Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Viện kinh tế và quản lí QUẢN TRỊ CÔNG NGHỆ Vòng đời công nghệ của thiết bị chiếu sáng trong gia đình ( Đèn sợi đốt – Đèn huỳnh quang – Đèn LED) Giáo viên HD: T.S Đặng Vũ Tùng Sinh viên TH: Nguyễn Anh Phương – 20114142 - QLCN K56 Hà Nội, tháng 9/2014 Từ thời kỳ sơ khai của văn minh đến thời gian gần đây, con người chủ yếu tạo ra ánh sáng từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng.  Ở thế kỷ 21, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng sáng. Chỉ trong vài thập kỷ gần đây, các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vi và đa dạng hơn nhiều. Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việc chiếu sáng chiếm khoảng 20 – 45% tổng tiêu thụ năng lượng của một toà nhà thương mại và khoảng 3 – 10% trong tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy công nghiệp. I . VÒNG ĐỜI CÔNG NGHÊ CỦA THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG Chiếc bóng đèn sợi đốt, đèn sợi đốt hay gọi ngắn gọn hơn là bóng đèn tròn là một loại bóng đèn dùng để chiếu sáng, dây tóc là bộ phận chính để phát ra ánh sang, thông qua vỏ thủy tinh trong suốt. Các dây tóc - bộ phận phát sáng chính của đèn được bảo vệ bên ngoài bằng một lớp thủy tinh trong suốt hoặc mờ đã được rút hết không khí và bơm vào các khí trơ. Kích cỡ bóng phải đủ lớn để không bị hơi nóng của nhiệt tỏa ra làm nổ. Hầu hết bóng đèn đều được lắp vào trong đui đèn, dòng điện sẽ đi qua đui đèn, qua đuôi đèn kim loại, vào đến dây tóc làm nó nóng lên và đến mức phát ra ánh sáng. Đèn sợi đốt thường ít được dùng hơn vì công suất quá lớn (thường là 60W), hiệu suất phát quang rất thấp (chỉ khoảng 5% điện năng được biến thành quang năng, phần còn lại tỏa nhiệt nên bóng đèn khi sờ vào có cảm giác nóng và có thể bị bỏng). Đèn dây tóc dùng điện áp từ 1,5 vôn đến 300 vôn. Về người sáng chế ra bóng đèn sợi đốt, các nhà lịch sử Robert Friedel và Paul Israel đã liệt kê 22 nhà phát minh loại đèn này trước Joseph Swan và Thomas Edison (1847 – 1931). Họ kết luận rằng phiên bản đèn sợi đốt (được sản xuất hàng loạt từ năm 1880 ) của Edison hơn các phiên bản khác do kết hợp ba yếu tố: vật liệu đốt hiệu quả hơn, độ chân không trong bóng đèn cao hơn các phiên bản khác (bằng cách sử dụng bơm Sprengel) và điện trở cao hơn khiến việc phân phối điện từ một nguồn trung tâm có thể thực hiện được một cách kinh tế. Đèn sợi đốt là một phát minh vĩ đại của con người nhưng đến ngày nay, đã xuất hiện nhiều loại bóng đèn khác với nhiều ưu điểm. Đồng nghĩa với việc đèn sợi đốt thể hiện có nhiều mặt hạn chế. Thậm chí, nó có nhiều tác hại đối với gia đình và đất nước. Số Chín muồi Bị thay Giới Tăng trưởng thế Lạc hậu thiệu ứng dụng R&D Thời gian Vòng đời công nghệ của thiết bị chiếu sáng R&D: Nghiên cứu và phát minh ra bóng đèn sợi đốt ( Thomas Edison 1847) Giới thiệu: công bố phát minh và