Освещение: актуальность светодиодных ламп

Коблик Александра Сергеевна

Факультет экологии и химической технологии

Кафедра прикладной экологии и охраны окружающей среды

Специальность Управление экологической безопасностью

Разработка эколого-экономических показателей устойчивого развития на примере предприятий светодиодной промышленности

Научный руководитель: к. х. н., доцент Чайка Людмила Викторовна

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Важным вопросом энергоэффективного освещения являются нормы освещенности и проектирование освещения. Значительный эффект энергоэффективности дает правильное проектирование освещения (сочетания источников и их мощности по отношению к требуемому уровню освещения и режимам использования светотехнических устройств). Выбор оптимального сочетания источников света следует начинать с расчета потребности в освещении и учета норм освещения.

Актуальность темы

Светодиодное освещение занимает лидирующие позиции на светотехническом рынке, ведь это световое решение максимально экологично с точки зрения того, что оно помогает сберечь бесценные ресурсы нашей планеты. В условиях общего сокращения расходов, разработки новых стандартов, зеленых инициатив и принятия законодательных актов, направленных на защиту окружающей среды, создаются большие возможности для использования светодиодного освещения как на национальном, так и на международном уровне.

Одним из барьеров, препятствующих широкому распространению светодиодного освещения, является довольно низкая осведомленность людей об этой технологии [3].

Цели, задачи

Целью моей работы было изучение характеристик светодиодного освещения, разработка в контексте требований устойчивого развития экологических и экономических показателей целесообразности использования светодиодных источников света.

1. Сравнительная характеристика различных типов освещения. Светодиодное освещение – как альтернативный источник

1.1. Лампы накаливания

Главным недостатком ламп накаливания (ЛН) является низкая световая отдача, составляющая 10–20 лм/Вт при сроке службы 1000 ч; световая отдача ГЛН несколько выше — до 26 лм/Вт при сроке службы до 4000 ч. Низкая световая отдача ЛН объясняется тем, что 70–76% мощности излучения вольфрамового тела накала (ТН) при его рабочих температурах лежит в ИК-области спектра, в то время как на видимую часть приходится только от 7 до 13 %. Т. е. ЛН являются по существу источниками ИК излучения [1].

Теоретически возможно весьма значительно повысить световую отдачу ЛН несколькими путями:

  • используя для ТН материалы, допускающие работу при более высоких температурах, чем вольфрам, и имеющие при этом скорость испарения не выше, чем у вольфрама, например, карбиды;
  • используя в качестве ТН тонкую пластинку из специального полупроводникового материала, прозрачного при высокой температуре в ИК области и удовлетворяющего при этом целому ряду других требований.

Работы в этих направлениях пока не дали заметных практических результатов. В начале 90–х голов фирма СЕ выпустила две рефлекторные ГЛН в которых, благодаря нанесению на внешнюю поверхность кварцевой колбы многослойной селективной высокотемпературной пленки, отражающей ИК излучение компактного вольфрамового тела накала обратно на ТН, удалось повысить световую отдачу на 35–50 % при сохранении всех остальных параметров. Создание новых термостойких селективных пленок явилось крупным шагом в развитии ИС. Работы в этих направлениях продолжаются.

1.2. Разрядные лампы

У современных осветительных разрядных лампах (РЛ) световая отдача в 5–10, а срок службы в 10–20 раз превышают световую отдачу и срок службы ЛН. Наиболее массовыми из РЛ являются люминисцентные лампы (ЛЛ). Они практически полностью вытеснили ЛН из освещения промышленных и общественных зданий — за счет лучшей экономической эффективности.

Появившиеся в 80–х годах компактные люминисцентные лампы (КЛЛ), выпуск которых растет быстрыми темпами, открыли дорогу люминесцентному освещению в быт, на автотранспорт и др. области, где прямые ЛЛ не могли применяться. В 1993–1994 гг. передовые зарубежные фирмы начали выпуск прямых ЛЛ, в которых за счет нанесения прозрачной защитной пленки на внутреннюю поверхность стекла перед нанесением слоя люминофора удалось достичь исключительно высокой стабильности светового потока и резко снизить содержание ртути при сохранении всех остальных параметров. В 1995–1996 гг. начался выпуск нового поколения прямых ЛЛ в более тонких трубках 16 мм (Т5) и сверхтонких ламп 7 мм. Выпускаются две серии ламп 16 мм (Т5): в одной достигнута самая высокая световая отдача (до 104 лм/Вт), в другой самый высокий световой поток на единицу длины ЛЛ. Лампы могут работать только со специальным электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА). Средний срок службы этих ламп не менее 16 тыс. ч при спаде светового потока 5 %. В перспективе развития и широкого применения этих ламп нет сомнений [2].

Вторая половина XX века ознаменовалась также созданием большой группы Р/1 высокой интенсивности (Р/1ВИ), работающих при ВД и СВД, обладающих высокими световыми отдачами и сроками службы при различном качестве цветопередачи и других характеристик. На основе открытий второй половины XX века были разработаны и получили весьма широкое распространение два новых класса РЛВИ: натриевые лампы ВД в керамических колбах — НЛВД и металлгалогенные лампы — МГЛ.

1.3. Светодиоды

Светодиоды (СД) — наиболее молодые источники света, принципиально отличающиеся от тепловых или разрядных излучателей. Они характеризуются низким энергопотреблением, длинными сроками работы и низкой стоимостью обслуживания. Однако, на данный момент СД гораздо дороже конкурирующих технологий.

Подлинная революция в производстве СД произошла в начале 90–х годов, когда были получены многопроходные двойные гетероструктуры. Световая отдача красных и зеленых СД увеличилась в 100 раз и достигла значений 10–20 лм/Вт.

К 2004 году световая отдача СД на основе МДГС достигла значений 30–50 лм/Вт, а на лабораторных образцах СД красного цвета была получена световая отдача 102 лм/Вт.

К 2006 году получены следующие значения параметров СД: цветность излучения – практически любая: световая отдача серийных СД — до 65 лм/Вт (цветных) и 45–55 лм/Вт (белых), общий индекс цветопередачи белых СД — 85. По прогнозам специалистов фирмы Philips (Голландия) в ближайшие годы световая отдача красных СД может быть увеличена до 150, зеленых — до 135 и белых — до 50 лм/Вт.

Важно, что для широкого применения СД в общем освещении в будущем следует заменить конструкции традиционных светотехнических устройств и их питание от электрической сети так, чтобы использовать особенности СД. Пока разработчики идут по более простому пути, приспосабливая, например, крепление СД модуля к обычному цоколю ЛН.

1.4. Неорганические светодиоды

Изготовление и применение неорганических светодиодов имеет более чем полувековую историю. Они характеризуются высокой механической прочностью, малыми размерами, значительной энергоэффективностью и высокой скоростью переключения. Традиционные сегменты применения неорганических светодиодов — освещение и подсветка, индикация информации, формирование изображения типа бегущая строка и экранов больших размеров.

Неорганические светодиоды производятся в два этапа. Первый — изготовление светоизлучающего чипа методами молекулярно-лучевой эпитаксии и осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы. Второй — включает сборку светодиода: корпусирование, присоединение оптической системы и системы охлаждения. Оба процесса предъявляют повышенные требования к технологическому уровню производства — нужны чистые комнаты и материалы высокой степени чистоты.

Светодиоды на базе фосфидов и арсенидов (инфракрасный, красный, желтый, оранжевый) относятся к наиболее изученному типу. Они имеют высокий уровень светоотдачи и налажено их массовое производство.

