Исследовательский проект по теме «Модернизация освещения в кабинете физика с использованием энергосберегающих технологий».

Краевое государственное бюджетное образовательное учреждение начального профессионального образования « ПУ № 57» с Камень – Рыболов Ханкайского района Приморского края.

Исследовательский проект по теме «Модернизация освещения в кабинете физика с использованием энергосберегающих технологий».


Разработчики проекта учащиеся: Коробов Константин – 17 а/м группа
Петров Семён -129 г.
Руководитель проекта: преподаватель высшей квалификационной категории Рыжих Т. М.
2013г. с. Камень – Рыболов.









Цели и задачи пректа:
Изучить историю, устройство и принцип действия простейшего светодиода.
Изучить современные задачи государства в области затрат электроэнергии на освещение.
Выбрать подходящее светодиодное оборудование для замены лампочек накаливания в кабинете физики.
Изучить технологические характеристики, выбранного оборудования.
Изучить преимущества светодиодной осветительной техники перед традиционным освещением.
Произвести расчёт стоимости потребления электроэнергии лампами накаливания.
Произвести расчёт стоимости потребления электроэнергии с модернизированным освещением (лампами Приморского производителя);
Произвести расчёт окупаемости проектов с модернизированным освещением.
Сравнить результаты окупаемости от внедрения различных светильников.
Сделать выводы.












Содержание работы.
Титульный лист стр. 1.
Цели проекта стр. 2.
Введение. Государственная политика в сфере энергосбережения стр. 4.
Глава 1.Теоретическая часть: стр. 5 - 14
О лампах накаливания стр. 5 – 6.
Определение светодиода стр. 7
История изобретения светодиода стр. 8
Как работает светодиод стр. 9
Виды светодиодов, используемых в освещении стр.10 – 13.
V Глава 2. Практическая часть работы: стр.14 – 17.
Технические характеристики, выбранных энергосберегающих приборов.
Расчет стоимости, потребляемой электроэнергии лампами накаливания.
Расчёт стоимости потребления энергии, после внедрения светодиодных ламп.
Расчёт экономического эффекта при модернизации освещения с применением светодиодных лап с цоколем Е-27.
Расчёт стоимости электроэнергии при модернизации освещения с применением накладного светильника марки ДПР офис Н 36, выпускаемый предприятием ОАО «Дальприбор».
Расчёт экономического эффекта при модернизации освещения с применением накладного светильника марки ДПР офис Н 36.
Сравнение окупаемости двух видов светодиодной техники.
VI Вывод. стр.18.
VII Литература стр.19.





Введение
Государственная политика в области энергосбережения.
В проекте федерального закона об энергосбережении 2010г. Российской Федерации в Федеральном законе об энергосбережении в главе 3 статье10 изложены основные принципы энергосбережения на всех уровнях государственной власти. Федеральный закон регулирует отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в государстве. Целью Федерального закона является создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности всех видов энергии: атомной, тепловой, электрической, электромагнитной и т. д.
В законе изложены правовое регулирование в области энергосбережения и принципы повышения энергетической эффективности:
1) эффективное и рациональное использование энергетических ресурсов;
2) поддержка и стимулирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
3) системность и комплексность проведения мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности;
4) планирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
5) использование энергетических ресурсов с учетом ресурсных, производственно-технологических, экологических и социальных условий.
Так как энергосберегающая политика государства является приоритетной в области энергетики, то мы решили выполнить проект в котором, основываясь на расчётах, доказать неоспоримые преимущества светодиодного освещения перед лампами накаливания.





Глава 1. Теоретическая часть проекта.
О лампах накаливания.
Трудно представить современному человеку, что всего около 140 лет назад электрические лампочки в нашем быту делали свои первые шаги. В 1874 году инженер Александр Лодыгин запатентовал "нитевую лампу". В качестве нити накала использовался угольный стержень, помещенный в сосуд с вакуумом. В 1890 году Лодыгин придумал заменить угольную нить проволокой из тугоплавкого вольфрама, имевшей температуру накала 3385 градусов.




