ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В БЫТУ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Печатнов Алексей Вадимович

Студент  5 курса, кафедра БЖД АлтГУ, г.Барнаул

Е-mail: m37a0777@yandex.ru

Яценко Михаил Владимирович

научный руководитель, канд. био. наук, доцент АлтГУ, г.Барнаул

Проблемой энергосбережения в настоящее время занимаются во многих странах, в том числе и в нашей, поэтому эта проблема актуальна. Правительства разных стран принимают новые законы и проекты по энергосбережению. Одна из важнейших стратегических задач нашей страны, поставленная президентом (Указ № 889 от 4 июня 2008 года «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики») – сократить энергоемкости отечественной экономики на 40% к 2020 году. Однако для ее реализации необходимо создание совершенной системы управления энергоэффективностью и энергосбережением.

Первые шаги по выполнению этой задачи уже выполняются, и имеется план на будущее. Например с 23 ноября 2009 года президент России подписал принятый ранее Госдумой закон "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" (ФЗ №261).Согласно этому документу:

– с 1 января 2011 годак обороту на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более, а также не допускается размещение заказов на поставки электрических ламп накаливания для государственных или муниципальных нужд;

– с 1 января 2013 года–электроламп мощностью 75 Вт и более;

– с 1 января 2014 года–ламп мощностью 25 Вт и более.

Исходя из выше сказанного, возникает вопрос – а какие источники света использовать в быту? Использовать много маломощных ламп накаливания или заменить их другими, но тогда какими именно? В доступной нам литературе отсутствует информация о том, насколько энергосберегающие лампы эффективнее и безопаснее (физически и физиологически) ламп накаливания. Несмотря на пестрые рекламные этикетки на энергосберегающих лампах, в которых говорится, что она, превосходящая по цене почти в десять раз лампу накаливания, будет потреблять в пять раз меньше энергии и служить в восемь раз дольше, потребители с недоверием покупают их.

Поэтому актуально провести исследование, сравнив разные источники искусственного освещения.

В настоящее время существует огромное многообразие источников искусственного освещения, различающимся по форме, размерам и техническим характеристикам. Однако, несмотря на все многообразие, все источники искусственного света можно разделить на три класса:

Лампы накаливания– к ним относятся все лампы, работающие по принципу температурного излучения.

Газоразрядные– к этому классу относят все виды ламп, работающие на принципе свечения «газа».

Светодиодные– это лампы на основе специально выращенного кристалла (состоящий, в основном, из полупроводника), который преобразует электрический ток, непосредственно, в световое излучение.

Лампы накаливанияявляются лампами общего и специального назначения, декоративные лампы и лампы с отражателем. Световая отдача ламп накаливания в диапазоне от 25 до 1000 Вт составляет примерно от 9 до 19 лм/Вт для ламп со средним сроком службы 1000 ч. Выпускаются лампы, адаптированные к колебаниям напряжения в сети, рассчитанные на повышенное напряжение (230-240 В) (при повышении напряжения в сети на 10% срок службы обычных ламп сокращается в 3 раза), что позволяет дольше сохранять их технические характеристики.

Основные особенности ламп накаливания:

– изготовление в широком ассортименте, рассчитанном на самые разные мощности и напряжения, и различных типов, приспособленных к определенным условиям применения;

– непосредственное включение в сеть без дополнительных аппаратов;

– работоспособность (хотя и с резко изменяющимися характеристиками) даже при значительных отклонениях напряжения сети от номинального;

– незначительное (около 15%) снижение светового потока к концу срока службы;

– почти полная независимость от условий окружающей среды (вплоть до возможности работать погруженной в воду), в том числе от температуры;

– компактность;

– низкая стоимость лампы и необходимого для нее оборудования.

Недостатки:

– низкий световой КПД (только 5 – 7% энергии преобразуется в свет);

– высокая рабочая температура;

– недолговечность, ограниченный срок службы;

– значительное отличие спектра излучения раскаленной нити лампы от спектра дневного света;

– преобладание в спектре излучений желто-красной части спектра,

– заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания, большая зависимость характеристик  лампы от подводимого напряжения ( с повышением напряжения возрастает температура нити накала, и, как следствие, свет становиться белее, быстро возрастает световой поток и несколько медленнее световая отдача, резко уменьшается срок службы) [2].

Более значимый из перечисленных недостатков, это недостаток в сфере безопасности т. к. 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 [1].