Светодиоды на базе нитридов (синий, зеленый, ультрафиолетовый). Несмотря на то, что система InGaN известна давно, основные результаты и коммерческий успех имели место только в последние годы благодаря разработке синих светодиодов высокой яркости. Светодиоды на основе этой системы могут работать при более высоких температурах, чем светодиоды на основе фосфидов [4]. Сегодня уровень разработки нитридных технологий существенно ниже, чем фосфидных. На рисунке 1 показаны различные источники освещения. На рисунке 2 показаны изменение эффективности различных видов освещения

Рисунок 1 — Различные источники освещения
(анимация: формат — gif, кадров — 4, повторов — 15, длительность — 6 сек)

Рисунок 2 — Изменение эффективности различных видов освещения

2. Преимущества и недостатки светодиодов

Все идет к тому, что происходит быстрое развитие светодиодных систем освещения, которые будут заменять традиционные источники света в системах общего освещения. Светодиодные источники белого света приближаются, а в некоторых случаях превосходят традиционные источники света по световому потоку и качеству света, что делает светодиодные системы освещения очень привлекательным [5]. В десятках стран мира зеленые инициативы и директивы об энергоэффективности ускоряют переход с традиционных систем освещения на светодиодные системы освещения, которые снижают потребление электроэнергии и вредное воздействие на окружающую среду, имеют самый большой полезный срок службы и самую низкую стоимость владения и эксплуатации в различных областях применения.

Так как светодиодное освещение является быстроразвивающейся технологией, поставщики светодиодных источников света и светильников должны продолжать внедрять инновации и совершенствовать свою продукцию для ее продвижения на рынке. Производители также должны играть активную роль в информировании потребителей о преимуществах светодиодного освещения и о его отличиях от традиционного. Без необходимых знаний о технологии светодиодного освещения потребители не смогут правильно оценить пригодность светодиодной системы освещения для конкретной области применения или решения практической задачи и правильно сравнить светодиодную систему освещения с традиционной.

Светодиодное освещение является принципиально новым видом освещения, использующим новые принципы, материалы и средства управления. Поэтому поставщики светодиодных осветительных приборов должны помочь потребителям разобраться в их особенностях. Светодиодное освещение может гармонично интегрироваться в окружающее пространство и использоваться людьми во благо, а ведь еще некоторое время назад таких возможностей не существовало. Правильно выбранные и корректно установленные светодиодные системы освещения могут улучшить качество окружающей среды и качество жизни людей во всем мире.

Светодиоды открывают дорогу новым приложениям и различным рынкам с широким рядам требований. Помимо прочих выгодных характеристик, светодиоды обеспечивают высокую надежность и большой срок службы — свыше 50 тыс. ч, однако производственный брак и плохие условия эксплуатации могут заметно снизить надежность этих изделий. Для того чтобы избежать отказа или быстро найти решение возникших проблем, требуется хорошо разбираться в механизмах сбоя и использовать подходящие методы анализа.

2.1. Отличия между традиционными и светодиодными типами освещения

По своей функциональности, эксплуатационным характеристикам и экономичности, правильно сконструированные светодиодные световые приборы превосходят традиционные [6].

Перечислим их возможности:

  • создают яркое прямое освещение объектов, рабочих поверхностей и целевых зон как внутри помещений, так и на открытом воздухе;
  • обеспечивают стабильный высококачественный цветной и белый свет практически без видимых цветовых перепадов между световыми приборами. Пригодны для использования практически в любых системах освещения;
  • обеспечивают получение полного спектра основных цветов, а также белого света с полным набором оттенков, от теплого до холодного;
  • воспроизводят полноцветный настраиваемый белый свет для создания динамических световых эффектов с изменением цвета и крупномасштабных дисплеев, которые не могут быть реализованы с помощью традиционной светотехники;
  • обеспечивают более высокую энергоэффективность, по сравнению с традиционными системами освещения;
  • надежно излучают свет в течение многих тысяч часов — то есть когда люминесцентные лампы и лампы накаливания уже отказывают;
  • легко установить и эксплуатировать с использованием традиционных инструментов и приемов для новых и модернизируемых систем освещения;
  • обеспечивают высокую стойкость к воздействию вибрации и эффективно работают при низких температурах;
  • снижают общую стоимость владения благодаря высокой энергоэффективности, увеличенному сроку службы и минимальным затратам на обслуживание, часто с обеспечением срока окупаемости менее чем один год.

3. История создания светодиодов

  1. 1962 г. — первый красный светодиод, разработанный Ником Холоньяком в компании GE. Красные индикаторные светодиоды, выпущенные компанией HP из материалов производства Monsanto – 0,01 лм. Первые зеленые и желтые светодиоды.
  2. 1971 г. — первые синие светодиоды [7].
  3. 1972 г. — красные светодиоды со световым потоком 1 лм. Светодиоды начинают использовать в наручных часах, калькуляторах, светофорах и указателях.
  4. 1984 г. — достижения в области повышения эффективности по световому потоку: первые сверхъяркие красные светодиоды.
  5. 1993 г. — инженер компании Nichia Суджи Накамура создал первый синий светодиод высокой яркости.
  6. 1995 г. — зеленые светодиоды высокой яркости.
  7. 1996 г. — первый белый светодиод. Сверхъяркие красные и янтарные светодиоды. Светодиоды начинают вытеснять лампы накаливания там, где требуется освещение окрашенным светом. Светодиоды устанавливаются в портативных светильниках.
  8. 1997 г. — создание компании Color Kinetics.
  9. 1998 г. — источники света RGB.
  10. Белый свет, созданный с помощью светодиодов RGB. Белый свет, созданный с помощью синего светодиода с люминофорным покрытием. Первые настраиваемые светодиодные источники белого света. Светодиоды 10-100 лм.
  11. 2003 г. — светодиоды широко применяются при проведении развлекательных мероприятий.
  12. 2004 г. — светодиоды используются для акцентного освещения объектов.
  13. 2005 г. — появляются светодиодные кластеры со световым потоком, превышающим 1000 лм.
  14. 2008 г. — светодиоды используются в системах общего освещения. Увеличение количества производителей светодиодов (Nichia, Cree, Osram, Lumileds, King Brite, Toyoda Gosei, Cotco).

Выводы

Высококачественные светодиодные технологии уже достигли стадии развития, когда во всех сегментах рынка они являются конкурентоспособным, если не очевидным решением. Их использование способствует устойчивому развитию — за ними будущее.

Светодиоды сегодня в 2–3 раза дороже альтернативных им люминесцентных ламп с холодным катодом, которые постоянно дешевеют.

Задачей для светодиодов сегодня является сокращение разрыва в цене по отношению к люминесцентным лампам, применяемым в подсветке, до приемлемых значений в 20–30 %. Еще один существенный недостаток высокотехнологичных диодных кристаллов: цветовая гамма. Особенно остро данная проблема выглядит на фоне постоянного и качественного улучшения технических характеристик люминесцентных ламп. Выбор для производителей, таким образом, весьма неочевиден [8].

Рассуждая о светодиодах, скажем, в году 2000–м, мало кто мог предположить, что высокотехнологичные источники света за какие-то десять лет перерастут из диковинной экзотики в индустрию реального сектора экономики объемом более 11 млрд. долларов, а сегодня это лишь вопрос времени.

Реферат: Использование светодиодных светильников

Использование светодиодных светильников

Глаголь Н.Г., студентка 3 курса группы ЭС-179

ДРЛ – дуговая ртутная лампа;

ДНаТ – дуговая натриевая трубчатая лампа;

ШИМ – широтно-импульсная модуляция;

ПРА – пускорегулировочная аппаратура;

НЛВД – натриевая лампа высокого давления;

НЛНД – натриевая лампа низкого давления.