Настоящий переворот в создании лампочки совершили опыты американского изобретателя Эдисона. Прежде чем приступить к опытам, он изучил весь опыт газгольдерных компаний в освещении городов и помещений. Он разработал на бумаге подробные схемы электростанции и коммуникационных линий к домам и фабрикам. Подсчитал себестоимость всех материалов и вычислил, что цена лампочки для потребителя не должна превышать 40 центов. С 1878 года он проводит более 12 тыс. опытов в своей лаборатории. Подсчитано, что его помощники опробовали не менее 6000 различных веществ и соединений. Сначала Эдисон заменил ломкий бумажный уголек более прочным, приготовленным из угля, потом стал делать опыты с различными металлами и, наконец, остановился на нити из обугленных бамбуковых волокон. В 1879 году в присутствии трех тысяч человек Эдисон публично демонстрировал свои электрические лампочки, осветив ими свой дом, лабораторию и несколько прилегающих улиц. Это была первая лампочка с продолжительным сроком службы, пригодная для массового производства. Заслуга Эдисона не в том, что он "изобрел" лампочку, а в том, что он дал начало промышленному производству ламп и ее составляющих: кабелей, двухфазных генераторов (изобретены Эдисоном), электросчетчиков. Патрон и цоколь, а также многие другие элементы электрического освещения, сохранившиеся без изменений до наших дней - выключатели, предохранители, электрические счетчики и многое другое - были также изобретены Эдисоном.
Срок службы современной лампы накаливания 1000 часов. 95 % потребляемой ею энергии уходит на нагрев. В свет превращается 5 %. Эффективность такой лампы мала. Энергосберегающая люминесцентная лампа потребляет в 4,5 - 5 раз меньше и служит 8000 - 10 000 часов. Но ее эффективность тоже под большим вопросом.
Во-первых, ртуть и другие небезопасные вещества, содержащиеся в ее гнутых трубках, смертельно опасны. Как рассказывают специалисты, если в среднестатистической двухкомнатной квартире разобьется, хотя бы три таких лампы, нужно переезжать. Утилизация химии будет стоить даже дороже, чем затраты на мощность лампы накаливания.
Эти изобретения сыграли огромную роль в научно-техническом прогрессе, но на смену им пришли светодиодные приборы .












Определение светодиода.
Светодиод – это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным p – n переходом, генерирующий при прохождении через него электрического тока, видимое излучение. На рисунке изображён традиционный пятимиллиметровый диод. Светодиод имеет два вывода - анод и катод. На катоде расположен алюминиевый параболический рефлектор (отражатель). Он внешне выглядит, как чашеобразное углубление, на дно которого помещен светоизлучающий кристалл. Активный элемент - полупроводниковый монокристалл. В большинстве современных 5 мм светодиодах он используется в виде кубика (чипа) размерами 0,3x0,3x0,25 мм, содержащего р-n переход и омические контакты. Кристалл соединен с анодом при помощи перемычки из золотой проволоки. Оптически прозрачный полимерный корпус, являющийся одновременно фокусирующей линзой вместе с рефлектором определяют угол излучения (диаграмму направленности) светодиода. В светодиоде нет газа и нити накала, он не имеет хрупкой стеклянной колбы и потенциально ненадежных подвижных деталей. Главным отличием светодиодных источников света от традиционных светильников является то, что в светодиодах применяется совершенно иной принцип генерации света и используются абсолютно другие материалы. Менее очевидным отличием является то, что в светодиодном приборе стирается граница между лампой и светильником. В светодиодной осветительной технике «лампы», которыми являются светодиоды, неотделимы от «светильника», а именно: корпуса, электроники и линзы.








