«Енергозбереження освітлювальних приладів», Проект

  Проект: «Енергозбереження освітлювальних приладів»

Д.Г. Савчук вчитель фізики

 Кам’янського ліцею Сторожинецького району

Тип проекту: інформаційно-пошуковий, дослідницький.

Учасники проекту: учні 8 класу Кам’янського ліцею

І. Постановка проблеми

Проблема: Чи можна шляхом впровадження енергозберігаючих практик для вдосконалення засобів освітлення та раціонального використання електроенергії досягти економії електроенергії, переконатись у цьому під час проведення дослідницької роботи,  використовуючи ІКТ.

Цілі проекту:

•                 Зібрати інформацію про енергозберігаючі освітлювальні лампи, прилади та автоматичне керування освітленням;
•                  Ознайомитися з існуючими методами дослідження порівняльних характеристик електричних джерел світла та розрахунками економії електроенергії в освітлювальних приміщеннях при проведенні енергетичного аудиту;
•                  Відпрацювати методику експериментального дослідження порівняльних характеристик електричних джерел світла та розрахунками економії електроенергії в освітлювальних приміщеннях при проведенні енергетичного аудиту і провести дослідження;
•                  Сформувати ключові компетентності школярів.

 Актуалізація проблеми

У всьому світі, питання енергозбереження стає дедалі актуальнішим. Енергозбереження передбачає не відмову від благ цивілізації чи обмеження власних потреб, а шлях раціонального використання енергоресурсів,  підвищення його економічної ефективності, отримання більшого обсягу корисної роботи електроприладів за рахунок тієї ж кількості електроенергії. Це не лише економічна вигода для споживачів та зменшення навантаження на електричні мережі, а також, що надзвичайно важливо, збереження довкілля для наших нащадків.

Проблемні питання

1. Чи можливо шляхом впровадження енергозберігаючих практик, заміни  ламп розжарювання на енергозберігаючі лампи споживати менше електроенергії?

2. Які заходи з енергозбереження у сфері електропостачання допоможуть  зменшити платежі за «світло» та без додаткових витрат дадуть більше користі від електроприладів?

3. Як досягти економії електроенергії через вдосконалення засобів освітлення, використовуючи автоматиче керування?

Тематичні питання

1. Енергозберігаючі освітлювальні лампи та прилади

2. Вдосконалення засобів освітлення

3. Заходи з енергозбереження

Змістові питання

1. Як дослідити порівняльні характеристики електричних джерел світла?

2. За яких умов можна досягти економії електроенергії в освітлювальних приміщеннях ?

3. Які проблеми раціонального використання енергозбереження та підвищення його економічної ефективності, а також збереження довкілля для наших нащадків?

ІІ. Етапи реалізації проблеми

Учні класу об’єднуються в групи. Кожна група отримує завдання, яке готують до презентації.

«Фізики-теоретики» збирають матеріали із різних джерел інформації із зазначеної теми, створюють електронне портфоліо, дають характеристику різних видів ламп: розжарювання, галогенних, люмінесцентних, світлодіодних лампи, знайомлять із автоматичним керуванням освітлення;  

  «Фізики-практики» популяризують які заходи з енергозбереження у сфері електропостачання допоможуть  зменшити платежі за «світло» та без додаткових витрат дадуть більше користі від електроприладів;                       

«Історики» знайомлять з історією відкриття лампи розжарення та створенням ламп нового покоління;

«Фізики-експериментатори» досліджують порівняльні характеристики електричних джерел світла, проводять енергетичний аудит, розраховують економію електроенергії в освітлювальних приміщеннях;

«Енергетики» аналізують проблеми раціонального використання енергозбереження, підвищення його економічної ефективності, а також збереження довкілля для майбутніх поколінь.

ІІІ. Презентація навчального проекту

Кожна група представляє результати своєї роботи з використанням ілюстрацій, фотографій, комп’ютерних презентацій.

Самооцінювання діяльності учнів здійснюють представники кожної групи, а саме: чого навчилися, що вдалося чи не вдалося (аргументація), що можна було зробити інакше, чи потрібно в майбутньому поглиблювати дослідження проблеми. Створюється папка (портфоліо), до якої зібрано всі робочі матеріали.

Матеріали роботи груп (портфоліо)

«Фізики-теоретики»

Актуальними проблемами в Україні, як і в усьому світі, є енергозбереження та підвищення його економічної ефективності, а також збереження довкілля для наших нащадків. Гостро постає питання як можна зекономити електроенергію.