đưa bóng đèn sợi đốt vào trong cuộc sống Tăng trưởng và ứng dụng: sản xuất đại trà bóng đèn sợi đốt ( ở Việt Nam có công ty bóng đèn Rạng Đông) Chín muồi: việc đưa bóng đèn sợi đốt vào để chiếu sáng đc phổ biến rộng rãi, người ta tìm thấy nhược điểm hao phí điện năng và tỏa nhiệt cuả đèn sợi đốt và bắt đầu có ý tưởng mới về nghiên cứu ra bóng đèn halogel, bóng đèn huỳnh quang và bóng đèn LED Bị thay thế : hiện nay bóng đèn sợi đốt ít được sử dụng, thay vào đó là các bóng đèn Compact tiết kiệm điện . Lạc hậu: khi sử dụng bóng đèn Compact, ng ta lại thấy có bóng đèn LED tốt và tiết kiệm kiện năng hơn.Nếu đưa đc bóng đèn LED vào sử dụng đại trà thì công nghệ chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt đã bị coi là lạc hậu so với đèn Huỳnh quang và đèn LED Trong thời buổi công nghệ hiện đại và phát triển, khoảng các giữa các giai đoạn trong vòng đời công nghệ càng được rút ngắn xuống,từ 20 năm xuống còn 5 năm cho 1 công nghệ mới. Do trình độ khoa học kĩ thuật phát triển, đòi hỏi sự nghiên cứu và đổi mới không ngừng nghỉ để tạo ra các sản phẩm mới có tính tối ưu hơn với thời gian ngắn nhất, hiệu quả sử dụng cao nhất và ít bị thay thế nhất.  Đèn sợi đốt Đèn sợi đốt là loại đèn được phát sáng khi đốt nóng. Trong đèn sợi đốt có hai loại là đèn sợi đốt thông thường và đèn sợi đốt có bổ sung khí halogen.       + Đèn sợi đốt thông thường Bóng sợi đốt thông thường + Bóng đèn sợi đốt Halogen Bóng đèn sợi đốt Halogen Đèn sợi đốt bổ sung khí Halogen làm tăng hiệu quả phát sáng từ 20-27lm/W, tuổi thọ trung bình 2.000giờ. Các đèn sợi đốt halogen công suất từ 40-500W dùng cho chiếu sáng chất lượng màu cao, tuy nhiên hiệu quả năng lượng thấp. Đèn sợi đốt halogene thường được dùng làm trang trí, chiếu sáng nghệ thuật, quảng cáo với độ dày đặc của vô số bóng đèn, nên sử dụng loại công tắc có chức năng điều chỉnh lượng ánh sáng (bộ chiết áp) để phối hợp với đèn halogene trong bố trí cho phòng ngủ, phòng khách. Đèn sợi đốt có nhiều tác hại đến đời sống của con người, cần thiết phải được thay thế: Tác hại của đèn sợi đốt với gia đình và đất nước là lãng phí điện năng, dẫn đến lãng phí tiền bạc về lâu dài. Đèn sợi đốt thường có công suất lớn ( công suất trung bình của đèn sợi đốt là 60W) nhưng hiệu suất sử dụng thấp (chỉ khoảng 5% điện năng được biến thành quang năng, phần còn lại tỏa nhiệt nên bóng đèn khi sờ vào có cảm giác nóng và có thể bị bỏng). Trong khi đó, đèn compact phát ra lượng ánh sáng nhiều gấp 4 đến 5 lần đèn sợi đốt có cùng công suất. Do vậy thay thế đèn sợi đốt bằng đèn compact sẽ tiết kiệm được 80% điện tiêu thụ. Bóng đèn tiết kiệm năng lượng : Bóng đèn tiết kiệm năng lượng là thuật ngữ chỉ chung cho những loại đèn tiết kiệm điện năng nhưng có công suất và hiệu suất cao hơn bóng đèn sợi đốt thông thường, bao gồm: đèn huỳnh quang, đèn huỳnh quang compact và đèn led. Đèn huỳnh quang Bóng đèn huỳnh quang tiết kiệm nhiều điện năng hơn bóng đèn dây tóc Bóng đèn huỳnh quang thông thường (ký hiệu là T10) có đường kính 32mm với công suất 40W (chiều dài bóng 1,2m) và công suất 20W (0,6m), tuổi thọ trung bình 6.000-8.000giờ. Bóng đèn huỳnh quang tiết kiệm điện năng (ký hiệu là T8) có đường kính 26mm với công suất 36W (chiều dài bóng 1,2m) và công suất 18W (0,6m), tuổi thọ trung bình 6.000-8.000giờ.  