История изобретения светодиода.
Первый красный светодиод был создан в 1962 г. Ником Холоньяком (Nick Holonyak) в компании General Electric. Хотя они испускали тусклый свет и имели низкую энергоэффективность, технология оказалась перспективной и стала быстро развиваться.
Вначале 70-х гг. появились зеленые и желтые светодиоды. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, электронных приборах, в светофорах и указателях. Эффективность светодиодов по световому потоку постоянно увеличивалась, и к 1990 г. световой поток красных, желтых и зеленых светодиодов достиг значения 1 Люмен (Лм).
В 1993 г. Суджи Накамура (Shuji Nakamura), инженер, работающий в компании Nichia, создал первый синий светодиод высокой яркости. Так как красный, синий и зеленый являются тремя главными составляющими света, теперь с помощью светодиодов можно было получить любой цвет освещения, включая белый. Белые люминофорные светодиоды – это светодиоды, объединяющие синий или ультрафиолетовый светодиод с люминофорным покрытием, впервые появились в 1996 г. В конце 90-х гг. светодиоды постепенно заменяют лампы накаливания там, где требуется окрашенный свет. В 2000–2005 гг. уровень светового потока светодиодов достиг значения 100 Лм и выше.
Появились белые светодиоды с теплыми и холодными оттенками, схожими с естественным освещением. Постепенно светодиоды составили конкуренцию традиционным источникам света и стали применяться в театральном и сценическом освещении. В настоящее время светодиоды широко используются в различных системах общего освещения.








Как работает светодиод?
Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый p-n-переход
(электронно-дырочный переход). С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа – положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале р-типа приобретают дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.
При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах p- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны инжектируются в материал р-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа. Это называется прямым смещением. Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал р-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света.


Виды светодиодных светильников.
Мы узнали, что существуют различные виды светильников.:
Линейные светодиодные светильники.
Применяются для равномерного освещения протяженных объектов. Они могут устанавливаться и внутри помещений, и снаружи. Как правило, используются в качестве светодиодной подсветки фасадов зданий. Данные светодиодные линейки обеспечивают высокую яркость, так как изготовлены на мощных светодиодах и при этом имеют миниатюрные размеры.
Потолочные светодиодные светильники

Такой вид имеет скрытое крепление - основной корпус встраивается в потолок, а снаружи остается рамка, за стеклом которой в центре расположены светодиоды. Благодаря тому, что они сильно не нагреваются, их можно устанавливать в натяжные потолки, пластик, деревянные конструкции, в стены и мебель.
Настенные светодиодные светильники
Предназначаются для архитектурного и фасадного освещения. Выпускаются и белого цвета свечения, и в полноцветном исполнении. Защита корпуса от пыли и влаги IP67 соответствует высшим стандартам
Главное преимущество заключается в том, что нет необходимости в каком-либо обслуживании приборов на протяжении всего срока эксплуатации, кроме чистки стекла.
Светильники для фонтанов и бассейнов
Профессиональные подводные светильники для фонтанов и бассейнов украсят воду удивительным многообразием оттенков, подсветят высокие струи, создадут индивидуальность и стиль для водоема. Приборы обладают наивысшей степенью влагозащиты - IP68. Не требуют замены ламп в течение всего срока эксплуатации, легко монтируются.
Светодиодные прожекторы
Светодиодные прожекторы с линзами обладают очень высокой яркостью и имеют различные диаграммы направленности света для решения любых задач. За счет минимального потребления энергии и отсутствия постоянно обслуживания они очень быстро окупаются. А надежность и прочность гарантируют долгий срок службы.

