В этой статье: история создания компактной люминесцентной лампы; ее устройство и принцип работы; спектр энергосберегающей лампы зависит от состава люминофора; плюсы и минусы энергосберегающих люминесцентных ламп; как выбрать энергосберегающую лампу.
Запрет на продажу и производство в России привычных нам ламп накаливания породил ряд устойчивых слухов вокруг энергосберегающих ламп. Для рядового потребителя, какими мы с вами и являемся, главной задачей осветительных приборов было и остается само качество освещения. И, разумеется, не хочется нести лишние расходы на приобретение этих «новомодных» ламп, ведь стоят они гораздо дороже «лампочек Ильича». Рассмотрим характеристики энергосберегающих ламп в этой статье.
История создания
Официально первая люминесцентная или, как ее еще называют, флуоресцентная лампа была создана в начале прошлого века инженером-изобретателем из США Питером Купером Хьюиттом, получившим на нее патент 17 сентября 1901 года. Хотя некоторые исследователи оспаривают его первенство в изобретении, называя «отцом» люминесцентной лампы малоизвестного немецкого физика Мартина Аронса, экспериментировавшего с ртутными лампами в конце XIX века.
Изобретенная и запатентованная Хьюиттом люминесцентная лампа содержала ртуть, пары которой нагревались проведенным через нее электротоком. Лампа Хьюитта была шарообразной формы и слегка изогнута, она давала больше света, чем лампы Лодыгина-Эдисона, но свет этот был голубовато-зеленым, неприятным для глаза. По этой причине первые ртутные лампы использовали только фотографы и они не получили широкого распространения.
Питер Купер Хьюитт. 1861-1921
Люминесцентная лампа в ее практически современном виде была создана группой немецких изобретателей во главе с Эдмундом Гермером, запатентовавшими свое изобретение 10 декабря 1926 года. Именно Гермеру пришла идея нанести флуоресцирующее покрытие на стеклянную поверхность лампы изнутри, которое преобразовывало ультрафиолетовое свечение ртутной лампы в белый свет, не режущий глаз. Альберт Халл, инженер компании «General Electric», разработал люминесцентную лампу с аналогичным покрытием к началу 1927 года, но компания была вынуждена приобрести патент Эдмунда Гермера, как оформившего его раньше.
С момента приобретения патента Гермера инженеры «General Electric» активно принялись за совершенствование люминесцентных ламп, стараясь довести их до серийного производства. Для сокращения размеров колбы были созданы лампы круглой и U-образной формы, продемонстрированные на стенде «GE» на всемирной нью-йоркской выставке 1939 года, лампы с компактной спиралевидной колбой разработаны инженером «General Electric» Эдвардом Хаммером в 1976 году. Впрочем, спиралевидные люминесцентные лампы в 80-х так и не были запущены в производство, поскольку руководители компании сочли расходы на строительство новых заводов чрезмерными. В 1995-м медлительностью «General Electric» воспользовались китайские производители, наладив выпуск энергосберегающих ламп со спиралевидными колбами.
Эдвард Хаммер со своим изобретением — лампой с компактной спиралевидной колбой
Ввинчивающаяся лампа с магнитным балластом (SL) была создана компанией «Philips» в 1980 году — она стала первой люминесцентной лампой такого рода, способной конкурировать с лампами накаливания. Энергосберегающую лампу с электронным балластом (CFL) в 1985 году впервые продемонстрировал немецкий концерн «Osram».
Как устроена и работает энергосберегающая лампа
Основные конструкционные элементы люминесцентной лампы — колба, электронный балласт и цоколь. Цоколь с резьбой для вкручивания в патрон лампы и с контактами для ее питания практически не отличается от цоколя обычной лампы накаливания.
Изогнутая колба люминесцентной лампы покрыта слоями люминофора, наполнена инертным газом и, в небольшом количестве, парами ртути — их ионизация и вызывает свечение лампы при подключении питания. Содержание ртути в люминесцентных лампах составляет от 1-го до 70 мг. Внутри колбы расположены вольфрамовые электроды, покрытые смесью окислов бария, кальция, цинка и стронция. Люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность стеклянной колбы в компактных люминесцентных лампах, содержит щелочноземельные металлы, и поэтому на 40% дороже люминофоров, применяемых в продолговатых люминесцентных лампах для потолочных светильников. Щелочноземельные металлы в составе люминофора компактных ламп обеспечивают работу при высокой интенсивности облучения, благодаря им стало возможным уменьшение диаметра ламповой колбы. Причудливо изогнутая форма колбы в люминесцентных лампах позволяет уменьшить ее длину за счет разделения на несколько коротких, сообщающихся друг с другом секций.