Проблема энергосбережения в настоящее время принимает всё большую актуальность. Значительная часть электроэнергии, потребляемая предприятиями и организациями, расходуется на освещение производственных помещений и уличное освещение. Следовательно, возникает задача производства модернизации в области освещения путём применения энергосберегающих источников света. Одним из путей решения данной задачи может являться использование светодиодного освещения. В процессе работы необходимо проанализировать преимущества светодиодного освещения относительно других видов искусственного освещения.

В данной научно-исследовательской работе, объектом являются светодиодные светильники и осветительные приборы на основе других источников света, предметом исследования являются технические показатели рассматриваемых осветительных приборов. Цель работы – выявление преимуществ эффективных источников освещения в отношении энергосбережения, экологической безопасности, долговечности.

В ходе работы были решены следующие задачи:

1)Систематизация и анализ собранной информации по исследуемому вопросу;

2)Проведение сравнительного анализа технических параметров светодиодных светильников и осветительных приборов с альтернативными источниками света;

)Изложение вывода на основе полученных результатов исследовании.

Проведения исследований в области использования светодиодных светильников является довольно значимыми, так как в результате подтверждения теоретических данных, указывающих на тот факт, что данный вид освещения является наиболее рациональным и перспективным, появится необходимость модернизации осветительной системы, направленной на получение качественного и безвредного для человека и экологии освещения.

Глава 1. Теоретические особенности полупроводниковой светотехники

1.1 История развития светодиодных источников света

В. Лосев в ходе радиотехнических экспериментов с детекторным приемником, обнаружил малозаметный, но странный побочный эффект – при приложении небольшого прямого напряжения к детектору (фактически детектором был кристалл карбида кремния, один из первых полупроводников) некоторые области кристалла начинали излучать слабый голубоватый свет. При обратном напряжении эффект не повторялся, интенсивность свечения немного зависела от проходящего через детектор (диод) тока, но была все же весьма низкой, едва фиксируемой глазом. При этом кристалл-диод нисколько не нагревался, было очевидно, что свечение является результатом каких-то неведомых доселе процессов, рождающихся при взаимодействии полупроводника и электрического тока.

Открытие этого таинственного явления прошло практически незамеченным, ведь практической ценности оно, как казалось, не имело. Лишь в начале шестидесятых годов двадцатого века ученые вплотную занялись исследованиями странной способности некоторых полупроводников испускать свет при прохождении электрического тока. Начинался рассвет новой эпохи в области искусственного освещения – эпохи твердотельных источников света – светодиодов [3].

Рисунок 1.Устройство светодиода

Современный светодиод представляет собой двухвыводной прибор в прозрачном или полупрозрачном пластиковом литом корпусе различных цветов. В глубине пластика запаян непосредственно кристалл светодиода, корпус совмещает роли линзы и защитного покрытия (рис.1). Размеры светодиодов, в зависимости от назначения и мощности, колеблются от десятых долей миллиметра до нескольких сантиметров. Питается светодиод постоянным или пульсирующим стабилизированным током, управляя которым, можно в широких пределах менять яркость свечения светодиода. Современная электроника создала целое направление устройств – источников питания для светодиодных ламп и одиночных светодиодов. Таким образом, питать светодиодную лампу можно практически от любого источника электроэнергии, необходим только дешевый электронный преобразователь нужного типа, дающий стабильный ток необходимой величины. Как правило, такой преобразователь встроен в цоколь наиболее распространённых ламп для сети напряжением 220В.

1.2 Принцип работы современного светодиода

Сегодня физика работы светодиода кажется весьма простой: при подаче «прямого» напряжения на p- и n- области кристалла полупроводника, через p-n переход носителями положительных и отрицательных зарядов начинает создаваться электрический ток. В процессе передачи тока происходит так называемая рекомбинация – слияние и взаимная компенсация электронов (отрицательных зарядов) и «дырок» (положительных зарядов). Но рекомбинация, как явление энергетических превращений, обязательно сопровождается излучением какого-либо кванта. В обычных полупроводниках высвобожденная энергия рекомбинации превращается в тепло. Но изменяя состав полупроводникового кристалла, возможно достичь эффекта, когда «свободным» квантом рекомбинации будет фотон [2]. А фотон, как известно – квант света. Таким образом, свечение светодиода есть следствие рекомбинации зарядов в p-n переходе полупроводника специального состава. Очевидно, что если практически вся энергия рекомбинации переходит в световую, на тепловую ничего не остается. Этим объясняется отсутствие нагрева работающего светодиода. Точнее, небольшой нагрев рабочего тела имеет совсем другую природу, нежели рождение света. Цвет излучаемого светодиодом света не монохроматичен, как у лазера, но имеет довольно узкий спектр, что долгое время определяло область применения светодиодов как индикаторных приборов. Но в зависимости от состава полупроводника, оказалось возможным создавать светодиоды, излучающие от средне-инфракрасного до жесткого ультрафиолетового спектры. Эта особенность светодиодов сильно расширила горизонты применения приборов, от медицинских до научно-исследовательских лабораторий

Три способа получения белого свечения у светодиодов.

§Белый свет можно получить смешением красного, зеленого и голубого, излучаемого светодиодами разного типа, размещенными на одной матрице. Данный принцип используется в телевидении при передаче цветного сигнала.

§Второй способ похож на реализуемый в люминесцентных лампах, когда свет излучает белый люминофор под воздействием ультрафиолетового излучения. Источником ультрафиолетового излучения может быть светодиод.

§По третьей технологии светодиод голубого света покрывают смесью зеленого и красного люминофора. В результате сложения излучения диода и люминофоров получается белый свет [3].

В последние несколько лет ученые создали новое поколение светодиодов, вплотную подошедших к спектральным параметрам самых лучших ламп освещения, а по многим другим критериям – далеко обогнавшим своих газонаполненных собратьев. Сверхъяркие, всех возможных цветов и мощностей, экономичные, легкие и миниатюрные источники засияли как маленькие звезды, грозя полностью вытеснить лампы накаливания и прочие обыденные электрические источники света.

Управление яркостью светодиода.

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания – этого-то как раз делать нельзя, – а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения [1].

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй – световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод. Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов [3].

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию и где высоки требования по электробезопасности.

Глава 2. Сравнительный анализ различных источников света

.1 Обзор искусственных источников света

До изобретения сверхъярких светодиодов белого цвета (то есть с широким спектром излучения), человечество располагало широчайшим арсеналом электрических источников света. Существует множество специальных типов ламп. Это индукционные, ртутные, дуговые лампы, неоновые источники света, ксеноновая дуговая лампа, различные виды газоразрядных ламп. Для полноты исследования необходимо провести краткий обзор устройства и принципа работы рассматриваемых типов источников света:

. Люминесцентная лампа состоит из баллона или трубки, наполненной парами ртути и инертным газом, подогреваемых катодов. На внутренние стенки трубки нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет.

. Лампа накаливания состоит из следующих частей: нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который откачивается и заполняется инертным газом) и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию.

. Галогенные лампы – это усовершенствованные лампы накаливания. Тело накала галогенных ламп накаливания изготавливают из специальных марок вольфрамовой проволоки, преимущественно в виде спирали, которой в лампе с помощью электродов и держателей придается необходимая форма.

Принцип действия галогенных ламп накаливания заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений – галогенидов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама.

