Проектная работа «Светодиоды для КСТ»

государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования Калининградской области «Колледж сервиса и туризма» Проектная работа «Светодиоды для  КСТ» Выполнила работу студентка  группы КМ5­13  Паберез Т.Д.                                                Научный руководитель:  Литвиненко И.В. г. Калининград                                                 2015г.                                                        Содержание: 1) 2) Введение…………………………….………………………...3 Основная часть……………………………………………....5 2.1 Определение светодиода…………………………………...…...…5 2.2 Устройство светодиода……………………………………………5 2.3 Источники света: сравнительный анализ………………………...6 2.4 Практическая часть – измерение кабинета физики………..…......10 2.5 Практическая часть – создание модели освещения кабинета…..11 3) Заключение……………………………..…………………......13 Список используемой литературы……………………..….14 Приложение 1  «Модель классной комнаты с применением   4) 5)             светодиодного освещения» ………………………….……….15 2 1. Введение 1.1 Актуальность Сейчас в России потребность в электрической энергии возрастает с каждым годом. Цены на электроэнергию растут, и приближаться к мировым (25­30 центов за кВт/ч). В таких   условиях   мы   вынуждены   обращаться   к   вопросу   экономии   электроэнергии.   С инициативы   президента   идет   усиленное   внедрение   светодиодного   освещения   в   нашей стране. Программа   президента   носит   название   «Энергоэффективность   как   часть модернизации   российской   экономики».   Инициативы   правительства   направлены   на энергосбережение   и   уменьшение энергоемкости   российской   экономики   на   40%   к   2020 году. 1.2 Гипотеза Освещение светодиодными светильниками   – самое экономичное и безопасное для здоровья. 1.3 Цели 1. Ознакомиться   с   понятием   «светодиод»   и   устройством   светодиодных светильников. 2. Провести   сравнительный   анализ   различных   светильников   (ламп накаливания, люминесцентных ламп, светодиодных ламп). 3. Выбрать   для   учебной   аудитории   наиболее   подходящие   светодиодные лампы. 4. Создать   с   помощью   специальной   программы     DIALux   модель   и   план освещения кабинета светодиодными светильниками. 1.4 Задачи: 1. Изучить различные источники информации о светодиодных светильниках и  их использовании. 3 2. Изучить   информацию   о   различных   лампах   (накаливания, люминесцентных, светодиодных) и провести сравнительный анализ. 3. Провести измерение кабинета и оконного проема в кабинете. 4. С помощью программы  DIALux создать модель кабинета. 5. С помощью программы  DIALux создать план освещения кабинета. 6. Создать   презентацию,   содержащую   информацию   о   светодиодных светильниках,   сравнительный   анализ   различных   ламп   и   результат   практической работы. 4 2. Основная часть 2.1  Что есть светодиод? Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light­emitting diode) — полупроводниковый переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом электронно­дырочным   прибор с     направлении.   Излучаемый   свет   лежит   в   узком   диапазоне   спектра.   Его   спектральные характеристики   зависят   во   многом   от   химического   состава   использованных   в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь   идёт   об   СД   видимого   диапазона),   в   отличие   от   лампы,   излучающей   более   широкий спектр, и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром. 2.2  Устройство светодиодных ламп. При   пропускании   электрического   тока   через p­n  переход в   прямом   направлении, носители   заряда — электроны и дырки —   рекомбинируют   с   излучением фотонов (из­за перехода   электронов   с   одного   энергетического   уровня   на   другой).   Не   всякие полупроводниковые   материалы   эффективно  испускают   свет  при  рекомбинации.   Варьируя состав   полупроводников,   можно   создавать   светодиоды   для   всевозможных   длин   волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). 5 2.3  Сравнительный анализ различных ламп. Существуют два основных вида электрических источников света – лампы накаливания и газоразрядные лампы, среди которых главное место занимают люминесцентные лампы.  В быту традиционно наиболее распространены  лампы накаливания, в которых свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током. В бытовых осветительных приборах применяются лампы накаливания мощностью от 15 до 300 Вт, рассчитанные на напряжение 220 или 127 В. Срок службы ламп накаливания любого назначения около 750 ­ 1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не превосходит указанного на лампе (220 или 127 В). Если же напряжение в сети в силу каких­то причин   является   повышенным   или   время   от   времени   повышается   даже   на   короткие промежутки времени, лампа может быстро выйти из строя. С учетом этих обстоятельств, промышленность выпускает, наряду с обычными, также лампы, рассчитанные на повышенное напряжение. Его величина тоже указывается на колбе лампы, например, 235—245 В.  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  Недостатки, способные «перевесить» достоинства:  низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% ­ в тепло   высокая рабочая температура   заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания   недолговечность  6 Люминесцентные   лампы  применяются   для   освещения   общественных   и производственных   помещений,   таких,   как   медицинские,   образовательные   учреждения, вокзалы, учреждения, цеха и т.д. Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей: стеклянного баллона, двух   цоколей   (с   выводными   контактами)   на   обоих   концах   баллона   и   двух   подогревных катодов   (электронных   эмиттеров)   из   вольфрамовой   нити   или   стальной   трубки.   Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное   покрытие,   преобразующее   ультрафиолетовое   излучение   газового   разряда   в видимый свет.    Лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновение со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более  высокую   орбиту.  Когда  выбитый   электрон   возвращается   на  прежнюю  орбиту,  атом испускает   ультрафиолетовое   излучение. преобразуется в видимый свет.   Последнее,   проходя   через   люминофор, Достоинства люминесцентных ламп:  высокая световая отдача (до 80 лм/Вт)   большая долговечность.  Недостатки люминесцентных ламп:  относительная громоздкость   необходимость   в   специальном   пускорегулирующем   устройстве   (стартере   и дросселе)   чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°C лампа может не зажечься)    наличие стробоскопического эффекта. Этот эффект вызывается частыми (100 раз   в  секунду)   не   уловимыми   для   глаза   миганиями   люминесцентной   лампы   в   такт колебаниям   переменного   тока   в   электрической   цепи.   В   результате   у   человека 7 создается   нарушение   правильного   восприятия   скорости   движения   предметов, вызываются неприятные ощущения.   при   неправильном   включении   (без   защитных   конденсаторов   в пускорегулирующем   устройстве)   люминесцентные   лампы   становятся   источниками помех для радиоприемников и телевизоров   обязательная   утилизация   ламп   как   ртутьсодержащие   отходы   после использования.  Светодиод   (СИД)  ­   это   полупроводник.   Его   принцип   работы   основан   на   явлении электролюминесценции­холодного   свечения   возникающего   при   протекании   тока.   Состав материалов, образующих p­n переход определяет тип излучения. Преимущества светодиодов    :  низкое энергопотребление – не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания   долгий срок службы – до 100 000 часов   высокий ресурс прочности – ударная и вибрационная устойчивость   долгий срок службы – до 100 000 часов   чистота и разнообразие цветов, направленность излучения   регулируемая интенсивность   низкое рабочее напряжение   экологическая   и   противопожарная   безопасность.   Они   не   содержат   в   своем составе ртути и почти не нагреваются.  К недостаткам светодиодов можно отнести их более высокую стоимость в сравнении с   другими   источниками   освещения.   Однако   надо   понимать,   что   вышеуказанные достоинства с лихвой оправдывают вложенные затраты.  8 Таблица: Сравнение различных типов освещения по базовым характеристикам. Тип лампы Начальная стоимость Расходы за Жизненный период  цикл лампы, Яркость эксплуатации часы Инфракрасное УФ­ излучение излучение Низкая Очень высокие 1 000 Средняя Очень высокое Приемлемое Лампа накаливания Лампа люминесцентная Высокая Приемлемые 10 000 Низкая Минимальное Лампа Очень светодиодная высокая Низкие Более 100 000 Высокая Нет Очень высокое нет Таким образом, проведя анализ положительных и отрицательных сторон различных  ламп, мы пришли к выводу, что светодиодные лампы наиболее безопасный и практичный  вариант, не смотря на его высокую стоимость, которая со временем окупается. 9 2.4 Практическая часть – измерение кабинета физики для последующего создания модели освещения Измерение длины и ширины кабинета с помощью лазерной рулетки.       Измерение оконного проема. Результаты измерений: ­ длина аудитории…………………………….……………….. 11,14 м ­ ширина аудитории………………...………………….……….. 5,59 м ­ четыре окна………………….……………….….…… l=2м; h=1,65м 10 2.5 Практическая часть – создание плана освещения кабинета. Для   создания   модели   освещения   кабинета   обратились   за   помощью   в   одну   из Калининградских   фирм,   специализирующихся   на   производстве   и   продаже   светодиодных светильников различного применения. Это ООО «СНК­Монтаж», где нам с удовольствием согласились помочь. С помощью программы DIALux создаем модель кабинета физики. Задаем программе DIALux расчет освещения помещения.      11 Программа   создала   нам   модель   освещения   кабинета   физики   светодиодными светильниками. Все составляющие этой модели­проекта находятся в Приложении 1.    12 3) Заключение В ходе работы мы ознакомились с понятием «светодиод» и устройством светодиодных светильников. Провели сравнение различных ламп, используемых в жизни (ламп накаливания, люминесцентных   ламп,   светодиодных   ламп),   и   пришли   к   выводу,   что   освещение светодиодными лампами, которые стоят хоть и дороже люминесцентных и ламп накаливания, выходит и долговечнее и энергоэкономичнее, и для здоровья безопаснее. Выбрали для учебной аудитории наиболее подходящие светодиодные лампы. Создали,   с   помощью   специальной   программы     DIALux,   модель   и   план   освещения кабинета светодиодными светильниками. 13 4) Используемая литература 1. Thomas  Drennen,  Roland  Haitz,  Jeffrey  Tsao,  A  Market  Diffusion  and Energy Impact Model for Solid­State Lighting SAND2001­2830J.  2. Energy   Information   Administration.   2000a.   Annual   Energy   Review   2000, U.S. Department of Energy, July 2000.  3. Fisher, J. and R. Pry. 1971. A simple substitution model of technological change.Technological Forecasting and Social Change 3, 25­88.  4. Grubler,   A.,   N.   Nakicenovic,   and   D.   Victor.   1998.   Dynamics   of   energy technologies and global change. Energy Policy 27, 247­280.  5. Haitz, R., F. Kish, J. Tsao, and J. Nelson. 1999. The Case for a National Research   Program   on   Semiconductor   Lighting,   presented   at   the   1999   Optoelectronics Industry Development Association Forum, Washington, DC, October 6, 1999.  6. Sezgen, O. and J. Koomey. 1998. Interactions Between Lighting and Space Conditioning   Energy   Use   in   U.S.   Commercial   Buildings,   Lawrence   Berkeley   National Laboratory, LBNL­39795, April 1998.  7. Vorsatz, D., L. Shown, J. Koomey, M. Moezzi, A. Denver, and B. Atkinson. 1997. LightingMarket Sourcebook for the U.S. , Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL­39102, December 1997  8. www.energoportal.ru 14 Приложение 1 15 16 17 18 19 20 21 22