое излучение. Нанесённый на внутренние стенки стекла люминофор преобразует это излучение в видимый свет. Более тёплый или более холодный оттенок света определяется видом люминофора. Ток, протекающий через газ, ограничивается дросселем.

3. Энергосберегающая лампа. Достоинства и недостатки.

Благодаря механизму действия люминесцентных энергосберегающих ламп снижется потребление электроэнергии на 80% в сравнении с обычными лампами накаливания. Так они и получили сове название – энергосберегающие.

Энергосберегающие лампы могут иметь разную цветность в зависимости оттого, какой состав люминофора. Цветовая гамма лампы может варьироваться от красного к синему. Таким образом, у потребителей есть возможность подобрать цвет лампы к своему интерьеру.

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

Главным преимуществом энергосберегающих ламп считается их высокая световая отдача, превышающая тот же показатель ламп накаливания в несколько раз. Энергосберегающая составляющая как раз и заключается в том, что максимум электроэнергии, запитанной на энергосберегающую лампу, превращается в свет, тогда как в лампах накаливания до 90% электроэнергии уходит просто на разогрев вольфрамовой проволоки.

Другим несомненным преимуществом энергосберегающих ламп является их срок службы, который определяется промежутком времени от 6 до 15 тысяч часов непрерывного горения. Эта цифра превышает срок службы обычных ламп накаливания приблизительно в 20 раз. Наиболее частая причина выхода из строя лампы накаливания – перегорание нити накала. Механизм работы энергосберегающей лампы позволяет избежать этой проблемы, благодаря чему они имеют более длительный срок службы.

Третьим достоинством энергосберегающих ламп можно назвать возможность выбора цвета свечения. Он может быть трех видов: дневным, естественным и теплым. Чем ниже цветовая температура, тем ближе цвет к красному, чем выше – тем ближе к синему.

Еще одним преимуществом энергосберегающих ламп является незначительное тепловыделение, которое позволяет использовать компактные люминесцентные лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, можно спокойно использовать в светильниках, сделанных из ткани.

Использовать в них лампы накаливания с высокой температурой нагрева нельзя, так как может оплавиться пластмассовая часть патрона, либо провод.

Следующее преимущество энергосберегающих ламп в том, что их свет распределяется мягче, равномернее, чем у ламп накаливания. Это объясняется тем, что в лампе накаливания свет идет только от вольфрамовой спирали, а энергосберегающая лампа светится по всей своей площади. Из-за более равномерного распределения света энергосберегающие лампы снижают утомляемость человеческого глаза.

А так же не маловажным фактором является то, что энергосберегающие лампы имеют различные формы. И если нет плафона на люстре, то лампочки не выглядят так не эстетично, как привычные для нас лампы накаливания.

Энергосберегающие лампы имеют также и недостатки: фаза разогрева у них длится до 2 минут, то есть, им понадобится некоторое время, чтобы развить свою максимальную яркость.

Также у энергосберегающих ламп встречается мерцание.

Другим недостатком энергосберегающих ламп является то, что человек может находиться от них на расстоянии не ближе, чем 30 сантиметров. Из-за большого уровня ультрафиолетового излучения энергосберегающих ламп при близком расположении к ним может быть нанесен вред людям с чрезмерной чувствительностью кожи и тем, кто подвержен дерматологическим заболеваниям. Однако если человек находится на расстоянии не ближе, чем 30 сантиметров от ламп, вред ему не наносится.

Также не рекомендуется использовать в жилых помещениях энергосберегающие лампы мощностью более 22 ватт, т.к. это тоже может негативно отразиться на людях, чья кожа очень чувствительна.

Еще одним недостатком является то, что энергосберегающие лампы неприспособленны к функционированию в низком диапазоне температур (-15-20ºC), а при повышенной температуре снижается интенсивность их светового излучения.

Срок службы энергосберегающих ламп ощутимо зависит от режима эксплуатации, в частности, они "не любят" частого включения и выключения.

Конструкция энергосберегающих ламп не позволяет использовать их в светильниках, где есть регуляторы уровня освещенности. При снижении напряжения в сети более чем на 10% энергосберегающие лампы просто не зажигаются.