1. Енергозберігаючі освітлювальні лампи та прилади

• Люмінісцентні прилади
• Світлодіодні прилади
•  Галогенні лампи

2.  Вдосконалення засобів освітлення

• Автоматичне керування освітленням
• Класифікація за світлотехнічними параметрами світлових приладів

  «Фізики-практики»

Заходи з енергозбереження у сфері електропостачання 

1. Енергоспоживання різних приладів

 2. Рекомендації заощадливого використання електроенергії

 а) Використовуйте енергоефективну побутову техніку; 

б) Економія на освітленні:

• Використання енергозберігаючих ламп
• При користуванні будь-якою побутовою технікою слід дотримуватися її інструкції.
• Не слід залишати електроприлади в режимі "очікування"
• Заміна старої проводки.
• Переходити на зонні тарифи на електроенергію, використовуючи нічний тариф з 23:00 до 7:00год. для побутових потреб — Ваші витрати на оплату за спожиту в нічний час електроенергію зменшиться на 50%.

Отже, радимо брати приклад з населення розвинених Європейських країн, в сім'ю яких ми прагнемо, та активно включатись в корисну у всіх відношеннях справу.

«Фізики-історики»

 У 1837 р. Жобар в Брюсселі запропонував доводити струмом до розжарювання і свічення вугільну паличку в безповітряному просторі. У 1840 р. Грове влаштував першу електричну лампу розжарювання, в якій тілом нагріву служив платиновий дріт. У 1859 р. проф. Фермер освітив, як він сам стверджував, свій дім в Ньюпорті 42 лампами розжарювання і, таким чином, влаштував першу домашню установку електричного освітлення.

Першим винахідником лампи розжарювання був російський інженер Олександр Лодигін, що розробив в 1870–1875 рр. декілька таких ламп. В 1893–1894 рр., мешкаючи вже в Сполучених Штатах Америки, Лодигін запатентував лампу розжарювання з нитками з тугоплавких металів, у тому числі з вольфрамовою ниткою. Це був прообраз лампи розжарювання, відомої в наш час у всьому світі.

У 1879 році Едісон запропонував конструкцію вакуумної лампи з вугільною ниткою і гвинтовим цоколем. Він також винайшов патрон до електричної лампочки і збільшив розрідження в балоні, що дозволило значно продовжити термін служби ламп. 1880 року Едісон отримав патент на нову конструкцію електричної освітлювальної лампи з патроном. 

Першим пращуром лампи денного світла була лампа Генріха Гайслера, який 1856 року одержав синювате світіння від заповненої газом трубки, збудженої за допомогою соленоїда. На всесвітній виставці в Чикаго (штат Іллінойс, 1893 рік) Томас Едісон вперше показав людству люмінесцентне світіння. 1894 року  М. Моор створив лампу, у котрій використовувався азот і вуглекислий газ, що випромінювали рожево-біле світло. Пітер Купер Г'юіт 1901 року, демонстрував ртутну лампу, яка світилася синьо-зеленим кольором, і в такий спосіб, була непридатна для практичних застосувань. 1926 року Едмунд Джермер та його співробітники запропонували збільшити тиск у колбах, а також почали покривати їх  флуоресцентним  порошком, який перетворював ультрафіолетове світло, що випромінюється збудженою плазмою в однорідне біле світло. Е. Джермер сьогодні визнаний як винахідник лампи денного світла. 

Перший світлодіод, який працює у видимому діапазоні, було  розроблено 1962 року, групою  Ніка Голоняка.  Наявність  синіх  і  високоефективних  світлодіодів,  призвела до розробки першого «білого світлодіода»,  в якому було використано люмінофорне покриття для часткового перетворення випромінюваного синього світла на червоні та зелені частоти, що створювало світловий потік, який здається білим. Ісаму Акасака, Хіросі Амано та Накамура за винахід синього світлодіода були згодом (2014), відзначені Нобелівською премією з фізики.

На початку 2007 року були випущені перші світлодіодні лампи для звичайних лампових патронів E27 і E14. Спочатку вони мали світловий потік усього в 300 лм, що відповідало побутовій лампі розжарення потужністю 30 Вт і кут розсіювання світла — 120° (у ламп розжарення — 330°). У 2015 році  компанія Panasonic досягла кута розсіювання до 350 градусів. З 2010 року світлодіодні лампи стали також доступними з теплим білим світлом.

«Фізики-експериментатори»

1. Дослідження порівняльних характеристик електричних джерел світла. Інструктаж з техніки безпеки.

Практична робота №1

Тема: Дослідження порівняльних характеристик електричних джерел світла.

Мета: Вивчити пристрій і принцип дії найбільш поширених типів електричних джерел світла, ознайомитися з найважливішими параметрами джерел електричного світла, провести порівняльну оцінку на основі експериментальних даних роботи ламп: розжарювання, люмінесцентної та світлодіодної.