. Натриевая лампа. Устройство натриевой лампы высокого давления следующее: газоразрядная трубка (цилиндрическая), располагается в вакуумированной внешней колбе. Запуск осуществляется при помощи ПРА.

. Представляет собой безэлектродную лампу (отсутствие нитей накала, электродов), состоящую из колбы, наполненной газом, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором. Электронный блок, магнитное кольцо вокруг трубки и индукционная катушка создают газовый разряд в высокочастотном электромагнитном поле, благодаря чему лампа начинает светиться. Возможна конструкция, когда электромагнит находится внутри колбы. Электронный блок, вырабатывающий высокочастотный ток, может находиться в одном корпусе с колбой или выполняться как отдельное устройство. Отсутствие нитей накала и электродов позволяет повысить долговечность и мощность лампы[3].

2.2 Сравнительный анализ осветительных приборов

Для подробного анализа необходимо провести обзор технических показателей искусственных источников света, что позволит определить степень эффективности применения светодиодных светильников:

А) Люминесцентная лампа

Достоинства люминесцентных ламп:

по сравнению с лампами накаливания обеспечивает такой же световой поток, но потребляют в 4-5 раз меньше энергии;

имеют низкую температуру колбы;

повышенный срок службы (8000 ч);

Недостатки люминесцентных ламп:

снижает световой поток при повышенных температурах;

имеют большой пусковой ток;

люминесцентные лампы не работаю при температуре воздуха ниже 15-20° С.

Компактные (энергосберегающие) люминесцентные лампы вырабатывают свет по тому же принципу, что и обычные люминесцентные, только на гораздо меньшей площади, и являются компактной альтернативой люминесцентным лампам-трубкам.

Преимущества компактных ламп по сравнению с лампами накаливания:

до 80% меньшее потребление тока при том же количестве света;

срок службы в 6-15 раз больше по сравнению с обычными лампами накаливания и

составляет, соответственно, 6000-15000 ч. в зависимости от типа;

меньшие потери на обслуживании за счет длительного времени службы;

возможность выбора цвета свечения.

Б) Лампа накаливания

Достоинства лампы накаливания:

низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования

компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока

надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход

К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах “перевесить” достоинства, относятся:

низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% – в тепло

высокая рабочая температура

заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания

В) Галогенные лампы

Достоинством галогенных ламп является неизменно яркий свет, прекрасная передача цвета и возможность создания разнообразных световых оттенков. Использование специальных фильтров, нанесенных на кварцевое стекло, “останавливает” ультрафиолет, что оберегает освещаемые вещи от выгорания. Дихроичные отражатели отводят тепловое излучение за пределы освещаемой площади. Яркость освещения регулируется с помощью большого ассортимента диаметров отражателей.

Достоинства галогенных ламп:

стабильно яркий свет на протяжении срока службы;

долгий срок службы (5000 ч);

возможность регулирования светового потока;

высокий уровень безопасности, особенно в условиях повышенной влажности (низковольтные лампы).

Недостатки галогенных ламп:

до стеклянной поверхности лампы нельзя дотрагиваться голыми руками, так как на ней остаются жирные пятна, что может привести к оплавлению в этом месте стекла колбы.

чувствительность к перепадам напряжения в питающей сети;

температура колбы может достигать 500° С, поэтому при установке ламп следует соблюдать нормы противопожарной безопасности;

Г) Натриевые лампы

Данный тип ламп принадлежит к числу наиболее эффективных источников видимого излучения: они обладают высокой световой отдачей среди газоразрядных ламп, экономны и имеют длительный срок службы. Обычно лампы излучают характерный желтый цвет, но если в состав зажигающего вещества входит ксенон, они дают яркий белый свет. Натриевые лампы классифицируются на НЛВД, которые излучают свет теплого желтого цвета, подходящий для освещения больших парков, дорог и площадей, и НЛНД, которые идеально подходят для уличного освещения.

Достоинства натриевых ламп:

высокий уровень светоотдачи (до 130 лм/Вт);

длительный срок службы (до 12 000 ч.);

Недостатки натриевых ламп:

плохая цветопередача (Ra = 20);

имеют большой пусковой ток;

долгое зажигание и перезажигание (до 10 мин.).

Д) Ртутная лампа высокого давления

Такие лампы обладают высокой надежностью, хорошей цветопередачей, позволяют снизить затраты на установку и техническое обслуживание. Лампы данного типа отличаются высокой светоотдачей при сравнительно небольших габаритах, они имеют длительный срок службы. 40% излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Для увеличения светоотдачи ультрафиолетовое излучение преобразуют в видимый свет с помощью люминофора, которым покрыта колба лампы.

Применяются для внутреннего и наружного освещения коммерческих и производственных объектов, для декоративного и охранного освещения. Ртутно-вольфрамовая лампа – лампа, внутри которой в одной и той же колбе находятся разрядная трубка ртутной лампы высокого давления и спираль лампы накаливания, соединенные последовательно. Колба может быть покрыта люминофором. Вольфрамовая спираль служит дополнительным источником света в красной области света и одновременно выполняет функцию балластного давления для ртутной горелки. Благодаря этому устройству улучшается передача цвета и отпадает необходимость использования дополнительного дросселя.

Преимущества ртутных газоразрядных ламп:

широкий диапазон мощностей;

достаточный уровень световой отдачи (30-60 лм/Вт);

большой срок службы (до 12000 ч.);

ртутно-вольфрамовые лампы не требуют пускорегулирующего аппарата;

Недостатки ртутных газоразрядных ламп:

имеют большой пусковой ток;

долгое зажигание и перезажигание (до 5 -10 мин.).

Ж) Светодиодная лампа

Достоинства светодиодных ламп

высокий уровень светоотдачи (от 80-120 лм/Вт);

длительный срок службы;

мгновенное включение, отсутствие мерцаний;

высокий индекс цветопередачи Ra>80;

широкий диапазон цветовых температур (2700-10000К);

отсутствует ультрафиолетовое излучение;

высокая виброустойчивость и ударопрочность;

Недостатки светодиодных ламп:

низкая предельная температура;

направленность свечения (для получения привычной для человека освещенности в помещении необходимо больше светильников, чем при использовании ламп накаливания и люминесцентных ламп);

для питания светодиодов от сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты;

Помимо перечисленных выше недостатков светодиодного освещения можно ещё одно замечание: наличие небольшого свечения светодиодной лампы (цоколь Е27) в отключенном состоянии выключателя, оснащённого подсветкой неоновой лампы, имеющей небольшой ток утечки (около 2-ух миллиампер).

2.3 Результаты сравнительного анализа

Анализируя данные, представленные в таблицах 1, рис. 2, можно сказать о том, что светильники на основе светодиодов имеют преимущества перед другими сравниваемыми осветительными приборами, но не являются достойной альтернативой для модернизации систем освещения.

Таблица 1. Сравнение технических параметров светодиодных и ртутных уличных светильников

Всё про ремонт своими руками

К преимуществам светодиодного освещения относятся:

  • высокая энергоэффективность;
  • экологичность;
  • большой ресурс работы;
  • огромный потенциал технологии.

Сегодня очень актуальным остается вопрос наружного светодиодного освещения.

Такое освещение имеет ряд преимуществ:

  • потребитель может экономить электроэнергию;
  • не нужно часто менять лампы накаливания, что дополнительно снижает расходы на их эксплуатацию и обслуживание;
  • все энергосберегающие приборы света, которые используются сегодня, имеют намного меньший срок службы, они очень уязвимы к ударам и вибрациям и плохо переносят частое включение.

Ещё одним большим преимуществом светодиодных светильников считается то, что они безопасны.