К недостаткам можно также отнести содержание ртути и фосфора, которые, хоть и в очень малых количествах, присутствуют внутри энергосберегающих ламп. Это не имеет никакого значения при работе лампы, но может оказаться опасным, если ее разбить. По той же причине энергосберегающие лампы можно отнести к экологически вредным, и поэтому они требуют специальной утилизации (их нельзя выбрасывать в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры).

Еще одним недостатком энергосберегающих ламп по сравнению с традиционными лампами накаливания является их высокая цена. 

Сравнительный анализ ламп.

Энергосберегающая лампа

«ПЛЮС»	«МИНУС»
Экономия электроэнергии и денежных средств Большой срок службы Создание цвета разного оттенка Не нагреваются при работе	Не предназначены для работы в светильниках со светорегуляторами Особая утилизация Высокая стоимость Могут вредить здоровью Внешний вид не соответствует дизайну люстры

Лампа накаливания

«ПЛЮС»	«МИНУС»
«Привычность» Не содержит вредных веществ Низкая стоимость Разная форма колбы (для оформления интерьера)	Небольшой срок службы Низкая световая отдача Неэкономичность Нагревается при работе Раскаленная колба отличается повышенной взрывоопасностью

Сравнение параметров, характеризующих работу ламп.

Характеристики	Лампа накаливания	Энергосберегающая лампа
Срок службы	1000ч	8-12тыс.часов
Световая отдача	10-15%	50-70%
Спектр	Теплый тон излучения	-теплый -естественный(дневной) -белый(холодный)
Наличие вредных веществ	Нет	Ртуть (особая утилизация)
цена	низкая	высокая

С точки зрения экономии электроэнергии и денежных средств энергосберегающие лампы более предпочтительны, но они требуют особой утилизации и осторожного обращения. По гигиенической классификации ртуть относится к первому классу опасности (чрезвычайно опасное химическое вещество). Каждая люминесцентная лампа содержит три-пять мг ртути в виде паров.

Правильная утилизация энергосберегающих ламп очень важна в связи с тем, что существует риск отравления ртутью, которая содержится в люминесцентных лампах.

Вывод:

1. С точки зрения экономии электроэнергии и денежных средств энергосберегающие лампы более предпочтительны.

2. Полностью перейти на новый вид ламп мешает психологический фактор «привычности» и осторожного отношения ко всему новому.

3. Надо найти «золотую середину»:

- постепенный переход на новый вид ламп

- учитывая «-» энергосберегающих ламп использовать параллельно с ними и лампы накаливания

Расчёт экономии электроэнергии и денежных затрат.

Таблица 1 «Расчет экономии электроэнергии и денежных затрат при использовании разных видов ламп (в расчете, что лампа включена 2.7 часов в день)»

	Стандартная лампа 100 Вт	Энергосберегающая лампа 20 Вт
Срок службы 1 лампы	1000 часов	8000 часов (8 лет)
Среднее время использования лампы	2.7 часа в день
Потребление электроэнергии за час	0.1 кВт	0.02 кВт
Стоимость 1 лампы	50 тенге	554 тенге
Затраты на электроэнергию	3328 тенге	665 тенге
Общая стоимость ламп за время, принятое в расчет	400 тенге	554 тенге
Итого	3728 тенге	1219 тенге
ЭКОНОМИЯ	2500 тенге

А ведь у нас в доме не одна лампочка!

Таблица 2 «Показания счетчика за неделю»

семья	Показания счетчика и разница в показаниях															всего		среднее
	пн		вт		ср		чт		пт		сб		вс
1	54600	-	5460	10	54624	14	54644	20	54657	13	54667	10	54688	21	88		14,6
2	6312	-	6318	6,5	6325	6,4	6333	8	6337	4	6345	8	6351	6,3	39,2		6,5
3	4134	-	4142	8	4144	2	4147	3	4151	4	4158	7	4164	6	30		5
4	8280	-	8287	7	8292	5	8299	7	8306	7	8311	5	8319	8	39		6,5
5	6300	-	6320	20	6332	12	6346	14	6352	6	6360	8	6369	9	69		11,5
6	6370	-	6390	20	6402	12	6406	14	6422	6	6430	8	6439	9	69		11,5

Практический результат

В среднем за неделю обычная семья потребляет 9,3 кВт*ч энергии. Прибегая к простым методам по экономии энергии (как было сказано выше: при несложных мероприятиях расходы на электричество могут сократиться на 50-80%, причем 34% из этого количества без ущерба для пользователя), сократим потребление одной семьи на 30%, получим: 6,5 кВт*ч энергии. Сколько таких недель в году? – 53. Экономя, потребление в год составит 344,5 кВт*ч, занимаясь напрасным расточительством – 492,9 кВт*ч.

