Проблемы и перспективы использования компактных люминесцентных ламп

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  МОУ СОШ № 22 г.о.ОРЕХОВО-ЗУЕВО
  ГОРОДСКАЯ ДЕКАДА НАУК
  
  Исследовательская работа проблемно-творческого характера
  ученика 10"А" класса МОУ СОШ №22 Назарова Георгия
  
  Проблемы и перспективы использования компактных люминесцентных ламп
  
  Научный руководитель Горев А.В., учитель физики и информатики МОУ СОШ №22 г.о.Орехово-Зуево
  
  Орехово-Зуево
  2014
  
  

• 

  2 слайд

  Если на клетке слона прочтешь надпись: буйвол, - не верь глазам своим.
  

• 

  3 слайд

  Планета Земля использует два главных источника света – солнечные лучи и искусственный свет, который помог человеку раздвинуть границы светового дня до нужных ему пределов.
    Если естественный свет, являясь природным даром, ничего не стоит человечеству, то на искусственное освещение затрачиваются огромные финансовые, материальные и трудовые ресурсы. Для получения света необходим электрический ток, выработка которого в основном приходится на гидро – и теплоэлектрические станции. Статистика свидетельствует - до 20% мощности мирового производства электроэнергии расходуется светотехническими приборами.
  В нашей стране, как и во многих других, решено повсеместно переходить на экономичные источники света, такие, как компактные люминесцентные лампы или КЛЛ (Распоряжение Правительства РФ от 28 октября 2013 г. № 1973-р «Ограничение оборота ламп накаливания и стимулирование спроса на экономичные источники света). КЛЛ имеют некоторые преимущества и недостатки по сравнению с обычными лампами накаливания (ЛН). Данная работа посвящена анализу проблем и перспектив использования КЛЛ.
  
  

• 

  4 слайд

  Принцип действия ламп накаливания
  В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.
  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. 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 лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет.
  

• 

  5 слайд

  На диаграмме наглядно можно увидеть, что с уменьшением температуры максимум излучения сдвигается в красную часть спектра (в длинноволновую область). Именно эту особенность описывает закон Вина.
  Для исследованных ламп «ИСКРА» и «PHILIPS» λ≈1030 нм
  

• 

  6 слайд

  Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии тела достигает своего максимума, от температуры тела. Вильгельм Вин впервые вывел этот закон в 1893 году.
  
  Определим эту температуру для двух изучаемых ЛН «ИСКРА» и «PНILIPS» 60 Вт. Измерим омметром сопротивление нитей накала ламп в холодном состоянии и рассчитаем по закону Ома сопротивление ламп в разогретом состоянии по полученным экспериментальным результатам.
  

• 

  7 слайд

  Вольтамперные характеристики ЛН «ИСКРА» (красная линия) и «PHILIPS» (синяя линия)
  60 Вт в режиме плавного включения
  При номинальном напряжении, мощности ЛН «ИСКРА» и «PILIPS» соответственно равны 58,3 Вт и 57,2 Вт, что укладывается в допустимый диапазон погрешностей при измерениях электрических величин
  

• 

  8 слайд

  Зависимости мощностей ЛН «ИСКРА» (синяя линия) и «PНILIPS» (зелёная линия) 60 Вт имеют нелинейный характер (см. формулу) и практически совпадают.
  

• 

  9 слайд

  Произведенные вычисления дали такие результаты.
  Для ЛН «ИСКРА» 60 Вт:
  сопротивление в холодном состоянии 64 Ом,
  в рабочем состоянии 830 Ом,
  температура вольфрамовой нити накала 26030С или 2876 К (эту температуру называют цветовой),
  длина волны, на которой поток излучения энергии достигает своего максимума равна 1007 нм, что соответствует длине волны инфракрасного света.
  