Светодиодные контроллеры
Предназначены для реализации свето- и цветодинамики. Они позволяют выбрать любые оттенки. Уникальные характеристики светодиодного освещение позволили ему занять ведущее место среди других типов оборудования. Сейчас светодиоды применяются в архитектурном и уличном освещении, в стильных интерьерах, в производстве различных изделий, в промышленности и торговли.
Промышленные

Промышленные светильники экономят электроэнергию, а также исключают затраты на их тех. обслуживание. Их надежность состоит в широком диапазоне питающего напряжения, рабочих температур, ударопрочности, виброустойчивости. Они гарантируют энергосбережение в 5-6 раз меньше по сравнению со стандартными лампами, поэтому данное освещение значительно, выгодно для промышленных предприятий.
Промышленность России и зарубежных стран выпускают различного рода встраиваемые, накладные светильники, а так же с цоколем. Светильники светодиодные созданы для замены обычных источников света, используемых в наших домах и офисах, школах, детских садах. Они значительно превосходят лампы накаливания в своих эксплуатационных и светотехнических параметрах.
В Приморье тоже изготавливаются светильники. Их выпускает завод ОАО «Дальприбор». Мы изучили различные каталоги и технические характеристики светильников, а так же прайс - лист ОАО «Дальприбор». Для практической части проекта мы выбрали светильники этого предприятия.
Мы выяснили, что для освещения кабинета можно использовать накладные, встраиваемые и светодиодные лампы с цоколем Е-27.
Выпускается большое разнообразие светодиодных ламп с цоколем Е-27.
Именно эти лампы, как мы выяснили в практической части работы, наиболее подходят для эксплуатации в учебных классах.

Светодиодные лампы с цоколем Е27 обладают теплым светом, а также значительно экономят энергию (в 10 раз). Светодиодные лампочки Е27 широко применяются в качестве замены галогенным и лампам накаливания, а использование стандартного цоколя - E27 позволяет быстро и легко осуществить замену традиционных ламп на современные светодиодные.
Существенные преимущества светодиодных ламп.
Полная безопасность для окружающей среды (не требуют утилизации);
- Минимальное выделение тепла (увеличивает область применения ламп);
- Полное отсутствие шумов (в процессе эксплуатации не возникает
неприятных звуков);
- Мягкий свет, высокая цветопередача и отсутствие мерцания;
- Отсутствие ультрафиолетового излучения (не причиняют вреда здоровью)
- Широкий диапазон рабочего напряжение (от 80 до 230 В)
- Экономия электроэнергии (до 75%)
- Прочность (ударостойкость и виброустойчивость)
- Безопасность эксплуатации (сверхнизкое питающее напряжение)
- Долгий срок службы (до 100 000 часов)
При ее подключении не требуется какого-либо дополнительного оборудования. Она вкручивается в патрон как обычная лампочка.
Часто используются навесные и встраиваемые светильники.





Технические характеристики встраиваемого светильника типа Армстронг
Питание от сети переменного тока (220 ± 22) В; (50 ± 2) Гц; 35
Срок службы 100 000 часов (25 лет);
Естественный свет исключает усталость глаз;
Время непрерывной работы не ограничено;
Светоотдача с одного Ватта 120 Лм
Световой поток 3000 Лм для 25 диодов;
Температура свечения 5000-5500 К;
Масса не более 3,7 кг;
Габаритные размеры встраиваемого, 40x595x595 мм.
Фотография накладного светильника

Накладной светодиодный светильник L-SCHOOL-24/2900/30;Л- СКУЛ- 24/2900/30.
Он предназначен для установки в школах, больницах и других общественных учреждениях для установки в наклад или на подвесах. Светильник легко монтируется на любую ровную поверхность.
Его технические характеристики:
Мощность не более 30 Вт при силе тока в 350мА.
Срок службы: 100000 часов.
Естественный свет исключает усталость глаз.
Отсутствие мерцания.
Высокая прочность и виброустойчивость.
Отличный пуск при минусовой температуре.
Питание от сети переменного тока 220 В, частотой50гц.
Световой поток 2900Люмен.
Температура свечения 5000- 5500 К.
Масса не 3,7 кг.
Габаритные размеры 45·200·1200мм
Количество светодиодов 25 шт.
Глав 2. Практическая часть работы.
Технические характеристики, выбранной продукции. Для своих расчётов мы выбрали продукцию ОАО « Дальприбор».
ДПР. Б 7
Потребляемая мощность -7 Вт.
Световой поток - 630 Лм.
Напряжение питания – 85 – 265 В.
Цветовая температура : 2800-3500 /4000-5000 К.
Срок службы: от 50000 часов.
Цоколь: Е-27
Размеры: D 57· H 98 мм.
Вес: 0,065 кг.