Матеріально-технічне та навчально-методичне забезпечення: аркуші паперу формату А4, набір креслярських приладів, стенд для виконання практичної роботи, люксметр.

Рис. 1 Схема експериментальної установки

1 – лампа;

2 – Амперметр;

3 – Вольтметр;

4 – вимикач;

5 – прилад для вимірювання освітленості – люксметр (мобільний додаток)

Хід роботи

1. Вмикачем 4 вмикається лампа.
2. Люксметром 5 вимірюється величина освітленості на поверхні включеного світильника в 5-ти точках.
3. За вольтметром 3 вимірюється величина напруги
4. За амперметром 2 вимірюється сила струму.
5. Замінюється досліджувана лампа ( розжарення, люмінісцентна, світлодіодна)
6. Виміри 1-4 повторюються
7. Результати вимірювань і обчислень заносяться в таблицю 1.
8. За результатами розрахунків зробити висновок про економічність розглянутих джерел світла і доцільності їх використання.

1. Розрахункове значення освітленості      
2. Розрахункове значення світлового потоку  
3. Потік випромінювання       
4. Споживана потужність    
5. Коефіцієнт корисної дії джерела світла   
6. Щільність потоку випромінювання    
7. Світлова віддача  

 Висновок

Обчислення підтверджують, що енергозберігаючі лампи споживають електроенергії в 4-7 разів менше, економічність сягає близько 80%, коефіцієнт корисної дії лампи розжарювання складає 5,4%, люмінісцентної – 21,5%, світлодіодної – 41%, тобто найвищий ККД у світлодіодної лампи. Результати проведених досліджень показують, що для ламп розжарювання світлова віддача складає 12 лм/Вт,. для люмінесцентних 47 лм/Вт, для світлодіодних – 89 лм/Вт. Світлова віддача люмінісцентної лампи в 4 рази більша лампи розжарювання, а світлодіодної лампи у 8 разів бальша лампи розжарювання. А також немає зовнішнього перегріву ламп.

2. Розрахунок економії електроенергії в освітлювальних приміщеннях при проведенні енергетичного аудиту.

Коридори та рекреації школи освітлюються світильниками типу ЛПО 02 2*40 з коефіцієнтом корисної дії – 52% і коефіцієнт втрат в пускорегулирующiй апаратурi дорівнює 1,2. Світильники працюють від електромережі з номінальною напругою U=220 В. У світильниках використовуються люмінісцентні лампи типу ЛБ 40 (Л - люминесцентна лампа; Б - білого кольору)  зі світловою віддаччею C_в=60 лм/Вт. Коефіцієнт використання встановленої електричної потужності за характеристиками лампи - 0,92. На кожному поверсі є 30 світильників, всього в школі – 90. Розміри освітлюваного приміщення 1260м³; нормована освітленість – 300 лк; виміряна освітленість – 275 лк; кількість годин роботи штучного освітлення за листопад-грудень 2019р. Т = 160 годин; номінальна напруга мережі – 220 В, а під час вимірювань воно змінювалося від 230 В до 200 В, коефіцієнт використання установленої електричної потужності – 0,92.

Визначено встановлену потужність освітлення в коридорах та рекреаціях  школи

,      – коефіцієнт втрат в пускорегулюючій апаратурі

Енергоспоживання за листопад-грудень дорівнює:

,    -коефіцієнт використання встановленої потужності

За рахунок переходу на раціональну систему керування освітленням можна досягти істотної економії витрат електроенергії.

Внаслідок автоматичного відключення за відсутності учнів, зменшиться час роботи ламп: з 4 год до 2 год, та зменшиться кількість включених ламп приблизно з 90 до 45.

 Проведено відповідні розрахунки для цих даних:

Визначено економію електроенергії за цей період:

Отже, економії електроенергії можна досягти близько 975 кВт*год.

«Фізики-енергетики»

Даний проект має практичне значення так, як серед населення наразі гостро постає питання щодо енергозбереження та економії енергоресурсів, в тому числі споживання електроенергії. Прикладна цінність отриманих результатів полягає в тому, що енергозбереження в жодному разі не передбачає відмову від суспільних благ чи обмеження власних потреб, а навпаки, воно спрямоване на раціональне використання енергоресурсів, яке дозволяє отримати у 2-3 рази більше користі від власних електроприладів, знизити невиправдані витрати шляхом заміни ламп розжарення на енергозберігаючі та автоматичним керуванням освітлення і водночас зменшити оплату за спожиту електроенергію.