  
  для ЛН «PНILIPS» 60 Вт:
  сопротивление в холодном состоянии 69 Ом,
  в рабочем состоянии 846 Ом,
  температура вольфрамовой нити накала 24490С или 2722 К (эту температуру называют цветовой)
  длина волны, на которой поток излучения энергии достигает своего максимума равна 1065 нм, что соответствует длине волны инфракрасного света.
  
  

• 

  10 слайд

  Сравнение интенсивностей спектральных составляющих обычного дневного света (справа) и спектра лампы накаливания (слева). При сохранении относительной интенсивности желтого цвета, значительна снижена интенсивность фиолетового и увеличена интенсивность красного и, очевидно, инфракрасного цветов.
  Но, самый главный вывод:
  СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ НЕПРЕРЫВЕН!
  

• 

  11 слайд

  Принцип действия ламп накаливания компактных люминесцентных ламп
  Любая люминесцентная лампа состоит из трех элементов:
  Собственно стеклянной люминесцентной лампы, наполненной инертным газом и парами ртути. Внутренние стенки лампы покрыты люминофором - преобразующим ультрафиолетовое излучение лампы в видимый свет (поэтому лампы и называют люминесцентными).Под воздействием высокого напряжения в лампе образуется ультрафиолетовое излучение, которое, проходя через люминофор, преобразуется в видимое свечение.
  Цоколя для подключения к электрической сети через патрон светильника.
  Электронного блока (электронного пускорегулирующего аппарата - ЭПРА) обеспечивающего зажигание и дальнейшее горение лампы.
  

• 

  12 слайд

  Распределение излучаемой лампами энергии по видимому спектру - очень важный показатель качества света. В сплошном спектре ламп накаливания нет пиков. У люминесцентных ламп наоборот - спектр свечения линейчатый, с резко выраженными отдельными цветными линиями.
  Чтобы в свете от лампы не искажался цвет предметов, необходимо очень тщательно выдерживать рецептуру люминофора, который и отвечает за видимый спектр излучаемого лампой света.
  В светотехнике есть важный показатель - индекс цветопередачи Ra (или CRI), он характеризует уровень соответствия образца естественного цвета, видимому в свете лампы. Чем ближе значение индекса к 100, тем правильнее мы воспринимаем цвета. Качественные лампы имеют индекс цветопередачи более 80.
  
  Видимый линейчатый спектр излучения ртутной лампы. Наиболее интенсивные линии — 185; 254; 436 нм. Интенсивность остальных линий зависит от режима разряда.
  

• 

  13 слайд

  Цветовая температура
  Цветовая температура характеризует цветность ламп и цветовую тональность - теплую, нейтральную или холодную. Она примерно равна температуре нагретого «чёрного тела» одинакового по цветовой температуре с соответствующей лампой.
   2700 К - мягкий белый цвет, который по факту является слегка желтоватым, так как близок к температуре свечи 2000 К (поэтому его часто называют обтекаемо «теплым»). Примерно соответствует цветности обычной лампы накаливания.
   4200 К - нейтральный свет. Часто его называют «дневным», но фотографы знают, что реально «дневной свет» принят как солнечный с усредненной температурой 5500 К. Реально 4200 К близок к естественному свету луны - 4125К.
   6400 К - холодный белый. Лампы с такой высокой цветовой температурой пригодны для освещения технических и второстепенных помещений.
  В последнее время много сообщений об опасности холодных ламп применяемых дома.
  Продаются лампы и с другими цветовыми температурами 2500 К, 3300 К, 5100 К. Оптимальная температура для каждого своя. У исследованных КЛЛ «СТАРТ» 15 Вт, «IKEA» 11 Вт и «GAUSS» 15 Вт показатели соответствуют заявленным.
  «СТАРТ» 15 Вт
  «GAUSS» 15 Вт
  

• 

  14 слайд

  Назаров Г. производит калибровку осциллографа с помощью образцового генератора. Частота 150 Гц.
  Одним из недостатков КЛЛ критики считают мерцание. Обнаружение мерцания ламп является непростой задачей из-за инерционности электроизмерительных приборов (цифровых и стрелочных). В наших экспериментах были использованы практически безынерционные кремниевый фотоэлемент и осциллограф. Схема состояла из кремниевого фотоэлемента и подключенного к нему осциллографа в качестве регистратора фототока.
  
