Энергосберегающие лампы

Термин «энергосберегающие лампы» получил широкое распространение в нашей стране благодаря инициативе премьер-министра Д. А. Медведева. Поэтому закрученные в спираль «экономки» ассоциируются с чем-то инновационным, хотя на самом деле – это все те же проверенные временем люминесцентные лампы, только в новом обличии.

Физическая сущность и устройство

Эта лампа, относящаяся по своей физической сущности к газоразрядным. Свечение в них возникает из-за электрического пробоя среды. Фактически в стеклянной колбе заключена молния – своеобразный шнур ионизированного газа, от химических и физических свойств которого зависит цвет видимого излучения. Например, в вакууме он ярко-зеленый, двуокись углерода дает белое свечение, а азот – розовое.

Однако у всех первых ламп подобного рода был один существенный недостаток: электрическая проницаемость газовой среды низка, поэтому светящийся шнур был слишком короток, из-за чего сила свечения оказывалась недостаточной. Чтобы его удлинить, необходимо существенно повышать силу питающего тока, поэтому ни о какой экономии электричества речи не велось.

Ртуть содержащие лампы, изобретенные в 1901 году Питером Хьюитом, решили эту проблему и позволили создать трубчатый светильник, длина которого была достаточной для создания светового потока большой силы, а уровень потребления им электрической энергии оказался на порядок ниже, чем у ламп накаливания, продвигаемых на рынке Томасом Эдисоном. Ртуть – металл – в них используется лишь для уменьшения сопротивления среды, а основным балластом, обеспечивающим устойчивое горение дуги, является инертный газ. Они излучали мертвенный сине-зеленый свет и применялись только для уличного освещения.

Для смещения спектра излучения в область, приятную для человеческого глаза, на стенки колбы наносится слой люминофора – вещества, светящегося при его бомбардировке электронами из возбужденной электрическим током среды. В результате цвет излучения становится молочно-белым, похожим на тот, что мы видим в солнечный полдень. Поэтому такие светотехнические приборы стали называть «лампы дневного света».

Чтобы произошел электрический пробой, ртуть должна быть не только нагрета и превращена в пар, но и активизирована потоком электронов – их эмиссия возникает при прохождении тока через вольфрамовые электроды. Эту подготовку осуществляет так называемая пускорегулирующая аппаратура, которую раньше строили на основе конденсатора, высоковольтного трансформатора и неоновой газоразрядной ламы, а сейчас используют полупроводниковые схемы. Поэтому лампа дневного света выдает полный световой поток с небольшой задержкой и совершенно не переносит многократно повторяемые циклы включения и выключения.

Конструкция ртутных люминесцентных ламп не изменилась на протяжении ста лет. Независимо от внешнего вида она состоит из следующих элементов:

• Колбы с инертным газом и парами ртути внутри.
• Двух вольфрамовых электродов.
• Слоя люминофора, нанесенного на стенки колбы.
• Пускорегулирующей аппаратуры.

Какими бывают

Типы люминесцентных ламп определяются в первую очередь по состоянию газовой среды в колбе. Они бывают:

• Низкого давления.
• Высокого давления.

Светотехнические приборы низкого давления

Это трубчатые лампы, использующиеся в быту или для освещения производственных помещений. Изначально они были прямыми и длинными. Просто потому, что технология скручивания трубок из кварцевого стекла не была отработана. Штырьковые контакты (цоколи) для подключения питания находились на обоих концах. Они имеют маркировку G13 – расстояние между штырьками в миллиметрах.

Такие потолочные люминесцентные линейные лампы широко использовались в светильниках, устанавливаемых в общественных зданиях и производственных цехах. От их длины напрямую зависит мощность люминесцентной лампы. Например, при длине колбы в 450 мм она равна 15 Вт, а при 1500 мм – 80.