Сами по себе лампы, покрытые люминофором и содержащие пары ртути, при подключении питания работать не будут — требуется пускатель-балласт, встроенный в лампу между цоколем и колбой. Потребляя высокочастотный ток порядка 50 кГц, электронный балласт (CFL) устраняет эффект мерцания энергосберегающих ламп, одновременно повышая выработку света. Высокочастотный ток электронный балласт повышает для себя сам — содержит в своей схеме инвертор. Также в задачи балласта входят подогрев электродов и поддержание мощности люминесцентной лампы на номинальном уровне, вне зависимости от перепадов напряжения в сети. От того, насколько качественно выполнен электронный балласт, зависит срок службы энергосберегающей лампы.
Как работает люминесцентная лампа? Подача питания вызывает разряд между электродами, ток проходит через смесь инертного газа и паров ртути, быстрые электроны наталкиваются на медлительные атомы ртути — лампа зажигается. Однако 98% светового излучения, производимого энергосберегающей лампой — ультрафиолет, невидимый для человеческого зрения. А видимый свет, идущий от нее, обеспечивают слои люминофора, светящиеся под воздействием ультрафиолетового облучения. Цветность освещения, вырабатываемого люминесцентными лампами, зависит от химического состава люминофора, нанесенного на стеклянную колбу с внутренней стороны.
Зависимость видимого спектра люминесцентной лампы от люминофора
Свет, генерируемый дешевыми энергосберегающими лампами, чаще всего неприятен для зрения — в его спектре преобладают синий и желтый цвета, в результате цвет предметов в освещаемом помещении неестественен. Причины кроятся в типе люминофора, содержащем недорогой галофосфат кальция. Такие лампы, обладая высокой светоотдачей, предназначены для освещения нежилых помещений (складов и т.п.) — внешне вырабатывают белый свет, но его отражение от предметов выявляет неполный спектр (отсутствие красного и зеленого цветов).
Энергосберегающие лампы для домашнего освещения имеют более высокую цену, т.к. люминофор в них создает 3-5 цветных полос (к примеру красную, зеленую и голубую) из видимого для человеческого глаза спектра и имитирует эффект естественного света, но уменьшает при этом светоотдачу.
Характеристики энергосберегающей лампы
Сразу стоит оговориться, что приведенные ниже положительные характеристики зависят от производителя данной лампы — его желание сэкономить на сырье и комплектующих серьезно снижает качество и срок работы люминесцентных ламп.
Плюсы энергосберегающих ламп:
- значительно меньшее, по сравнению с лампами накаливания, потребление электроэнергии при большей светоотдаче. Если лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет светоотдачу 100-150 люмен, то светоотдача люминесцентной лампы мощностью 20 Вт составит 1 100-2 000 люмен — разница очевидна. Низкое потребление электропитания энергосберегающих ламп, помимо прочего, существенно понижает нагрузку на электропроводку;
- значительный срок службы, в 8-10 раз превышающий срок службы ламп накаливания. При работе в среднем 2,5-3 часа в сутки люминесцентная лампа будет освещать помещение 8 000-11 000 часов и прослужит несколько лет (зависит от модели и производителя), примерно в 6-8 раз дольше, чем обычная «лампа Ильича»;
- в течение всего срока работы интенсивность освещения компактными люминесцентными лампами не изменяется;
- наибольшая температура работающей энергосберегающей лампы не превысит 60 оС. 95% энергии в лампах накаливания идет на нагрев, т.е. при мощности в 100 Вт лампа накаливания нагреется до 95 оС;
- производятся лампы нескольких световых оттенков освещенности, основные — теплый дневной свет (аналогичен цвету освещения от ламп накаливания), дневной свет и холодный дневной свет;
- в производимом световом потоке полностью отсутствует мерцание (стробоскопический эффект), стабильность освещения обеспечивается электронным балластом лампы;
- заводская гарантия от производителя на каждую энергосберегающую лампу. На «лампы Ильича» гарантий никогда не было.