  

• 

  15 слайд

  Частота генератора 500 Гц, частота мерцаний в два раза больше, т.е. 1000 Гц
  РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛЯ КЛЛ «GAUSS» 15 Вт
  

• 

  16 слайд

  Частота генератора 500 Гц, частота мерцаний в два раза больше, т.е. 1000 Гц
  РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛЯ КЛЛ «IKEA» 11 Вт
  

• 

  17 слайд

  Частота генератора 150 Гц, частота мерцаний в 1.25 раза меньше, т.е. 120 Гц
  РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛЯ КЛЛ «СТАРТ» 15 Вт
  

• 

  18 слайд

  Мерцание приводит к повышенной утомляемости
  Кроме повышенной утомляемости мерцание приводит к эффекту стробоскопа, когда движущийся (вращающийся) предмет начинает выглядеть не так, как в действительности. Проблема усугубляется тем, что дефект свойственен восприятию и неподвижных объектов, поскольку сам глаз находится в постоянном движении
  Система «глаз-мозг» работает по очень сложным алгоритмам и далеко не все особенности ее функционирования детально изучены, уместно будет вспомнить о «странной» особенности четче замечать изменение, движение объектов периферийной частью зрения. Поэтому изменение яркости сказывается самым причудливым способом – мозг может и не сообщать о мерцании источника света, но его обработка изображения идет иначе и сложнее, что приводит к повышенной утомляемости.
  Мерцание люминесцентных ламп зависит от пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). В качественных энергосберегающих лампах используется высокочастотная ПРА, что исключает видимое мерцание и соответственно бережет зрение.
  
  Вывод: КЛЛ МЕРЦАЮТ, ПРИЧЕМ С РАЗНОЙ ЧАСТОТОЙ.
  

• 

  19 слайд

  КЛЛ имеют различное время включения, т.е. перехода в рабочее состояние.
  В ходе эксперимента проводилось определение зависимости освещенность кремниевого фотоэлемента от времени для КЛЛ «Старт» 15 Вт, «GAUSS» 15 Вт и «IKEA» 11Вт. Результаты измерений представлены на диаграмме.
  

• 

  20 слайд

  Начало
  свечения
  Вольтамперная характеристика КЛЛ «Старт» 15 Вт
  в режиме включения (красная линия) и выключения (синяя линия)
  Окончание
  свечения
  Начало
  свечения
  

• 

  21 слайд

  Вольтамперная характеристика КЛЛ «IKEA» 11Вт
  в режиме включения (красная линия) и выключения (синяя линия)
  Окончание
  свечения
  Начало
  свечения
  

• 

  22 слайд

  Вольтамперная характеристика КЛЛ «GAUSS» 15 Вт
  в режиме включения (красная линия) и выключения (синяя линия)
  Окончание
  свечения
  Начало
  свечения
  

• 

  23 слайд

  Определение коэффициента мощности.
  Коэффициент мощности это отношение активной мощности к полной. Экспериментально определить коэффициент мощности можно зная ток в нагрузке I, напряжение источника питания U и активную мощность P потребляемую нагрузкой. Ток можно измерить амперметром, а активную мощность ваттметром, которые подключаются как показано на рисунке:
  
  Коэффициент мощности вычисляется по формуле:
  
  

• 

  24 слайд

  В Т Р Е Б О В А Н ИЯ Х к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения (УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Правительства Российской Федерации от 20 июля 2011 г. № 602) установлены следующие минимально допустимые значения коэффициента мощности:
  в) в отношении компактных люминесцентных ламп мощностью от 5 до 25 Вт - не менее 0,5;
  г) в отношении компактных люминесцентных ламп мощностью более 25 Вт - не менее 0,85.
  