Освещение квартиры с помощью светодиодов, (в частности светодиодное освещение потолка) сегодня получает всё большее распространение благодаря значительной экономии, из-за длительного срока службы светодиодов.

Такое светодиодное освещение нашло своё применение в светотехнике, для создания освещения в современных дизайнерских проектах (освещение различных офисных строений, домов, коттеджей, бассейнов, и многого другого).

Одним из будущих направлений, является светодиодное освещение теплиц.

Аварийное светодиодное освещение играет большую роль в обеспечении безопасности людей в случае возникновения пожара, аварии, или других опасных ситуаций, и применяется в самых различных сегментах.

Светодиодное освещение улиц позволяет намного снизить расходы энергопотребления, интенсивность такого освещения можно контролировать. Светодиодное освещение (LED) даст чистый и яркий свет.

Такие системы освещения находят широкое применение в рекламе. Сейчас на мировом рынке наблюдается огромный рост производства светодиодов. Причём, самые оптимистичные оценки прогнозируют практически удвоение объёмов мирового производства LED в самые ближайшие годы.

Энергосберегающие системы освещения, которые сегодня повсеместно внедряются в нашу жизнь, заставляют разработчиков такого оборудования искать новые технологии.

Одним из таких направлений есть светодиодное освещение. Источником света тут являются светодиоды (LED). На их основе и изготавливается световое светодиодное оборудование.

К преимуществам светодиодного освещения относятся:

  • высокая энергоэффективность;
  • экологичность;
  • большой ресурс работы;
  • огромный потенциал технологии.

Сегодня очень актуальным остается вопрос наружного светодиодного освещения.

Такое освещение имеет ряд преимуществ:

  • потребитель может экономить электроэнергию;
  • не нужно часто менять лампы накаливания, что дополнительно снижает расходы на их эксплуатацию и обслуживание;
  • все энергосберегающие приборы света, которые используются сегодня, имеют намного меньший срок службы, они очень уязвимы к ударам и вибрациям и плохо переносят частое включение.

Ещё одним большим преимуществом светодиодных светильников считается то, что они безопасны.

Освещение квартиры с помощью светодиодов, (в частности светодиодное освещение потолка) сегодня получает всё большее распространение благодаря значительной экономии, из-за длительного срока службы светодиодов.

Такое светодиодное освещение нашло своё применение в светотехнике, для создания освещения в современных дизайнерских проектах (освещение различных офисных строений, домов, коттеджей, бассейнов, и многого другого).

Одним из будущих направлений, является светодиодное освещение теплиц.

Аварийное светодиодное освещение играет большую роль в обеспечении безопасности людей в случае возникновения пожара, аварии, или других опасных ситуаций, и применяется в самых различных сегментах.

Светодиодное освещение улиц позволяет намного снизить расходы энергопотребления, интенсивность такого освещения можно контролировать. Светодиодное освещение (LED) даст чистый и яркий свет.

Такие системы освещения находят широкое применение в рекламе. Сейчас на мировом рынке наблюдается огромный рост производства светодиодов. Причём, самые оптимистичные оценки прогнозируют практически удвоение объёмов мирового производства LED в самые ближайшие годы.

Источником света тут являются светодиоды (LED). На их основе и изготавливается световое светодиодное оборудование.

К преимуществам светодиодного освещения относятся:

  • высокая энергоэффективность;
  • экологичность;
  • большой ресурс работы;
  • огромный потенциал технологии.

Сегодня очень актуальным остается вопрос наружного светодиодного освещения.

Такое освещение имеет ряд преимуществ:

  • потребитель может экономить электроэнергию;
  • не нужно часто менять лампы накаливания, что дополнительно снижает расходы на их эксплуатацию и обслуживание;
  • все энергосберегающие приборы света, которые используются сегодня, имеют намного меньший срок службы, они очень уязвимы к ударам и вибрациям и плохо переносят частое включение.

Ещё одним большим преимуществом светодиодных светильников считается то, что они безопасны.

Освещение квартиры с помощью светодиодов, (в частности светодиодное освещение потолка) сегодня получает всё большее распространение благодаря значительной экономии, из-за длительного срока службы светодиодов.

Такое светодиодное освещение нашло своё применение в светотехнике, для создания освещения в современных дизайнерских проектах (освещение различных офисных строений, домов, коттеджей, бассейнов, и многого другого).

Одним из будущих направлений, является светодиодное освещение теплиц.

Аварийное светодиодное освещение играет большую роль в обеспечении безопасности людей в случае возникновения пожара, аварии, или других опасных ситуаций, и применяется в самых различных сегментах.

Светодиодное освещение улиц позволяет намного снизить расходы энергопотребления, интенсивность такого освещения можно контролировать. Светодиодное освещение (LED) даст чистый и яркий свет.

Такие системы освещения находят широкое применение в рекламе. Сейчас на мировом рынке наблюдается огромный рост производства светодиодов. Причём, самые оптимистичные оценки прогнозируют практически удвоение объёмов мирового производства LED в самые ближайшие годы.

Переход с традиционных источников света на светодиодное освещение

Название: Использование светодиодных светильников
Раздел: Остальные рефераты
Тип: реферат Добавлен 13:00:41 07 апреля 2014 Похожие работы
Просмотров: 793 Комментариев: 7 Оценило: 1 человек Средний балл: 3 Оценка: неизвестно Скачать
Рубрика:

Экономия электрической энергии При потреблении.

Классификация технологии:

Технологический.

Статус рассмотрения проекта Координационным Советом:

Не рассматривался.

Объекты внедрения:

Системы освещения, Промышленность, Общедомовые системы, в.т.ч. многоквартирных домов, Административные и общественно-бытовые здания и сооружения.

Эффект от внедрения:

– для объекта: сокращение потребления электроэнергии в 8 раз при замене ламп накаливания, в 2 раза при замене люминесцентных;
– для муниципального образования: при массовом использовании светодиодных светильников снимается опасность перегрузки городских и муниципальных электросетей в момент их включения .

Ежегодное повышение тарифов на электроэнергию объективно приводят к необходимости ее сбережения. На сегодняшний день наиболее экономичным источником света являются светодиоды. Современные светодиодные технологии позволяют без потери в уровне освещенности помещения заменить традиционные источники света с экономией электроэнергии от 40 до 90 %.

1. Описание предлагаемой технологии (метода) повышения энергоэффективности

Источником света в предлагаемом светильнике является светодиод, который позволяет без излишних затрат преобразовывать электрический ток в свет. Благодаря чему потребление электроэнергии светодиодами значительно сокращается. И, несмотря на высокую цену светодиодных светильников, их использование не только полностью окупает вложенные затраты в течение от 1,5 года до 2,5 лет (в зависимости от вида светильника), но и позволяет в дальнейшем значительно экономить расходы на электроэнергию и техническое обслуживание.

Преимущества светодиодного освещения:

  • экономия электроэнергии по сравнению с лампами накаливания в 8 раз, а по сравнению с лампами ртутными, люминесцентными экономия порядка в 2 раза;
  • гарантированный ресурс работы самих светодиодов 50-100 тыс. часов. Он обеспечивается только при применении высококачесвенных светодиодов ведущих производителей Osram (Германия), Crее, (США). В составе светильника ресурс несколько снижается и составляет около 25-50 тыс. часов. Для сравнения ресурс лампы накаливания составляет 1 000 часов;
  • Высокая световая эффективность: лампа накаливания дает 10 Лм на 1 Вт потребляемой мощности, люминесцентная лампа обеспечивает 70 Лм на 1 Вт потребляемой мощности, ртутные лампы 60 Лм на 1 Вт, световая эффективность одного светодиода составляет 100÷139 лм на 1 Вт потребляемой мощности. Прогресс не стоит на месте, и уже на сегодняшний день компания Crее выводит на рынок светодиоды световой эффективностью светодиода 200 Лм на 1 Вт.
  • Устойчивость к механическим воздействиям (отсутствие стеклянных деталей, нитей накаливание делает светодиоды устойчивыми к механическим воздействиям, ударам и вибрации);
  • Стабильная работоспособность при температуре от -40 до +40 С;
  • Устойчивость к колебанию сетевого напряжения -устойчив диапазон 187-242 В;
  • Отсутствие специальных условий утилизации.

