Размещено на http://www.allbest.ru/

Южно-Уральский госуниверситет

кафедра "Экология и природопользование"

К вопросу об экологичности современных энергоэффективных источников освещения в жилищном фонде

Гофман Валерий Рафаэльевич,

кандидат технических наук

Голованова Алина Александровна,

старший научный сотрудник, доцент

Аннотация: рассмотрены актуальные вопросы экологичности современных энергоэффективных источников освещения в жилищном фонде. Показано, что наиболее близким к имеющемуся в природе техническому решению в отношении таких источников освещения является лампа накаливания, поскольку ее природный аналог - энергия излучения Солнца, и соответственно конфигурация спектра лампы накаливания подобна солнечному в отличие от люминесцентных и светодиодных ламп.

Поскольку доля энергопотребления для освещения помещений в жилищном фонде в настоящее время чрезвычайно мала, а основными потребителями электроэнергии в современном городском жилище являются различная бытовая техника и электроника, целесообразность использования, как Hg-содержащих ламп, так и светодиодных ламп в качестве технологической инновации устойчивого развития представляется сомнительной и бесперспективной, особенно с учетом колоссальных экологических проблем, преимущественно, для будущих поколений, связанных с их производством, эксплуатацией и утилизацией.

В этой связи целесообразно сосредоточить усилия ученых и специалистов на поиск новых прогрессивных технических решений, направленных на повышение КПД лампы накаливания, ее надежности и срока службы, а основное внимание уделить современным энергоемким бытовым приборам. Отмечено, что в Российской Федерации переход на энергосберегающие источники произошел без соответствующей организационной подготовки, минуя важнейший предварительный этап - обеспечения экологической безопасности путем создания эффективно работающей системы сбора, транспортирования и утилизации отработавших ртутных ламп, что обуславливает необходимость в кратчайшие сроки осуществить комплекс работ по минимизации накопленного экологического ущерба, а также предотвратить дальнейшее крайне опасное загрязнение высокотоксичной ртутью.

Ключевые слова: источники освещения, ртутное загрязнение, экологический ущерб, экология, энергоэффективность.

Повышение энергоэффективности является актуальной стратегической задачей всех национальных экономик, что объективно обусловлено неизбежным ростом цен на энергоносители, а также существенным усилением негативного влияния на природную среду и человека все увеличивающихся объемов загрязняющих веществ, продуцируемых хозяйствующими субъектами, ухудшением экологической ситуации, неблагоприятными изменениями климата.

По данным Международного энергетического агентства [1] в Российской Федерации эффективность использования первичных источников и преобразованных видов энергии крайне низка, экономика характеризуется чрезвычайно высокой энергоемкостью, в 2-3 раза превышающей удельную энергоемкость экономик индустриально развитых стран, где в последние годы наблюдается существенный энергоэффективный экономический рост (рисунок 1).

Рисунок 1 - Энергоэффективность стран мира за 2012 год, тыс. долл. на каждый баррель потребленного нефтяного эквивалента энергии

При этом, как показал анализ, жилые здания ответственны более чем за 25 % потенциального энергосбережения, а на освещение расходуется около 12 % электроэнергии (рисунок 2) [2, 3].

Рисунок 2 - Потенциал энергосбережения по секторам

Правительством Российской Федерации принят Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты", в котором, в частности, предписано, что с 1 января 2011 года к обороту на территории Российской Федерации не допускаются электрические лампы накаливания мощностью 100 ватт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения, а с 1 января 2014 года - мощностью двадцать пять ватт и более (рисунок 3).

Рисунок 3 - Решение проблемы достаточности энергоснабжения страны

По подобным законам в период с 2009 по 2012 годы традиционные лампы накаливания (ЛН) были запрещены в Великобритании, странах Евросоюза, Австралии и США [4].

С момента изобретения первой лампы накаливания - этого революционного изобретения, прошло более века. Достоинства данного источника освещения очевидны:

свет наиболее близкий к естественному (природному) солнечному по спектру излучения;

практически полная независимость от условий окружающей среды;

низкая себестоимость изготовления;

отсутствие токсичных компонентов;

малая ресурсоемкость процесса производства, простота и экологичность изготовления, эксплуатации и утилизации.