Hiệu quả ánh sáng từ 40-90lm/W. Đèn huỳnh quang cho nguồn ánh sáng trắng, vàng nhạt tiết kiệm điện hơn so với bóng đèn sợi đốt cho ánh sáng vàng. Khi thay thế các loại đèn huỳnh quang T10 sang T8, người tiêu dùng sẽ không phải thay đổi các loại choá đèn, máng đèn, …. Cả hai loại bóng đèn huỳnh quang T8 và T10 đều sử dụng chung các thiết bị phụ trợ kể trên. Do giá thành vừa phải, độ tản, góc phát quang rộng, nên nguồn sáng này được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.  Đèn huỳnh quang compact Bóng đèn compact xoắn Việc cải thiện chất lượng lớp bột huỳnh quang tạo nên các đèn ống thế hệ mới có chất lượng màu và hiệu quả chiếu sáng cao. Điều này cho phép chế tạo đèn ống gầy và có khả năng tích hợp đèn, chấn lưu, tắc te thành một khối gọi là đèn compact. Đèn compact là đèn huỳnh quang đặt biệt trong đui đèn thông dụng (đui xoáy và đui gài) có tích hợp chấn lưu điện tử. Vì thế thay thế đèn sợi đốt bằng đèn compact đơn giản.  So với đèn sợi đốt cùng quang thông công suất của đèn compact chỉ bằng một phần năm. Dải công suất của các đèn compact từ 5-55W, tuổi thọ trung bình từ 6.000- 10.000 giờ. Hiệu quả ánh sáng đặt trên 50lm/W, có ánh sáng trắng như đèn huỳnh quang ống và ánh sáng vàng như đèn sợi đốt. Bóng đèn compact có đường kính ống đèn cực nhỏ được uốn cong hoặc ghép nhiều ống đèn thành một bộ. Có các loại bóng với kiểu dáng thông dụng như 1U, 2U, 3U và hình xoắn; đây chủ yếu là sự thay đổi về hình thức chứ không ảnh hưởng đến yếu tố kỹ thuật. Ưu điểm của đèn compact so với bóng đèn sợi đốt là tiết kiệm điện, sáng hơn, hiệu suất sử dụng cao. Nếu so với đèn huỳnh quang ống thẳng, đèn compact gọn hơn, việc lắp đặt cũng đơn giản hơn. Ngoài ưu thế tiết kiệm điện năng, bóng đèn compact còn giảm thiểu sự nhấp nháy ánh sáng (flicker) do được trang bị chấn lưu điện tử so với đèn huỳnh quang ống thẳng (thường dùng chấn lưu điện từ).  Bóng đèn compact khi thay cho bóng đèn sợi đốt sử dụng lại đuôi đèn cũ. Do đó, người tiêu dùng chỉ mua bóng đèn mới để lắp đặt một cách đơn giản, không đòi hỏi thay đổi đáng kể nào về kỹ thuật. Tuy mức đầu tư ban đầu của bóng đèn compact cao hơn so với bóng đèn sợi đốt nhưng người tiêu dùng sẽ có lợi về mức độ tiêu thụ điện. Giá một bóng đèn compact từ 20.000đ - 60.000đ còn bóng đèn sợi đốt là từ 5-10.000đ. Nhưng hiệu quả tiết kiệm điện của đèn compact mang lại rất lớn, do giảm lượng tiêu hao điện năng gấp 3-5 lần và tuổi thọ gấp trên 5 lần so với bóng đèn sợi