Светодиодные источники света, на момент написания статьи, для освещения бытовых помещений не применяются (в основном встречаются в муниципальных помещениях). Данные лампы устанавливаются по специальным заказам, а для обычных потребителей доступны маломощные варианты, не пригодные для освещения помещения.

Газоразрядные источники светапредставляют собой стеклянную, керамическую или металлическую (с прозрачным выходным окном) оболочку, содержащую газ, некоторое количество металла или др. вещества с достаточно высокой упругостью пара. В оболочку герметично вмонтированы электроды, между которыми происходит разряд. Существуют газоразрядные источники света с электродами, работающими в открытой атмосфере или протоке газа.

Различают:

– газосветные лампы –излучение создаётся возбуждёнными атомами, молекулами, рекомбинирующими ионами и электронами;

– люминесцентные лампы –источником излучения являются люминофоры, возбуждаемые излучением газового разряда;

– электродосветные лампы –излучение создается электродами, разогретыми
разрядом [1].

Более подробно мы рассмотрим лишь люминесцентные лампы, в частности компактные люминесцентные лампы, из-за их большего распространения и адаптации к использованию в бытовых условиях.

Современные компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) бытового назначения выпускается в трех исполнениях, отличающихся световой температурой 2700К, 4200К, 6400К. Цветовая температура определяет цветность излучаемого света – теплый белый, холодный белый и дневной белый свет. Зрительный комфорт обеспечивается высокочастотным режимом работы ЭПРА (более 40 кГц).

Подавляющее большинство КЛЛ оснащены электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА) (о нем говорилось выше), которые используются вместо стартеров, электромагнитных дросселей и конденсаторов. ЭПРА значительно энергоэкономичней, чем традиционные электромагнитные ПРА, так как потери мощности в балласте не происходит, а также благодаря ЭПРА не имеют и акустических (шум) эффектов, что делает их относительно безвредными для человека и позволяет применять их в любых помещениях.

Глаз человека не воспринимает пульсации яркости, что обычно имеет место для трубчатых ламп дневного света, работающих на частоте 50 Гц. Благодаря функции «плавного старта» (КЛЛ зажигается в течении 2 – 3 секунд, обеспечивая постепенный прогрев спирали электродов) частые включения и выключения не сказываются на ее сроке службы (в отличии от трубчатых). Это позволяет лампе выдерживать более 500000 включений. Номинальный средний срок службы КЛЛ составляет 10000 часов. Содержание ртути в КЛЛ – не более 3 мг на одну лампу. Кроме того, ртуть в лампах содержится не в чистом виде, а в виде амольгаммы (ртуть, растворенная в металлах), что заметно снижает ее токсичность. В отличии от КЛЛ в ЛЛ содержание ртути выше, например в лампе ЛБ-80 (лампа люминесцентная белая, мощностью 80 Вт; световой поток – 5200 лм; цветовая температура – 3500 К; средняя продолжительность горения – 12 000 часов; длина лампы – 1513,6 мм; диаметр лампы – 40 мм) согласно нормативно-технической документации содержится от 20 до 70 мг ртути [5].

Пожаро- и взрывобезопасность, а также защита от поражения потребителя электрическим током возросли на порядок, кроме того, качественные КЛЛ от ведущих производителей, как правило, имеют защиту от перегрузок по току, защиту при повреждении излучающего блока, травмобезопасные неизвлекаемые цоколи и ряд других усовершенствований, направленных на обеспечение безопасности эксплуатации ламп.

Уменьшение габаритов КЛЛ позволило применять их как в отдельной осветительной установке, так и для прямой замены ЛН в светильниках со стандартными патронами, рассчитанными на использование резьбового «эдисоновского» цоколя.

Среди недостатков – относительная громоздкость, необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве, чувствительность к температуре окружающего воздуха.

Для более тщательного сравнения, относительно проблемы замены ламп накаливания на энергосберегающие, а в частности компактные люминесцентные лампы, было проведено исследование.

Для проведения исследования использовались КЛЛ мощностью 15 Вт (эквивалентно 75 Вт лампы накаливания) различных фирм, теплового спектра и лампы накаливания мощностью 75 Вт. Проводилось исследование отношения падающего светового потока к величине поверхности (Лк) в зависимости от конструкционных и технических особенностей, а также его изменения в процессе эксплуатации КЛЛ.  Это позволяет определить насколько данный источник искусственного освещения эффективен.

В ходе эксперимента было выявлено:

1.Световой поток лампы накаливания соответствует световому потоку КЛЛ холодного белого света спиралевидной формы. У КЛЛ теплого белого света световой поток ниже лампы накаливания, а у дневного белого выше.