Расчет стоимости потребления электроэнергии лампами накаливания в кабинете физики за учебный год.
В классе 6 люстр. В люстре 3 лампочки накаливания по 75 Вт каждая. Всего 18 лампочек. Следовательно, за 1час потребляемая мощность 18 ламп равна:
Р1 =18л.·75Вт= 1350Вт/ч. Что соответствует мощности 1,35 кВт в час. Стоимость одного КВт в час равна:
S1 = 1,35·4,18 = 5,643 рублей в час, Т=4,18 руб. за 1 КВт – тариф на электроснабжение. Где S1 – стоимость потребленной мощности лампочками в час. Средне количество часов работы светильников в сутки за год примем = 4 часам (с учётом работы верхнего освещения при работе с мультимедийным проектором и зимним периодом)
Sсут =4·5,643= 22,573 рубля в сутки. Где Sсут – стоимость электроэнергии в сутки. Примем Sсут = 23 руб.
Учебных дней в году 216, тогда Sг = 23· 216 = 4968 руб. Sг -стоимость электроэнергии, потребляемой лампами накаливания за год. В течении года комплект ламп менялся дважды. На покупку ламп в год расходуется:
36 л. ·45руб.=1620 рублей. (45 руб. стоит 1 лампа накаливания).
Вывод: За учебный год училище истратило на освещение кабинета 4968руб. +1620 руб.=6588 руб.
Расчёт стоимости потребления энергии, после внедрения светодиодных ламп.
Приобретём 18 светодиодных ламп ДПР Б 7, завода изготовителя « Дальприбор» по цене 450 руб. за штуку вместо ламп накаливания.
Рассчитаем стоимость ламп : 18 л.· 450 руб. = 8100 руб. Учтём, что срок службы ламп по техническим характеристикам равен 15 лет и более .
Потребляемая мощность из сети такой лампочки 7 Вт. Следовательно, за 1час потребляемая мощность 18 ламп равна:
Р1 =18л.·7 Вт.= 126 Вт/ч. Что соответствует мощности 0,126 КВт в час.
Стоимость потребляемой мощности лампочками за 1 час равна: S1= 0,126 КВт · 4,18 руб. = 0,5266 руб. в час, S1= 0,53 руб. в час. Т=4,18 руб. за 1 КВт – тариф на электроснабжение. Где S1– стоимость потребляемой мощности лампочками в час.
Средне количество часов работы светильников в сутки за год примем = 4 часам ( с учётом работы верхнего освещения при работе с мультимедийным проектором и зимним периодом). Sсут =4 · 0.53 руб. = 2,12 руб.. Где Sсут – стоимость электроэнергии в сутки.
Учебных дней в году 216, тогда Sг= 2,12 руб.· 216 = 457, 49 руб.
Вывод: Sг - стоимость электроэнергии, потребляемой светодиодными лампами в кабинете равна : 457, 49 руб. за 216 дней.
В течении года с учётом покупки ламп училище израсходовало: 457,49 руб. +8100 руб. =8557,49 руб.

Расчёт экономического эффекта при модернизации освещения с применением светодиодных лап с цоколем Е-27.
До модернизации освещения училище за 216 учебных дней расходует 6588 руб.
После модернизации затраты составят 457, 49 руб. за 216 дней.
Рассчитаем разницу в затратах: 6588 руб. – 457,49 руб. =6130,51 руб.
Вывод: Разница в затратах равна 6131руб.
Затраты на покупку светодиодных ламп составляет 8100 руб.
Определяем окупаемость внедрения энергосберегающих технологий с применением светодиодных ламп:
8100 руб. / 6131руб. = 1,3 учебных года( учебных дней в году 216).
Учебных дней в году 216 -----1 уч. Г.
проект окупится за Х дней ---1,3 уч. г., тогда Х= 216· 1,3 / 1 = 280,8 =281 день
 Вывод: окупаемость данного проекта осуществится за 281 день.