đốt. Tuổi thọ của đèn compact (tuỳ loại) dao động trong khoảng 6.000 - 10.000 giờ. Tuy nhiên, Bóng đèn compact cũng có những nhược điểm như: Chủ yếu được dùng để thay thế cho bóng đèn sợi đốt, không thích hợp cho việc chiếu sáng chung (diện tích lớn), thích hợp cho việc chiếu sáng cục bộ trong các căn phòng có diện tích nhỏ (nhà tắm, nhà kho, chân cầu thang…). Mặc dù về nguyên tắc vẫn có thể dùng đèn compact để thay thế cho đèn huỳnh quang ống thẳng nhưng do hiệu quả tiết kiệm điện mang lại không lớn nên người ta ít khi áp dụng. Đồng thời, nếu thay thế bằng đèn compact sẽ phải gắn nhiều đèn hơn (do công suất thấp) trên cùng một diện tích, việc thiết kế đường dây cũng phức tạp hơn. Ví dụ: để thay thế 4 bóng đèn huỳnh quang ống thẳng với tổng công suất 80W, người ta phải sử dụng đến 8 bóng đèn compact (dưới 20W/bóng). Đèn LED Bóng đèn LED Ánh sáng Đèn LED được phát từ các diot phát quang. Đây là nguồn sáng mới có nhiều ưu điểm: tiêu thụ năng lượng ít hơn 80-90% so với bóng đèn sợi đốt có độ sáng tương đương, phát ánh sáng liên tục, không nhấp nháy, chất lượng ánh sáng tốt, không phát nhiệt, không phát thải khí độc ra môi trường,... Đèn LED có tuổi thọ lên đến 50.000 (Theo tính toán) – 30.000 giờ (theo yêu cầu sử dụng thực tế) cao hơn rất nhiều so với 1.000giờ của bóng đèn sợi đốt truyền thống và 10.000 (theo TK tính toán) – 3.000 giờ (theo điều kiện sử dụng thực tế) của đèn huỳnh quang compact. Đèn LED ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực: chiếu sáng nội thất, trang trí, đường phố, nông nghiệp, giao thông,…Tính năng sử dụng: Đèn LED bạn có thể dùng để đèn trần dowligh, đèn bàn, đèn chiếu sáng,.. như lắp cho đèn sợi đốt. Những hạn chế của bóng đèn LED: Hiện tại, do giá thành đầu tư ban đầu lớn, nên chưa được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên nếu người sử dụng đầu tư đồng bộ ngay từ ban đầu, tương lai nhu cầu sử dụng tăng và LED được đầu tư, sản xuất đại trà, giá thành hạ thì LED sẽ là nguồn sáng hiệu quả cao nhất.           Điện năng dành cho chiếu sáng thường chiếm trên 30% tổng điện năng tiêu thụ, hơn nữa đèn được sử dụng vào giờ cao điểm khi mà phụ tải đỉnh rất lớn buộc hệ thống điện phải huy động toàn bộ công suất,rất có thể dẫn tới quá tải hệ thống. Điều này là rất nguy hiểm vì có thể gây quá tải hệ thống và dẫn đến thiếu điện cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất của con người.Do đó vấn đề chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện cần được quan tâm một cách đúng mức. Qua những tìm hiểu về các loại đèn trên, chúng ta có thể thấy, sử dụng bóng đèn sợi đốt sẽ tiêu tốn nhiều điện năng hơn rất nhiều so với những loại bóng đèn còn lại mà hiệu quả chiếu sáng thì lại không bằng. Chính vì thế, việc chuyển đổi từ bóng đèn sợi đốt sang các loại bóng đèn tiết kiệm năng lượng là vô cùng cần thiết.Bởi giá thành của nó phù hợp với điều kiện