Назначение светодиодного освещения:

  • освещение в офисных помещениях, административных зданиях, торговых центрах;
  • освещение лестничных клеток, а также любых нежилых помещений;
  • освещение дорог, улиц, мостов, придомовых территорий;
  • освещение производственных помещений, складов, цехов.

2. Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении

При массовом использовании светодиодных светильников снимается опасность перегрузки городских и муниципальных электросетей в момент их включения

Это легко увидеть из технических характеристик светодиодных светильников, где потребляемый ток равен 0,6÷0,9 А, в отличии от традиционных светильников с газоразрядной лампой, где потребляемый ток 2,2 А, а пусковой ток 4,5 А.

3. Причины, по которым предлагаемые энергоэффективные технологии не применяются в массовом масштабе

Более высокая цена по сравнению с ртутными, люминесцентными лампами. Снижение себестоимости светодиодных светильников возможно при увеличении объемов реализации готовой продукции.

Также при использовании светодиодных светильников можно сэкономить на закупке кабеля с меньшим сечением, т.к. данные светильники потребляют ток в 3 раза меньше, если провести сравнение с газоразрядной лампой.

4. Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемой технологии (метода) и необходимость их совершенствования

В Европе и России приняты постановления, согласно которым государства осуществляют постепенный переход на наиболее эффективные энергосберегающие технологии. Так, уже в 2011 году в России полностью прекратится выпуск ламп мощностью более 100 Вт.

5. Наличие технических и других ограничений применения технологии (метода) на различных объектах.

СанПин 2.2.1/2.1.1.1278-03 (пункты 3.1.5 и 3.1.9.):

– «Световые приборы для общего и местного освещения, предназначенные к эксплуатации со светодиодами, должны иметь защитный угол, исключающий попадение в поле зрения прямого излучения».

– «Замена ламп накаливания на новые источники света (компактные люминесцентные лампы, светодиоды) в эксплуатируемых осветительных установках допускается при соблюдении нормативных требований к общему искусственному освещению».

6. Наличие документов, регламентирующих применение данной технологии (метода) и обязательных для исполнения; необходимость внесения в них изменений или необходимость изменения самих принципов формирования этих документов; наличие ранее существовавших нормативных документов, регламентов и потребность в их восстановлении.

Федеральный закон № 261 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» от 11 ноября 2009 года, в соответствии с которым наша страна, наряду с другими развитыми странами, должна перейти на наиболее эффективные энергосберегающие технологии.

СанПин 2.2.1/2.1.1.1278-03 (Проектирование, строительство, реконструкция и эксплуатация предприятий, планировка и застройка населенных пунктов. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий. Санитарные правила и нормы»

7. Необходимость разработки новых или изменения существующих законов и нормативно-правовых актов.

Возможно, разработать законопроекты, направленные на поощрение внедрения энергосберегающих технологий, в частности, светодиодных.

8. Наличие внедренных пилотных проектов, анализ их реальной эффективности, выявленные недостатки и предложения по совершенствованию технологии с учетом накопленного опыта.

Реализованных проектов установки светодиодных светильников уже достаточно много по России.

Одним из реализованных проектов является установка подъездных светодиодных светильников в ЖСК «Химмашевец», г. Пенза. До установки светодиодных светильников в подъезде жилого дома оплата с каждой квартиры составляла порядка 24 рублей, после – 75 копеек.

9. Возможность влияния на другие процессы при массовом внедрении данной технологии (изменение экологической обстановки, возможное влияние на здоровье людей, повышение надежности энергоснабжения, изменение суточных или сезонных графиков загрузки энергетического оборудования, изменение экономических показателей выработки и передачи энергии и т.п.).

Светодиодные светильники являются полностью экологически чистыми и не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации (не содержит ртути, ее производных и других ядовитых, вредных или опасных составляющих материалов и веществ).

10. Наличие и достаточность производственных мощностей в России и других странах для массового внедрения технологии.

В стране имеются достаточные производственные мощности для массового внедрения светодиодных светильников.

11. Необходимость специальной подготовки квалифицированных кадров для эксплуатации внедряемой технологии и развития производства.

Необходимость специальной подготовки квалифицированных кадров отсутствует. Вполне достаточно проведение краткосрочных курсов.

Исследовательская работа “Эффективность использования энергосберегающих ламп”

Область исследования: физика

Актуальность: использование компактных люминесцентных энергосберегающих ламп (КЛЛ) в быту – это увеличение эффективности освещения в доме, а значит реальный способ помощь природе, сэкономить энергию и собственные деньги.

Цель исследования: выяснить, чем отличаются обычные лампы накаливания от энергосберегающих и определить какие из них более эффективны.

Объект исследования: энергопотребление.

Гипотеза исследования: предполагаем, что энергосберегающие лампы более эффективны.

Задачи исследования:

  1. Изучить литературу по данной теме;
  2. Выяснить основные преимущества и недостатки ламп накаливания и энергосберегающих ламп и дать их сравнительную характеристику;
  3. Изучить мнение населения об использовании энергосберегающих ламп;
  4. Рассчитать, выгодно ли использовать данные лампы при сегодняшних тарифах на электроэнергию.

В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу, во многих странах введён или планируется ввод запрета на производство, закупку и импорт ламп накаливания, с целью стимулирования замены их на энергосберегающие лампы (компактные люминесцентные лампы и др.).

С 1 сентября 2009 года в Евросоюзе в соответствии с директивой 2005/32/EG вступил в силу поэтапный запрет на производство, закупку магазинами и импорт ламп накаливания (за исключением специальных ламп). С 2009 г запрет коснётся ламп мощностью >= 100 Вт, ламп с матовой колбой >= 75 Вт и др.; ожидается, что к 2012 году будет запрещён импорт и производство ламп накаливания меньшей мощности. В России правительство Москвы с 2011 года также планируется исключить из оборота и прекратить производство ламп накаливания мощностью >= 100 Вт. С 2005 г на Кубе ограничено использование ламп накаливания мощностью более 15 Вт. С 2009 г в ограничения коснутся также Новой Зеландии и Швейцарии, с 2010 г Австралии. 23 ноября 2009 года президент России подписал принятый ранее Госдумой Федеральный закон “Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации”. Согласно документу, с 1 января 2011 года к обороту на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более; с 1 января 2013 года – электроламп мощностью 75 Вт и более, а с 1 января 2014 года – ламп мощностью 25 Вт и более.