Отличаются они и химическим составом люминофора, влияющего на оттенок свечения. Например, лампы ЛД (дневные) светят белым светом с голубоватым оттенком, они почти не искажают восприятие цвета человеком. А вот лампы ЛБ (белый) выдают слепяще — белый цвет с лиловым оттенком, который значительно искажает естественные цвета. Поэтому они применяются для освещения технических сооружений. Список используемых веществ-люминофоров очень широк. Например, есть с таким спектром излучения, который стимулирует рост растений или вызывает гибель микроорганизмов.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) стали выпускать, когда получилось изогнуть колбу. Они бывают U-образной или даже спиральной формы. Главное, чем они отличаются – тип цоколя. Если он обозначен буквой G, то пускорегулирующая аппаратура входит в состав конструкции светильника, замене подлежит только колба. Винтовые цоколи, вкручиваемые в обычные бытовые патроны, маркируются буквой E, а цифра обозначает их диаметр. Все, что необходимо лампе для запуска, находится внутри цоколя и меняется вместе с ней.

Светотехнические приборы высокого давления

Повышение давления балластного газа (обычно аргона) в колбе существенно увеличивает световую отдачу – до 60 Лм на Вт. Поэтому такой прием используется для создания мощных, но компактных источников света, используемых по большей части для наружного освещения. В маркировке таких ламп обязательно есть буква «Д» – дуговая.

Лампа ДРТ – дуговая ртутная трубчатая – в большей степени повторяет конструкцию 1901 года. Ее колба выполнена из тугоплавкого кварцевого стекла, она заполнена аргоном с небольшим количеством ртути. Является источником ультрафиолетового (18% от мощности) и инфракрасного излучения (15%). На видимый свет приходится 15%, остальное – тепловые потери. Инициация дугового разряда производится с помощью резонансного LC—контура, отключаемого после запуска.

Лампа ДРЛ – дуговая ртутная люминесцентная. Газоразрядная колба находится внутри еще одной, которая заполнена углекислым газом, защищающим люминофор от выгорания. Для коррекции спектра светового излучения используется люминофор, дающий красное свечение. Его смешение с сине-зеленым светом газоразрядной колбы дает ослепительно белый свет. Горение паров ртути инициирует тлеющий разряд, возникающий между основными и дополнительным электродами (по два каждого вида). Полный световой поток лампа выдает через 10 минут после подключения к источнику питания. Цоколь типа Е, но пускорегулирующая аппаратура (балластный дроссель) находится на самом светильнике, а не внутри его. Видимое излучение составляет 17% от подводимой мощности, ИК-излучение – 14. На тепловые потери приходится 69%.

Лампа ДРВ – ртутно-вольфрамовая. Отличается от предыдущей тем, что внутри внешней колбы находится вольфрамовая нить. Она заменяет балластный дроссель, поэтому лампу можно включать в обычный бытовой патрон. Однако ее эффективность ниже ДРЛ на 30%.

Основные параметры

Главные характеристики люминесцентных ламп – это световой поток и цветовая температура. Первый параметр характеризует силу свечения без привязки к потребляемой мощности. Он в пять раз больший на каждый ватт, чем у ламп накаливания. Второй определяет то, насколько цвет излучения приятен для человеческого глаза. Оптимально – 3000 ⁰К. Порог физиологического комфорта наступает при 4800 ⁰К – цвет полуденного солнца. Также на упаковках указывается индекс цветовой передачи. Он измеряется по 100-бальной шкале. Если цифра меньше 90, то такую лампу лучше не использовать дома и там, где важна точность передачи оттенков. Например, при оформлении художественных галерей.

Достоинства и недостатки

Люминесцентные энергосберегающие лампочки имеют световую отдачу в пять раз большую, чем у лампы накаливания при той же потребляемой мощности. Они излучают рассеянный свет, можно подобрать разные оттенки. Срок службы в идеальных условиях 15–20 тыс. часов.

Однако они чувствительны к качеству электропитания, а наличие пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА) существенно усложняет конструкцию, что ведет к уменьшению ее надежности. Например, КЛЛ не выдерживают установки в закрытые светильники, они перегреваются и выходят из строя. От качества ЭПРА напрямую зависит частота мерцания – фактор, влияющий на зрение. Компактная люминесцентная лампа со встроенной в цоколь ЭПРА в разы дороже ламп накаливания. При этом она не поддерживает диммирования и не может быть включена вместе датчиками движения. Содержащаяся внутри колбы ртуть делает ее потенциально опасной.

Энергосберегающие лампочки со встроенной в цоколь пусковой аппаратурой хотя и превосходят по энергетической эффективности лампы накаливания, но уступают им по надежности и цене. Применение появившихся позднее светодиодных ламп более оправдано, даже несмотря на их еще более высокую стоимость.