của vùng kinh tế khó khăn đồng thời lại thích hợp với mạng điện lưới ít ổn định, khu vực tập trung dùng bóng đèn sợi đốt lại là khu vực nông thôn. Vì vậy, khi triển khai thay thế bóng đèn sợi đốt bằng bóng đèn tiết kiệm năng lượng tại những khu vực này sẽ gặp rất nhiều khó khăn, nhất là trong điều kiện thu nhập của nông dân còn quá thấp và mạng điện lưới ở nông thôn còn kém ổn định. Hơn nữa, khu vực này cũng là nơi không có nhiều người hiểu được lợi ích từ việc chuyển đổi bóng đèn sợi đốt sang các loại bóng đèn tiết kiệm năng lượng.Họ hầu hết chỉ nghĩ đến cái lợi trước mắt, đó là việc chi phí cho các loại bóng đèn tiết kiệm năng lượng có cao hơn so với bóng đèn sợi đốt.Nhưng họ đâu biết rằng, việc thay đổi này sẽ mang lại những lợi ích lớn lao như thế nào trong thời điểm thiếu hụt điện sinh hoạt và sản xuất trầm trọng như hiện nay. BẢNG SO SÁNH ĐÈN SỢI ĐỐT , ĐÈN LED BÓNG TRÒN VÀ ĐÈN COMPACT II. BÀI TOÁN KINH TẾ GIỮA SỬ DỤNG BÓNG ĐÈN LED VÀ ĐÈN SỢI ĐỐT Nếu thay thế đèn sợi đốt bằng đèn LED:  So sánh giữa đèn LED thay cho đèn mắt ếch thông thường: -   Công suất tiêu thụ của đèn FA10ALW : 10W -   Công suất tiêu thụ của đèn mắt ếch : 50W Mỗi bóng LED tiết kiệm được : 40W Trung bình mỗi ngày ta sử dụng : 5 giờ Một ngày ta sẽ tiết kiệm được : 0.200Kwh/1bóng  Vậy sẽ tiết kiệm được : 73,0Kwh/1năm/1bóng TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ CHO 1 HỘ GIA ĐÌNH: Sử dụng đèn LED FA10ALW thay cho đèn mắt ếch (bóng sợi đốt). Thời gian tính toán : 5 năm Giá thành 01 bóng đèn LED FA10ALW công suất 10W : 450.000 đồng Giá thành 01 bóng đèn mắt ếch (sợi đốt) công suất 50W :100.000 đồng Số lượng đèn sử dụng cho 1 hộ : 10 bóng - Tuổi thọ của đèn : Hiện nay các loại đèn mắt ếch thông dụng trên thị trường đa phần là đèn Trung Quốc sản xuất, tuổi thọ bình quân khoảng 800h sử dụng. Trung bình ngày dùng 5h thì trong 01 năm phải 2 lần thay bóng đèn duy trì nguồn sáng. - Khi dùng đèn LED trong suốt 5 năm bạn không phải thay bóng. A. Chi phí lắp đặt : + Khi dùng đèn sợi đốt Vật liệu 100.000đ/b x 10b x 2lần x 5năm =10.000.000 đồng Nhân công lắp đặt 5.000đ/b x 10b x 2lần x 5năm = 5.000.000 đồng Tổng cộng =15.000.000 đồng + Khi dùng đèn LED Vật liệu 450.000 đ/b x 10b = 4.500.000 đồng Nhân công lắp đặt 5.000đ/b x 10b = 50.000 đồng Tổng cộng = 4.550.000 đồng B. Chi phí vận hành : + Khi dùng đèn sợi đốt Điện năng tiêu thụ 0.05kW x 5h x 365ngày x 5năm =456,25 Kwh Giá thành 1Kwh = 1500 đồng  Tổng cộng 456.25Kwh x 10b x 1500đ =6.843.750 đồng + Khi dùng đèn LED Điện năng tiêu thụ 0.01kW x 5h x 365ngày x 5năm =91.25Kwh Giá thành 1Kwh =1500 đồng Tổng cộng 91.25Kwh x 10b x 1500đ =1.368.750 đồng C. Tổng chi phí lắp đặt và vận hành trong 5 năm : + Khi dùng đèn sợi đốt : 21.843.750 đồng + Khi dùng đèn LED : 5.918.750 đồng => Chênh lệch : 15.925.000 đồng Vậy chi phí tiết kiệm được nếu sử dụng đèn 10 bóng LED thay thế cho đèn