Скачать:

ВложениеРазмер
nauchno-issledovatelskaya_rabota_energosberegayushchie_lampy.doc247.5 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 32

Эффективность использования энергосберегающих ламп

в домашних условиях

Выполнил: Чаков Артур

ученик 10 «А» класса

Руководитель: Хохрина О.В. учитель физики, высшей категории

Глава 1. Лампа накаливания

  1. 1.1 История изобретения лампы накаливания……….………..……………..4
  2. 1.2 Устройство. Принцип действия…………………………………………..4
  3. 1.3 Преимущества и недостатки ламп накаливания………………………. 5
  4. 1.4 Ограничения импорта, закупок и производства……… ………………. 5

Глава 2. Компактная люминесцентная лампа

2.2 Устройство и принцип действия………………………………………….6

2.3 Преимущества и недостатки энергосберегающих ламп………………. 7

Глава 3. Что мы знаем об энергосберегающих лампах (социологический

Глава 4. Эффективность использования энергосберегающих ламп в

домашних условиях (эксперимент)……………………………………………. 9

IV.Список использованных источников литературы…………………………..12

Нашу жизнь невозможно представить без искусственного освещения. 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. Прежде всего, за счет увеличения количества используемых нами бытовых приборов. Почти в каждой семье есть холодильник, телевизор, стиральная машина. Все чаще в наших квартирах «прописываются» компьютеры, посудомоечные машины, кухонные комбайны, электрочайники и другие приборы. Изрядное количество электроэнергии расходуется на освещение. Электроэнергия поступает в наши дома с электростанций различного типа и для ее производства сжигаются уголь, нефть, газ. Экономное использование электроэнергии позволит сократить объемы использования этих энергетических ресурсов, а значит снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, сохранить чистоту водоемом. Тем самым каждый из нас может внести свой посильный вклад в общее дело сохранения природы. Кроме того, увеличение эффективности использования электроэнергии – это и реальный способ снизить затраты на оплату счетов за электричество. Ведь стоимость электроэнергии напрямую связана со стоимостью топлива, запасы которого ограничены и цены, на которое постоянно растут. Отказаться от использования освещения и бытовых электроприборов в современном мире невозможно. Но существуют простые способы снижения потребления электроэнергии в быту доступные каждому. Так, по оценкам специалистов около от 50 до 60% экономии электроэнергии в жилищно-бытовом секторе достигается за счет экономии на освещении. Около 7 млрд. руб. в год – таков потенциал экономии электроэнергии в России на бытовом и производственном уровне.

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

Актуальность : использование компактных люминесцентных энергосберегающих ламп (КЛЛ) в быту – это увеличение эффективности освещения в доме, а значит реальный способ помощь природе, сэкономить энергию и собственные деньги.

Цель работы : выяснить, чем отличаются обычные лампы накаливания от энергосберегающих и выяснить, какие из них более эффективны.

Объект исследования : энергопотребление.

Гипотеза исследования: предполагаем, что энергосберегающие лампы более эффективны.

  1. изучить литературу по данной теме;
  2. выяснить основные преимущества и недостатки ламп накаливания и энергосберегающих ламп и дать их сравнительную характеристику;
  3. изучить мнение населения об использовании энергосберегающих ламп;
  4. рассчитать, выгодно ли использовать данные лампы при сегодняшних тарифах на электроэнергию.

Глава 1. Лампа накаливания.

  1. История изобретения лампы накаливания.

11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.

Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу со временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл патрон, цоколь и выключатель . Несмотря на столь непродолжительное время жизни, его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.

В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.

В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.

Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме «General Electric», придумал наполнять колбы ламп инертным газом, что существенно увеличило время жизни ламп.

1.2. Устройство. Принцип действия.

Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, заполненной буферным газом и ограждающей нить накала от окружающей среды.

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока.

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 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. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.

1.3. Преимущества и недостатки ламп накаливания.

Преимущества ламп накаливания:

  1. малая стоимость
  2. небольшие размеры
  3. ненужность пускорегулирующей аппаратуры
  4. при включении они зажигаются практически мгновенно
  5. отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации
  6. возможность работы, как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном
  7. возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
  8. отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе
  9. непрерывный спектр излучения
  10. устойчивость к электромагнитному импульсу
  11. возможность использования регуляторов яркости
  12. нормальная работа при низкой температуре окружающей среды

Недостатки ламп накаливания:

  1. низкая световая отдача
  2. относительно малый срок службы
  3. резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения
  4. цветовая температура лежит только в пределах 2300—2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок
  5. 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.
  6. световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%.

1.4. Ограничения импорта, закупок и производства ламп накаливания.

В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу, во многих странах введён или планируется ввод запрета на производство, закупку и импорт ламп накаливания, с целью стимулирования замены их на энергосберегающие лампы (компактные люминесцентные лампы и др.). К 2013 году США планируют полностью отказаться от ламп накаливания (их просто не будут производить и продавать) и перейти на энергосберегающие (компактные люминесцентные лампы – КЛЛ). Чуть позже это ждёт и остальные страны. Юлиан Айзенберг, доктор технических наук, профессор утверждает, что за час работы лампа накаливания 100 Вт использует 100 Вт электроэнергии, а энергосберегающая – 20 Вт и при этом даёт больше света. За срок службы она генерирует в 60-80 раз больше световой энергии, чем «лампочка Ильича». Не говоря уже о том, что за время службы одной КЛЛ перегорят 10 ламп накаливания. По данным Ю. Айзенберга, мы существенно отстаём от остального мира: если сегодня в Китае на 100 жителей уже приходится 80 энергосберегающих ламп, а в Европе – 35-40, то на 100 россиян – всего 2-3.
23 ноября 2009 года президент России подписал принятый ранее Госдумой Федеральный закон “Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации”. Согласно документу, с 1 января 2011 года к обороту на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более; с 1 января 2013 года – электроламп мощностью 75 Вт и более, а с 1 января 2014 года – ламп мощностью 25 Вт и более.

Глава 2 Компактная люминесцентная лампа.

Первые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) появились на мировом рынке в конце 1980-х. Патентная заявка на компактную люминесцентную лампу со встроенным электронным балластом была подана в 1984 году.

2.2 Устройство компактной люминесцентной лампы.

Тенденция к энергосбережению, захватившая внимание всего мира, не обошла стороной и нашу Сахалинскую область. Отчасти этим можно объяснить возрастающую популярность использования энергосберегающих ламп в нашей стране. Является ли экономия электроэнергии единственной характеристикой, которая отличает энергосберегающие лампы от традиционных ламп накаливания? Для начала узнаем, как устроена энергосберегающая лампа. Энергосберегающая лампа состоит из 3 основных компонентов: цоколя, люминесцентной лампы и электронного блока. Цоколь предназначен для подключения лампы к сети. Электронный блок (ЭПРА: электронный пускорегулирующий аппарат) обеспечивает зажигание (пуск) и дальнейшее горение люминесцентной лампы. ЭПРА преобразует сетевое напряжение 220В в напряжение, необходимое для работы люминесцентной лампы. Благодаря ЭПРА энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания свойственного обычным люминесцентным лампам.

Люминесцентная лампа наполнена парами ртути и инертным газом (аргоном), а её внутренние стенки покрыты люминофорным покрытием.

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.

1.3. Преимущества и недостатки энергосберегающих ламп

Преимущества энергосберегающих ламп:

  1. Большой срок службы.
  1. Низкое потребление электроэнергии.
  1. Заводская гарантия на люминесцентные лампы.
  1. Допускается использование энергосберегающих ламп там, где есть ограничения температуры, так как эти лампы практически не нагреваются.

Недостатки энергосберегающих ламп:

  1. 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.
  2. В трубке содержатся пары ртути.