Основной причиной вывода ламп накаливания из оборота явилась их относительно низкая эксплуатационная энергоэффективность, КПД не более 15 %, невысокая долговечность, значительный нагрев поверхности.

В качестве альтернативы были созданы компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), которые обладают следующими достоинствами:

высокая светоотдача (световой КПД): при равной потребляемой из сети мощности их световой поток в 4-6 раз выше, чем у ЛН, что даёт экономию электроэнергии 75-85 %;

длительный срок службы (8000-20000 час.);

более низкая температура нагрева лампы по сравнению с другими газоразрядными лампами;

холодный пуск (мгновенное включение без мерцания);

равномерное распределение света по колбе.

Вместе с тем, как показала мировая практика, люминесцентные лампы обладают целым рядом существенных недостатков:

высокая удельная стоимость;

быстрый выход из строя при частых включениях, что быту является закономерностью;

зажигание КЛЛ не гарантировано при понижении напряжения питания более чем на 10 % [5].

Главным и наиболее существенным недостатком бытовых КЛЛ является наличие в них ртути (1-5 мг). По этой причине отработавшие ртутьсодержащие лампы относятся к отходам 1-го класса опасности. Однако из мусорного контейнера и мусоровоза такая лампа попадает на свалку, как правило, в разбитом виде. Содержащаяся в ней ртуть загрязняет воздух, почву, с грунтовыми и талыми водами попадает в водоемы.

Одним из самых известных примеров отравления ртутью является болезнь Минамата, получившая распространение в 1956 г. Причиной ее возникновения послужил выброс компанией "Chisso" в воду залива Минамата ртути, которую донные микроорганизмы в своём метаболизме преобразовывали в метилртуть. Это соединение ещё более токсично и, как и ртуть, склонно накапливаться в организмах, в результате чего концентрация этого вещества в тканях возрастает с повышением положения последних в пищевой цепочке [6]. В связи с данным трагическим событием была создана Минаматская конвенция по ртути - межгосударственный договор, направленный на защиту здоровья людей и окружающей среды от антропогенных выбросов и высвобождений ртути и ее соединений. К Минаматской конвенции по ртути Российская Федерация присоединилась 7 июля 2014 г. [7]. Приоритетным направлениям деятельности по выполнению сформулированных в Конвенции задач является решение проблемы регулирования отходов, содержащих ртуть и ее соединения.

Рассматривая опыт отдельных стран ЕС, столкнувшихся с актуальной социально-экологической проблемой, связанной с утилизацией люминесцентных ламп можно видеть, что в Болгарии, например, производители и импортеры электрического и электронного оборудования, в том числе КЛЛ, должны принимать участие в сборе, транспортировке, хранении, предварительной очистке этого оборудования и его утилизации, в то время как частный потребитель не должен платить ни за сбор, ни за утилизацию, а в случае, если производитель или импортер не принимает участия в утилизации, на него накладывается штраф. В Германии работают свыше трех тысяч пунктов сбора ртутьсодержащих ламп, их принимают в неограниченном количестве и бесплатно. В Бельгии создана специализированная компания производителями и дистрибьюторами ламп, потребитель при покупке лампы платит взнос, по окончании службы лампы сдаёт её в специальный накопительный пункт при своём муниципалитете [8].

Неординарное решение проблемы утилизации отходов было предпринято в Риге, где в течение нескольких дней "говорящие" контейнеры для раздельного сбора мусора, оснащенные датчиками звука и движения, голосами популярных латвийских актеров благодарили жителей, которые, находили время для сортировки и раздельной сдачи мусора. Этот пример, хотя и не имеет прямого отношения к утилизации ртутных ламп, может быть взят на вооружение в качества привлечения внимания и поощрения граждан, сдающих отработавшие лампы в специально отведенные места [9].