Теплотворная способность угля

На выработку 1000 кВт*ч энергии затрачивается 0,42 т условного топлива

Потеря 100 кВт*ч энергии со всеми потерями соответствует 79,073т угля

При сжигании одной тонны угля образуется 2,76 т СО2

Зная, что одна семья может сэкономить в год 148,4 кВт*ч энергии, можем подсчитать, сколько условного топлива может не быть истрачено: 117 т угля. Зная, сколько угля образуется с одной тонны, получаем – 322,92 тонны СО2. Достаточно поддерживать чистоту в доме, чтобы избавить себя от необходимости вкручивать дополнительные лампочки, или заменять существующие более мощными. Естественно, для того чтобы добиваться приемлемых уровней освещенности с помощью ЛН, приходится увеличивать мощность самих ламп или их количество, и то и другое приводит к увеличению потребления энергии.

3.Система утилизации энергосберегающих ламп.

Разрушенная или поврежденная колба лампы высвобождает пары ртути, которые могут вызвать тяжелое отравление. Проникновение ртути в организм чаще происходит именно при вдыхании ее паров, не имеющих запаха, с дальнейшим поражением нервной системы, печени, почек, желудочно-кишечного тракта.

В стандартном помещении без проветривания, например зимой, из-за повреждения одной энергосберегающей лампы возможно кратковременное превышение предельно допустимой концентрации ртути более чем в 160 раз.

Нашу жизнь невозможно представить без искусственного освещения. Для жизни и работы людям просто необходимо освещение с применением ламп. Раньше для этого использовались только обычные лампочки накаливания.

Проблема утилизации люминесцентных ламп стоит достаточно остро в современном мире, не только в связи с ростом уровня загрязненности планеты тяжелыми металлами, но и с ростом использования ртутных ламп в современном производстве и быту. Последний обусловлен исключительной особенностью ртутных источников света: их световая отдача достигает 100 лм/Вт при низкой рабочей температуре и сроке службы до 40 тысяч часов. Эти значения в десятки раз превышают соответствующие параметры ламп накаливания. Учитывая постоянный рост стоимости мировых энергоресурсов, легко понять, что в ближайшее время альтернативы люминесцентным лампам нет. Например, все многие и многие компании, в том числе бизнес-комплексы переходят с обычных ламп на люминесцентные лампы. Ежегодно образуются миллионы отработанных люминесцентных ламп, требующих утилизации.

Что делать с использованной лампой? Многие их просто выкидывают в мусорное ведро, предопределяя загрязнение почв и грунтовых вод ртутью. Тогда как граждане, заботящиеся об экологии своего региона, сдают использованные лампы и другие ртутьсодержащие приборы в специализированные организации, где осуществляется утилизация ртутьсодержащих приборов.

Решение проблемы утилизации люминесцентных ламп, утилизации ртутьсодержащих приборов и т.д. видится в создании надежного, компактного и недорогого оборудования, позволяющего проводить их экологически безопасную демеркуризацию.

Мы выяснили:

2. В Москве перегоревшие люминесцентные лампы можно отнести в свой районный ДЭЗ или РЭУ, где установлены специальные контейнеры. Там их должны бесплатно принять. В дальнейшем перегоревшие лампы централизованно сдаются на специальные предприятия, которые и занимаются их переработкой. Основанием для того, чтобы в ДЭЗе приняли у вас лампы, является Распоряжение правительства Москвы «Об организации работ по сбору, транспортировке и переработке отработанных люминесцентных ламп» от 20 декабря 1999 г. № 1010-РЗП.

Что делать, если энергосберегающая лампа перегорела?