2.КЛЛ не зависимо от конструкции имеют период разгорания. У спиралевидных ламп оптимальная светоотдача достигается в течении 40-60 с., а у U– образные включаются с задержкой по времени и оптимальная светоотдача достигается в течении 60 – 90 c.

3.Рабочая температура КЛЛ намного ниже – около ~60⁰ С, чем у лампы накаливания (~250⁰ С), т.е пожаробезопасна.

4.По тепловому световому спектру КЛЛ наиболее приближены к естественному солнечному (в зависимости от модели до 6400 К).

5.В процессе эксплуатации через 800 часов световой поток у КЛЛ снижается ~ на 15 %.

6.Поскольку напряжение в бытовой осветительной сети отличается от номинального рабочего напряжения КЛЛ, то при измерении потребляемой мощности при реальном напряжении (230 В), было выявлено, что лампа накаливания с номиналом 75 Вт – потребляет 63,3 Вт, а КЛЛ с номиналом 15 Вт – потребляет 12,1 Вт.

7.В пересчете на реальную потребляемую мощность и при стоимости 1кВт/ч – 3 руб. КЛЛ (при стоимости 100 руб.) окупаются через 600 ч.

Полученные исследования показывают высокий экономический эффект от использования КЛЛ. Однако в корпусе КЛЛ содержится ртуть. В обычных условиях ртуть – тяжелый жидкий металл, весьма агрессивный по отношению к различным конструкционным материалам, что вызывает коррозию и разрушение производственных, транспортных и бытовых объектов и изделий. Атомы ртути способны прочно связываться с атомами углерода, что приводит к образованию ртутьорганических соединений (например, метилртути), чрезвычайно опасных для живых организмов. По своему воздействию на организм человека ртуть принадлежит к числу тиоловых ядов, нарушающих белковый обмен и ферментативную деятельность. Она токсична (ядовита) для человека практически в любом своем состоянии и отличается широким спектром и разнообразием проявлений вредного действия. Наряду с отравлениями ртуть и ее соединения влияют на половые железы, воздействуют на зародыши, вызывают пороки развития и уродства, приводят к генетическим изменениям у людей. Особенно сильно ртуть поражает нервную и выделительную системы. Воздействие ртутьорганических соединений приводит к тяжелым поражениям центральной нервной системы (нервные клетки могут полностью разрушаться), мышечным расстройствам, нарушению зрения и слуха, расстройству речи, к боли в конечностях. Эти явления практически необратимы и требуют длительного лечения, хотя бы для их снижения. Для непроизводственных условий наиболее типичны именно хронические отравления людей [3].

По гигиеническим нормативам Минздрава России предельно допустимая концентрация (ПДК) ртути в атмосферном воздухе населенных мест составляет 0,0003 мг/м³ [4], и этот элемент относится к Iклассу опасности. В паспорте КЛЛ указано, что содержание Hgоколо 3 мг на 1 лампу [6]. Таким образом при разбитии КЛЛ в жилом помещении происходит многократное превышение норм ПДК. В большинстве регионов централизованная утилизация КЛЛ отсутствует, что ведет к тому, что указанный опасный элемент попадает в окружающую среду: атмосферу, почву, водные объекты, что ведет к ухудшению здоровья населения, нарушению экосистем и может привести к экологическим бедствиям.

Список литературы

1. XXI век: энергосбережение и энергоэффективность // Искусственные источники света [электронный ресурс] – Режим доступа. - URL: http://nano-ural.narod.ru/svet.html (дата обращения: 26.08.2012).

2. АбдуллаевC.Ф, НазаровБ.И., МасловВ.А., АбдуллаеваМ.С.Исследования характеристик энергосберегающих ламп // Физика атмосферы№ 3,2010.-с. 54–62.

3. Бабков-ЭстеркинВ.И.,  КузнецовА.В.Проблемы ртутного заражения твердых бытовых отходов // Материалы семинара №8 симпозиума «Неделя горняка-2008». Москва, 2009.-с185-187.

4. ГН 2.1.6.1338-03 Гигиенические нормативы Минздрав России Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

5. Зайцев А. В. Энергосберегающие технологии современной техники бытового и жилищно-коммунального назначения // Технико-технологические проблемы сервиса№ 3,2010. - с46–51.

6. Паспорт компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) со встроенным электронным пускорегулирующим  аппаратом TMUNIVersal.