mắt ếch bóng sợi đốt thông thường trong 5 năm là : 15.925.000 đồng. (Bài toán so sánh mới chỉ tính trong thời gian 5 năm, đèn Led nếu mỗi ngày thắp sáng khoảng 8 giờ thì độ bền trên 20 năm, như vậy lợi ích kinh tế của 15 năm tiếp theo còn vô cùng lớn). Lượng điện lãng phí đối với mỗi gia đình tuy chưa hẳn đã lớn, nhưng đối với tất cả hộ gia đình trên đất nước, lượng điện năng lãng phí là rất lớn. Nhất là trong tình hình hiện nay, điện có khả năng sẽ thiếu trầm trọng: Theo tính toán của Tổng công ty Điện lực Việt Nam, nếu thay thế khoảng 20 triệu bóng đèn sợi đốt hiện nay (có công suất bình quân là 60W/bóng) bằng đèn compact có độ sáng tương đương nhưng công suất chỉ có 11W/bóng thì VN sẽ cắt giảm được khoảng 1,1 tỷ KW/h/1 năm. Trên lý thuyết, đó là một con số tiết kiệm khổng lồ. Theo tính toán của ngành điện chỉ riêng việc thay thế 20 triệu bóng đèn sợi đốt bằng bóng đèn compact thì mỗi năm cũng tiết kiệm được 3.600 tỷ đồng. Thứ hai, sử dụng đèn sợi đốt gây hại cho môi trường vì bóng đèn sợi đốt khi sáng tỏa ra một lượng nhiệt lớn, sinh ra khí CO2, việc lãng phí điện năng của bóng đèn sợi đốt cũng gây ra tăng lượng khí CO2 trên đường dây: Theo một số nghiên cứu cho thấy hệ số phát thải CO2 trên lưới điện ở Việt Nam là 0,43 kg CO2/kWh. Vì vậy, khi thay thế 1 bóng đèn sợi đốt bằng 1 bóng đèn huỳnh quang compact sẽ giảm 22,13 kg CO2/năm. Khí CO2 là  nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính dẫn đến hiện tượng nóng lên trên toàn cầu. Về hiện tượng hiệu ứng nhà kính: Hiện tượng các tia bức xạ sóng ngắn của Mặt Trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài rồi được một số khí trong bầu khí quyển hấp thụ để thông qua đó làm cho khí quyển nóng lên, được gọi là hiệu ứng nhà kính. III. ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG RỘNG RÃI ĐÈN TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG SINH HOẠT VÀ CUỘC SỐNG Tăng cường truyền thông tác động tới ý thức người dân, có ý thức sử dụng tiết kiệm năng lượng. Giới thiệu cho các hộ dân biết đến các loại đèn tiết kiệm điện năng ( đèn copact, đèn LED ..) ,lợi ích khi sử dụng nó thay thế bóng đèn sợi dốt bình thường Nhà nước cần có chính sách khuyến khích, hỗ trợ cho việc đầu tư phát triển năng lượng tái tạo và khuyến khích việc sử dụng các phương tiện, thiết bị tiết kiệm điện; Khuyến khích phát triển dịch vụ tư vấn; đầu tư hợp lý cho công tác tuyên truyền, giáo dục, hỗ trợ tổ chức, hộ gia đình, cá nhân sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Giá thành của bóng đèn LED khá cao so với giá bóng đèn sợi đốt bình thường. Nhà phân phối cần có chính sách hỗ trợ về giá cho các hộ dân khi mua bóng đèn . Vận động các nhà máy, xí nghiệp , địa điểm chiếu sáng công cộng thay đổi từ bóng đèn sợi đốt sang bóng đèn Compact để tiết kiệm điện, chống lãng phí QTCN – Vòng đời của thiết bị chiếu sáng - Nguyễn Anh Phương Page 9