Во-первых, сразу стоит отметить, что энергосберегающие лампы перегорают гораздо реже ламп накаливания. Надо твердо запомнить, что НЕЛЬЗЯ выбрасывать энергосберегающие лампы в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры.

В ходе работы мы выяснили, что в Шымкенте начал работать завод «Max Light Group» по выпуску энергосберегающих ламп. Завод «Max Light Group» по выпуску энергосберегающих ламп начал работать в Шымкенте в апреле. На данный момент мощность производства составляет 850 лампочек в час. Ассортимент продукции представляет различные виды ламп для бытовых целей и нужд промышленности. Оборудование для производства газоразрядных источников освещения было привезено из Германии, детали – из Тайваня. Сейчас на предприятии работают 86 человек.

Мы позвонили на завод "Maxlight" и задали наиболее интересующий нас вопрос. На наш вопрос об утилизации ламп главный технолог завода Владимир Кравченко ответил: «Здесь все печально. Утилизировать продукцию некому, а это необходимо, потому что в лампах содержаться пары ртути. Поэтому руководство "Maxlight" планирует в следующем году обратится к правительству, с просьбой выделить денег на постройку утилизатора».

Мы опросили одноклассников, их родителей, учителей, соседей и просто случайных прохожих. В ходе анонимного анкетирования выяснили, что все утилизируют их как бытовой мусор, что недопустимо. Разбившись, пары ртути попадают не только в воздух, но и в почву, в воду, что ведёт к загрязнению окружающей среды. Наиболее опасными считаются органические соединения ртути, которые образуются после попадания ртути в окружающую среду вместе с осадками.

Рядовые граждане, использующие в своих домах энергосберегающие лампы, по результатам нашего опроса почти все просто выбрасывают отработанные лампы в баки для бытового мусора, таким образом, пары ртути из разбившихся ламп попадают в воздух, еще не достигнув полигона для отходов.

Результаты анкетирования:

1.Используют дома и на предприятии энергосберегающие лампы-90%

2.Утилизирут:

-в мусорный бак-99%

-не выбрасывают - 1%

3.Что знают о вреде энергосберегающих ламп:

-ничего не знают-34%

-знают, что лампы содержат пары ртути пр.-60%

-считают, что вреда не приносят-6%

Итак, все, что мы можем сделать на сегодняшний день, просто не выбрасывать перегоревшие энергосберегающие лампы, и ждать что вот скоро построиться утилизатор на новом заводе в Шымкенте. А так как энергосберегающие лампы перегораю гораздо реже обычных ламп, думаю, время у нас есть.

III. Заключение.

Наиболее привычный для нас способ освещения своих домов - это использование ламп накаливания. Они широко распространены и очень дешевы. Вот только часто перегорают, особенно при скачках напряжения в сети - это тоже известно многим. Есть ли альтернатива лампам накаливания?

Да, существует. Это - люминесцентные лампы (ЛЛ). Так всем хорошо известны трубчатые ЛЛ, которые часто используют для освещения учреждений: школ, институтов, офисов.

Но для освещения жилых помещений эти лампы использовать не очень удобно. Поэтому для освещения квартир выпускаются компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), потребляющие гораздо меньше электроэнергии. На первый взгляд их цена (554 за лампу) шокирует, но даже при такой большой стоимости они быстро окупаются за счет низкого энергопотребления и долгого срока службы.

Использование компактных люминесцентных энергосберегающих ламп (КЛЛ) в быту - это увеличение эффективности освещения в доме, а значит, реальный способ помочь природе, сэкономить энергию и собственные деньги.

Я и моя семья сделали выбор в пользу компактных люминесцентных энергосберегающих ламп для освещения своего жилого дома, т. к. это выгодно и современно.

VI. Библиографический список.

1. Справочная книга по светотехнике под редакцией Ю. Б. Айзенберга, 2000 год.

2. В.Б. Вейнберг, Д. К. Саттаров. «Машиностроение» - 2005 год.

3. В. Ф. Ефимкина, Н. Н. Софронов. Светильники с газозарядными лампами высокого давления. М. Энергоатом, 2004 год

4. В. В. Мешков. Энергосбережение в освещении. М. Энергоатом, 2003 год