В Российской Федерации в соответствии с действующим законодательством [10] отходы являются собственностью того, кто их производит, поэтому население и организации обязаны сами оплачивать утилизацию ЛЛ. Однако при этом практически во всех российских регионах пунктов приёма отработавших ЛЛ чрезвычайно мало. Так, на крупный Уральский Федеральный округ всего лишь 11 таких пунктов приема (рисунок 4).

Рисунок 4 - Количество пунктов приема отработавших энергосберегающих ламп в Российской Федерации (по данным на 2012 г.) [8]

Правительство Москвы издало распоряжение от 19 мая 2010 г. № 949-РП "Об организации работ по централизованному сбору, транспортировке и переработке отработавших ртутьсодержащих люминесцентных и компактных люминесцентных ламп". Были определены адреса оборудованных пунктов приёма и разработаны централизованные правила утилизации энергосберегающих ламп. В 2010 г. в Санкт-Петербурге был создан мобильный пункт приема таких опасных отходов, представляющий собой автомобиль, оснащенный специальными контейнерами. Собранные "Экомобилями" опасные отходы поступают на обезвреживание и утилизацию [11]. В 2011 г. один из микрорайонов г. Тюмени оборудовали пробными контейнерами для ртутных ламп.

Существуют и другие единичные подобные примеры, однако в целом следует отметить, что в Российской Федерации переход на энергосберегающие источники произошел практически без соответствующей организационной подготовки, минуя важнейший предварительный этап - обеспечения экологической безопасности путем создания эффективно работающей системы сбора, транспортирования и утилизации отработавших ртутных ламп.

В последнее время создавшуюся экологическую проблему индустриально развитые страны пытаются решить внедрением светодиодных (LED) источников освещения. Данные источники света отличаются низким потребление энергии, отсутствием разогрева при работе, малым временем запуска, более длительным сроком службы. В конструкции отсутствуют токсичные элементы и составляющие, что делает их практически безопасными при эксплуатации и утилизации [12]. Однако они имеют высокую стоимость, а в ряде случаев обеспечивают существенно меньший реальный срок службы против заявленного - не более 50 000 часов вместо заявленных 100 000.

Исследователями новозеландского исследовательского института Scion [13] в 2014 г. был обнаружен неизвестный ранее и поэтому не принимаемый во внимание крайне нежелательный побочный эффект от использования светодиодных ламп. Оказалось, что они значительно сильнее привлекают насекомых, чем традиционно применяемые виды освещения. На диаграмме (рисунок 5) показано спектральное излучение светодиодной лампы.

Рисунок 5 - Спектральное излучение светодиодной лампы

Результаты научных экспериментов, проведенных испанскими учеными [14], показали, что синий свет отрицательно влияет на сетчатку глаза. Как правило, подобный фотохимический риск возникает после интенсивного повторяющегося воздействия светодиодного излучения в течение длительного времени. Ситуация осложняется еще и тем, что LED-лампы, используются не только для освещения помещений, но и в различных гаджетах, телевизорах и экранах компьютерных мониторов. К тому же, обнаружено, что светодиоды практически не имеют инерции свечения, следовательно, подключенная к осветительной сети без принятия специальных мер, лампа будет моргать 100 раз в секунду, что чрезвычайно вредно для нервной системы человека. В светодиодных лампах повышенного качества применяются специальные драйверы, которые выпрямляют осветительное напряжение и исключают моргание.

Учитывая все вышесказанное и основываясь на экологических законах (принципах), сформулированных (1974 г.) известным американским ученым-биологом Б. Коммонером [15]: "все связано со всем; все должно куда-то деваться; ничто не дается даром; природа знает лучше", а также на концепции: "экономично то, что экологично", становится очевидным, что наиболее близким к имеющемуся в природе техническому решению в отношении существа рассматриваемой проблемы является лампа накаливания, поскольку ее природный аналог - энергия излучения Солнца, соответственно конфигурация спектра лампы накаливания в отличие от люминесцентных и светодиодных ламп подобна солнечному (рисунок 6).