Расчёт стоимости электроэнергии при модернизации освещения с применением накладного светильника марки ДПР офис Н 36, выпускаемый предприятием ОАО «Дальприбор».

В кабинете необходимо заменить 6 люстр, на 6 накладных светильников по цене 3430 руб. за один светильник.
На покупку 6 светильников необходимо затратить: 6 ·3430 руб. = 20580 руб.
Мощность одного светильника равна 36 Вт, тогда потребляемая мощность 6 светильников будет равна : 6·36 Вт = 216 Вт = 0, 216 КВт.
Рассчитаем стоимость электроэнергии за сутки, учитывая, то,что в среднем в сутки, кабинет освещается 4 часа.
S1= 0,216·4,18 = 0,902 руб. за 1 КВт в час. S1= 0,9 руб. в час. Т=4,18 руб. за 1 КВт – тариф на электроснабжение. Где S1– стоимость потребляемой мощности лампочками в час.
Sсут =4 · 0.9 руб. = 3,6 руб.. Где Sсут – стоимость электроэнергии в сутки. Учебных дней в году 216, тогда Sг= 3,6 руб.· 216 = 777,6 руб.
Вывод: Sг - стоимость электроэнергии, потребляемой светодиодными лампами в кабинете равна : 777,6 руб. за 216 дней.
В течении года с учётом покупки светильников училище израсходует: 777,6 руб. + 20580 руб. =21 357,6 руб.

Расчёт экономического эффекта при модернизации освещения с применением накладного светильника марки ДПР офис Н 36.
До модернизации освещения училище за 216 учебных дней расходует 6588 руб.
После модернизации затраты составят 777,6 руб. за 216 дней.
Рассчитаем разницу в затратах: 6588 руб. –777,6 руб. =5810 руб.
Вывод: Разница в затратах равна 5810 руб.
Затраты на покупку светильников составляет 20580руб.
Определяем окупаемость внедрения энергосберегающих технологий:
20580 руб. / 5810 руб. = 3,5 учебных года ( учебных дней в году 216).
Вывод: окупаемость составит 3,5 учебных года.
Учебных дней в году 216 ----- 1 уч. г.
проект окупится за Х дней --- 3,5 уч. г., тогда Х= 216· 3,5 / 1 =756 дней.
Вывод: окупаемость данного проекта осуществится за 756 дней.
Сравнение окупаемости двух видов светодиодной техники.
Окупаемость внедрения энергосберегающих технологий с применением светодиодных ламп с цоколем Е27 составляет 281 день.
Окупаемость внедрения накладных светильников составит: 756 дней.
Вывод : В данный момент времени в училище можно внедрить проект модернизации освещения в кабинете физики с применением светодиодных ламп ДПР Б 7, как менее затратный.


















Вывод.
Данный проект показывает, что использование современного оборудования это не большие затраты, а экономия. Внедрение энергосберегающих ламп необходимо в нашем училище и целесообразно. Лампы не требуют больших затрат, просты в эксплуатации и монтаже.







































Используемая литература
1. Прайс- лист ОАО « Дальприбор». г. Владивосток.
2. Каталог, Мощное светодиодное энергосберегающее освещение, 2010 г. ООО «Светодиодные технологии», г. Екатеринбург.
3. Материалы Интернет:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ««Анатомия светодиодов»;
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] « Принцип действия светодиода» ;
Электрическая лампочка : [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] 6-1-0-12.




















13 PAGE \* MERGEFORMAT 14115




Рисунок 1Рисунок 7Рисунок 1115