Немецкий врач и специалист по проблемам влияния освещения на здоровье человека Александер Вунш предупреждает о значительном риске негативных последствий для здоровья при использовании энергосберегающих ламп. Энергосберегающая лампа, по мнению эксперта, опасна, поскольку она может привести к гормональным изменениям в организме. Кроме того, «при неправильном обращении может развиться практически любое заболевание — сердечно-сосудистые заболевания, диабет и нарушения иммунной системы», — предупреждает эксперт. Кроме того, энергосберегающие лампы повышают риск заболевания раком груди и простаты. Британские ученые также обнаружили, что такие лампы могут нанести серьезный вред чувствительной коже и здоровью. Также такие осветительные приборы вредны для нежной кожи младенцев.

Сравнительные характеристики ламп накаливания и энергосберегающих компактных люминесцентных ламп приведены в таблице 1(см. приложение).

Следует помнить, что 20-ваттная энергосберегающая лампа по световой отдаче аналогична 100-ваттной лампе накаливания.

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 3-5 мг ртути . Разрушенная или повреждённая колба лампы может высвободить пары ртути, что может вызвать отравление ртутью . В Москве перегоревшие люминесцентные лампы бесплатно принимаются для дальнейшей переработки в районных ДЕЗ или РЭУ , где установлены специальные контейнеры.

Глава 3. Что мы знаем об энергосберегающих лампах?

Опросы, проведенные нами среди 100 респондентов, среди которых были мужчины и женщины, учащиеся и работники школы, привели к следующим результатам.

Вопрос 1. Что вы знаете об энергосберегающих лампах? [1]

  1. 2% опрошенных респондентов сказали, что знают о том, что КЛЛ берегут энергию и знают о том, что в них содержатся пары ртути;
  2. 30% опрошенных респондентов сказали, что ничего не знают об энергосберегающих лампах;
  3. 68% опрошенных респондентов сказали, что КЛЛ берегут энергию.

Вопрос 2. Как вы считаете, нужно ли обычные лампы накаливания менять на энергосберегающие лампы? Будете ли вы это делать? [2]

  1. 10% опрошенных респондентов сказали, что нужны и энергосберегающие лампы и лампы накаливания и затруднились сказать будут ли они менять лампы накаливания на энергосберегающие;
  2. 30% – опрошенных респондентов сказали, что согласны с тем, что нужно менять лампы накаливания на энергосберегающие.
  3. 60% – опрошенных респондентов сказали, что нужно менять лампы накаливания на энергосберегающие и часть ламп уже заменили.

По результатам опроса можно сделать вывод: население не осведомленно о том, что в КЛЛ содержится ртуть и большинство респондентов (60 %) уже применяют энергосберегающие лампы.

Глава 4. Эффективность использования энергосберегающих ламп в

Проведем теоретическое исследование и узнаем, какие лампы более эффективны.

Расчет ведется исходя из того, что лампа включена 6 часов в день. Также считается, что 1 энергосберегающая лампа в 20 Вт по светоотдаче лампе накаливания в 100 Вт (см. приложение – таб.2)

Таким образом, три энергосберегающие лампы дают экономию 2745 рублей за 3,5 года

и окупаются за восемь месяцев их использования.

Провели эксперимент. Мы заменили в жилом доме обычные лампы накаливания на энергосберегающие лампы. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Таким образом, эффективность использования энергосберегающих ламп составила – 46,8%.

Сравнили показания счётчика за три месяца в 2010 года (с лампами накаливания) и за три месяца 2011 года (с энергосберегающими лампами). Результаты сравнения приведены в таблице 4.

Таблица 4. Сравнительные показания счётчика за одинаковый период 2008 и 2009 года.

Актуальность светодиодного освещения для магазинов всегда высока. Ответы на вопросы журналу “Точка продаж” дает генеральный директор “СТК Системы освещения” Сергей Исполатов.

Каково экономическое обоснование применения LED-освещения, усиливается ли актуальность технологии в условиях нестабильной экономической ситуации?

Как развивалась технология, как менялись стоимость и окупаемость светильников?

Переход на светодиодное освещение в торговле не зависит от кризисной ситуации в экономике, т. к. это выгодно и в кризис и в условиях роста. С развитием технологий светодиодные световые приборы становятся более доступными по цене, при этом их технические характеристики с каждым годом улучшаются. Судите сами, еще 2 года назад полноценно заменить светодиодным светильником 70-ти ватный металлогалогенный светильник было очень проблематично, т.к. это было дорого, а светильник получался довольно внушительных размеров. Сегодня в компактном корпусе трекового светильника MINI LED 30W реализована полноценная замена металлогалогену. При этом цена светильника в розницу всего 4990 рублей!

В чем отличительные черты светодиодов в сравнении с люминесцентными и галогенными лампами?

Помимо экономии электроэнергии светодиодные светильники имеют ряд других преимуществ в сравнении с другими типами ламп. Качественные светодиодные матрицы обладают высоким индексом цветопередачи — CRI. Особенно выгодно это отличает светодиодные приборы от люминесцентных, где этот индекс обычно очень низкий.

Также, многие ритейлеры отмечают особенный спектр света светодиодов, который представляет товар «в выгодном свете». Особенно актуально это для магазинов ювелирных изделий. Считается, что золото лучше подсвечивать теплым (3000-3500К) спектром, а бриллианты особенно роскошны в холодном (5000-6000К) спектре.

Какие возможности открывает применение технологии в торговом зале (можно описать примеры светодиодного освещения в современных моделях горок и витрин, эффект инновационных подсветок полок, а также – в освещении самого зала).

Что касается подсветки витрин, то главным достоинством светодиодов является их компактность. Раньше, в витрины приходилось устанавливать компактные галогенные светильники. Все знают эту пресловутую системы «ЗАКО». Смотрелось это не очень, да и дорого и в приобретении и в последующем обслуживании. Галогенные лампочки часто перегорали и приходилось их постоянно менять. Теперь, в профессионально сделанных витринах порой вообще трудно увидеть откуда идет свет. Товар отлично подсвечен, источника света покупателю не видно, линейки, которыми подсвечиваются витрины крайне надежны, да еще и существенная (до 3-4 раз) экономия электроэнергии!

Как LED-технологии применяются на складах и распределительных центрах?

На складах обычно применяют светодиодные светильники купольного типа, взамен светильников с лампами ДРЛ и ДНАТ. Доказанный факт, что данная замена является экономически выгодной. Срок окупаемости составляет от 1,5 лет. Недаром, почти все строящиеся сегодня и построенные в прошлом году логистические центры уже оснащены светодиодными светильниками.

Какое возможно применение LED-технологии в цехах собственного производства розничной компании?

Наряду со светильниками купольного типа в помещениях промышленного и складского назначения можно использовать светильники с лампами Т8 (трубками). Такие лампы хорошо зарекомендовали себя как надежный источник света для офисов, цехов, складов. Они недорогие, а по своим характеристикам превосходят обычные люминесцентные лампы.

Как определить качество светодиодов?

Прежде всего, стоит обращать внимание на марку светодиодных матриц и блоков питания, используемых в светильнике. Надежные фирмы CREE, OSRAM, SAMSUNG, SHARP, PHILIPS. Среди блоков питания наиболее популярны драйверы MEANWELL. Также, как показала практика, более надежны и почти всегда полностью соответствуют заявленным характеристикам светодиодные светильники произведенные или собранные в России. Привезенные в собранном виде из Китая или еще откуда-то в большинстве случаев не соответствуют заявленным значениям по световому потоку. Перегрев светодиодов у многих тоже за пределами допустимых значений. Качество сборки, пайки оставляет желать лучшего. Так что поддерживать отечественного производителя светодиодных светильников теперь не только патриотично, но и в прямом смысле выгодно.

СТК Системы освещения для журнала “Точка продаж”

Читайте также:  Преимущество квартиры в новостройке
Ссылка на основную публикацию