Минусы энергосберегающих ламп:
- высокая цена. Если лампы накаливания стоят 10-25 руб., то люминесцентные лампы обойдутся в 80-400 руб. Китайские и отечественные энергосберегающие лампы стоят дешевле, европейские — дороже;
- выступ на цоколе, где находится балласт лампы, иногда мешает ее установить. Не смотрится лампа с электронным балластом и при установке ее в люстру, т.к. слишком заметен цоколь;
- на разогрев до полной яркости светоизлучения этим лампам требуется от 30 секунд до двух минут;
- срок исправной работы компактных люминесцентных ламп зависит от частоты включения и выключения питания — чем чаще это происходит, тем быстрее лампа выйдет из строя. Межу отключением и повторным включением необходимо выдерживать паузу не менее 5 минут;
- такие лампы нельзя использовать людям, имеющим кожные болезни и заболевание эпилепсией, т.к. интенсивность освещения энергосберегающих ламп выше обычных и может привести к негативным последствиям;
- нельзя разбивать стеклянную колбу лампы, т.к. пары ртути попадут в помещения и их придется в любое время года проветривать в течение несколько часов, причем жильцам на весь срок проветривания потребуется покинуть помещения дома (квартиры) — это важно. Если же разбито несколько ламп сразу — потребуется вызывать специалистов МЧС для проведения демеркуризации. Не разбивайте люминесцентные лампы;
- совершенно не ясно, как утилизировать вышедшие из строя люминесцентные лампы — выбрасывать в утиль их запрещается, а каких-то специализированных пунктов приема в большинстве населенных пунктов не имеется.
Как выбрать энергосберегающую лампу
Прежде всего, убедитесь в целостности предлагаемой продавцом лампы, надежном соединении колбы с цоколем — непрочным соединением обычно грешат лампы небольших китайских производителей, собираемые вручную.
Мощность новой лампы определяется по мощности ранее используемых в данном помещении ламп накаливания с уменьшением в 4-5 раз. Т.е. если использовались «лампы Ильича» в 100 Вт — понадобится люминесцентная лампа в 20-25 Вт (лучше брать с небольшим запасом мощности).
Интенсивность освещения данной лампы определяется в температуре по шкале Кельвина, указанной на ее упаковке: от 2 700 до 4 000 оК — теплый свет (аналог света от ламп накаливания), такие лампы подходят для освещения спальни и кухни; от 4 000 до 5 000 оК — теплый белый свет, подходит для гостиных и залов; от 6 000 до 6 500 оК — холодный белый свет, применяется для помещений кабинетов и в офисах. Лампы последнего типа для освещения домов приобретать не стоит — свет слишком насыщен, трудно переносится.
Размер лампы. Цоколь люминесцентных ламп, как отмечалось выше, имеет большую длину, чем цоколь ламп накаливания — для домашнего освещения оптимальным будет цоколь стандарта E27 (длина — 105 мм, диаметр — 60 мм), размеры которого схожи с патронами под «лампы Ильича».
Гарантийный и эксплуатационный срок службы. Они указывается производителями на упаковке: оптимальный эксплуатационный срок в диапазоне 6 000-12 000 часов; гарантийный — от года и выше. Учтите, что далеко не для всех марок люминесцентных ламп заявленные сроки будут действительными — китайские производители могут указать высокие сроки, но фактически лампы выйдут из строя гораздо раньше.
Производители и марки. На российском рынке представлены энергосберегающие лампы европейских марок — немецких «Osram» и «Wolta», нидерландской «Philips», датской «Comtech», польской «Ikea», американской «General Electric»; российских — «Ecola», «Космос», «Аладин», «Лисма», «Uniel»; китайских — «Camelion», «Navigator» и др. Разумеется, продукция крупнейших европейских производителей отличается высоким качеством и эксплуатационными характеристиками, но стоит отметить, что компактные люминесцентные лампы отечественного производства также имеют неплохое качество при меньшей стоимости.
В заключении
Как видно из этой статьи, люминесцентные лампы действительно экономят электроэнергию и исправно служат при условии, если соблюдаются требования к их эксплуатации. Высокая стоимость и некоторое содержание паров ртути, конечно, остаются проблемой для потребителей, но производители пытаются решить их — к примеру, в современных моделях энергосберегающих ламп ртуть связана амальгамой кальция и не испарится, как утверждают производители, при повреждении лампы.
Другим способом сэкономить электроэнергию и гарантированно исключить проникновение паров ртути в жилые помещения будет использование светодиодных ламп, но эта тема для отдельной статьи.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