  В наших экспериментах использовались КЛЛ «IKEA» 11Вт, «Старт» 15 Вт и «GAUSS» 15 Вт. Их коэффициент мощности примерно 0,6. Указанные значения мощностей - это активные мощности, исходя из этих значений производится оплата электроэнергии. При использовании в жилом помещении КЛЛ общей активной мощностью 200 Вт, в месяц потребленная электроэнергия (при трех часах работы в день) составит 200 Вт*3 часа*30дн = 18 кВт*час, при стоимости 4,01 руб/(18 кВт*час) заплатить придется 72,18 руб.
  

• 

  25 слайд

  Реактивная мощность непроизводительно загружает генераторы, трансформаторы, вызывает излишние потери в проводах, создает значительный ток в нулевом проводе. Необходимость перехода к энергосберегающим технологиям требует такого же внимания к измерению реактивной мощности и учету реактивной энергии, как и к измерению активной мощности и учету активной энергии.
  
  Рассчитаем активные реактивные мощности КЛЛ «GAUSS» 15 Вт.
  Полная мощность, вычисленная по результатам эксперимента 11 Вт, что меньше заявленной.
  Вывод: РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ КЛЛ ПРЕВОСХОДИТ ИЛИ ПРИМЕРНО РАВНА АКТИВНОЙ, ЧТО НЕ МОЖЕТ НЕ СКАЗАТЬСЯ НА ПОТЕРЯХ В ЭЛЕКТРОСЕТЯХ.
  

• 

  26 слайд

  Точные измерения светового потока, освещенности и яркости требуют наличия профессионального оборудования. Но и с помощью обычного фотоэкспонометра можно провести сравнительный анализ освещенностей, создаваемых различными источниками света. В наших экспериментах использовались ЛН «ИСКРА» и «PHILIPS» 60 Вт, КЛЛ «IKEA» 11Вт и «Старт» 15 Вт.
  Фотоэкспонометр Ленинград-4. Светочувствительный датчик — селеновый фотоэлемент, максимум его чувствительности приходится на 550 нм (зеленый свет). Шкала электроизмерительного прибора логарифмическая. Два диапазона измерений. Первый предел измерений — яркость от 6,5 до 800 кд/м2, освещенность — от 120 до 16000 лк. Второй предел измерений — яркость от 800 до 5000 кд/м2, освещенность — от 15000 до 1000000 лк.
  

• 

  27 слайд

  Сравнительный анализ освещенностей, создаваемых ЛН «ИСКРА» и «PHILIPS» 60 Вт и КЛЛ «Старт» 15 Вт показал их практическое равенство. КЛЛ «IKEA» 11 Вт создает меньшую освещенность из-за меньшей номинальной (11 Вт) и эквивалентной (55 Вт) мощности. ВЫВОД: Результаты измерений показывают хорошее согласование с заявленными производителем характеристиками.
  

• 

  28 слайд

  ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ (ПДК) ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ – это максимальная концентрация вредного вещества, которая за определенное время воздействия не влияет на здоровье человека и его потомство. Предельной концентрацией для рабочей зоны считают такую концентрацию вредного вещества, которая при ежедневной работе в течение всего рабочего периода не может вызвать заболевания в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. ПДК паров ртути в жилых помещениях (среднесуточная) — 0,0003 мг/м³
  
  В постановлении № 602 установлено, что «…максимальное содержание ртути не должно превышать…в отношении ламп общего освещения мощностью менее 30 Вт…2,5 мг - для продукции, выпускаемой в обращение после 31 декабря 2012 г.
  
  При разрушении одной маломощной лампы в небольшой комнате объемом 60 м3, концентрация паров составит 2.5 мг/60 м3=0.0417мг/м3, что в 139 раз больше ПДК.
  Вывод: При механическом разрушении КЛЛ без демеркуризации не обойтись.
  