Рисунок 6 - Сравнение спектра излучения различных источников освещения с солнечным

Принимая во внимания, что доля энергопотребления для освещения помещений в жилищном фонде составляет в настоящее время лишь незначительную часть от общей потребляемой величины, экономия за счет использования энергосберегающих люминесцентных ламп несущественна, а основными потребителями электроэнергии в современном городском жилище являются различная бытовая техника и всевозможные электронные гаджеты, целесообразность использования, как Hg-содержащих ламп, так и светодиодных ламп в качестве технологической инновации устойчивого развития представляется сомнительной и бесперспективной, особенно с учетом колоссальных социально-экологических проблем, преимущественно, для будущих поколений, связанных с их производством, эксплуатацией и утилизацией.

В этой связи считаем целесообразным сосредоточить усилия ученых и специалистов на поиск новых прогрессивных технических решений, направленных на повышение КПД лампы накаливания, ее безотказности и долговечности, а основное внимание уделить современным энергоемким бытовым электрическим приборам.

В контексте устойчивого развития применительно к рассматриваемому случаю необходимо в кратчайшие сроки осуществить комплекс работ по минимизации накопленного экологического ущерба, обусловленного отсутствием эффективной системы сбора, транспортирования и утилизации энергосберегающих ртутьсодержащих ламп, а также предотвратить дальнейшее крайне опасное загрязнение территорий высокотоксичной ртутью.

лампа накаливание экологичность энергоэффективность

Библиографический список

1. http://elitetrader.ru/index. php? newsid=183212

2. Гофман, В.Р. "Зеленые" экологические стандарты в современных строительных материалах и технологиях / В.Р. Гофман, А.А. Голованова // Третий международный междисциплинарный молодежный симпозиум "Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов (Анализ современного состояния и перспективы развития)": труды симпозиума в двух томах. - Ростов-на-Дону: Изд-во МАРТ, 2014. - Вып.3. - Том.2 - С.23-28.

3. Энергосбережение в многоквартирном доме: информационно-методическое пособие / И.В. Генцлер, Е.Ф. Петрова, С.Б. Сиваев, Т.Б. Лыкова. - Тверь: Научная книга, 2009. - 130 с.

4. Энергосберегающие лампы дневного света. - http://paulmann-light.ru/enegry_saving.html

5. Паламаренко С.И. Люминесцентные лампы и их характеристики. - http://cxem.net/sprav/sprav115. php

6. Отравления ртутью. - http://ru-ecology. info/term/51843/

7. Распоряжение Правительства РФ от 07.07.2014 N 1242-р "О подписании Минаматской конвенции по ртути".

8. Проект РЭА по созданию в России системы утилизации ртутных ламп. - http://solex-un.ru/energo/review/utilizaciya-lamp/obzor-5

9. http://www.ecoindustry.ru/news/company/view/41348.html

10. Федеральный закон от 24.06.1998 N 89-ФЗ (ред. от 25.11.2013)"Об отходах производства и потребления".

11. http://www.infoeco.ru/ecomobile/index. php? id=32#

12. Цырук, С.А. Развитие светодиодных технологий в системах освещения мегаполисов / С.А. Цырук, М.А. Ращевская // Энергосбережение - теория и практика: Тр. IV международной школы-семинара молодых ученых и специалистов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - 336 с.

13. Pawson, S. M. LED lighting increases the ecological impact of light pollution irrespective of color temperature / S. M. Pawson, K. - F. Bader // Ecological Applications 24. - 2014. - P.1561-1568.

14. Chamorro, E. Personal risks posed by LEDs used in everyday devices / E. Chamorro, C. Bonnin, L. Lucio Lobato-Rincуn, J. Josй Navarro-Valls, G. Ramнrez-Mercado, C. Navarro-Blanco, C. Sбnchez-Ramos // Seguridad y Medio Ambiente. - 2012. - №128. - P.33-38.

15. Коммонер, Б. Замыкающийся круг / Б. Коммонер. - М.: Изд-во Гидрометеоиздат, 1974. - 280 с.

Размещено на Allbest.ru