• 

  29 слайд

  Почему мигает энергосберегающая лампа? Дело в том, что когда выключатель находится в отключенном состоянии, ток, проходя через цепь сигнальной неоновой лампочки или светодиода в корпусе выключателя, заряжает конденсатор, который находится внутри лампы. Напряжение постепенно достигает величины пробоя в разряженной ртутной атмосфере, лампа вспыхивает, после чего конденсатор ЭПРА заряжается и процесс повторяется снова, по мере накопления заряда.
  
  Условного изображения КЛЛ в ГОСТ нет. Мы обозначили КЛЛ как неоновую лампу по сходству видов газовых разрядов – тлеющие разряды.
  

• 

  30 слайд

  Еще одной причиной, почему мигают выключенные КЛЛ, может быть неправильное подключение, когда через выключатель идет ноль, а не фаза. В этом случае можно произвести переподключение выключателя самостоятельно или вызвать специалиста, и то и другое не всегда реально.
  
  
  
  
  ВЫВОД: приобретая выключатель с индикатором,
  лучше всего подбирать лампы с плавным включением (в наших опытах проверенны «Старт» 15 Вт, «IKEA» 11Вт» и «GAUSS» 15 Вт»)
  Перереподключение - 0 провод и фаза «IKEA» 11Вт» и «GAUSS» 15 Вт») – не моргают, дешевая ( 60 рублей-«Старт» 15 Вт ) моргает при любом включении,
  параллельно лампе поставить резистор, либо другой конденсатор (номиналы неизвестны, ни один специалист за это не возьмется).
  
  
  
  
  
  
  
  

• 

  31 слайд

  II. Порядок сбора и накопления отработанных ртутьсодержащих ламп
  6. Не допускается самостоятельное обезвреживание, использование, транспортирование и размещение отработанных ртутьсодержащих ламп потребителями отработанных ртутьсодержащих ламп, а также их накопление в местах, являющихся общим имуществом собственников помещений многоквартирного дома.
  8. Органы местного самоуправления организуют сбор отработанных ртутьсодержащих ламп и информирование юридических лиц, индивидуальных предпринимателей и физических лиц о порядке осуществления такого сбора.
  
  ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
  ПОСТАНОВЛЕНИЕ
  от 3 сентября 2010 г. N 681
  
  ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ПРАВИЛ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ В ЧАСТИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛАМП, НЕНАДЛЕЖАЩИЕ СБОР, НАКОПЛЕНИЕ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И РАЗМЕЩЕНИЕ КОТОРЫХ МОЖЕТ ПОВЛЕЧЬ ПРИЧИНЕНИЕ ВРЕДА ЖИЗНИ, ЗДОРОВЬЮ ГРАЖДАН, ВРЕДА ЖИВОТНЫМ, РАСТЕНИЯМ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
  
   
  
  Мы попытались найти в интернете организации, утилизирующие КЛЛ, в нашем городе. Получили ответ: «По вашему запросу "Утилизация ламп в Орехово-Зуево" ничего не найдено». ВЫВОД каждый может сделать сам.
  

• 

  32 слайд

  ВЫВОД: Решение о переходе на энергосберегающие лампы каждый должен принимать осознано, зная о положительных и отрицательных качества различных ламп.
  Аргументы
  «ЗА КЛЛ»:
  Аргументы
  «ПРОТИВ КЛЛ»:
  в КЛЛ присутствует высокотоксичная ртуть,
  КЛЛ мерцают, а некоторые, мигают,
  КЛЛ не сразу набирают яркость,
  КЛЛ дорого стоят,
  КЛЛ малой мощности имеют низкий коэффициент мощности.
  
  КЛЛ имеют продолжительный срок службы (это проверено),
  Потребляют меньшую мощность, чем ЛН,
  Как результат – пониженная стоимость потребленной электроэнергии.