Lampy fluorescencyjne: parametry, budowa, schemat, plusy i minusy w porównaniu z innymi

Nowoczesne lampy fluorescencyjne (LF) doskonale radzą sobie z oświetleniem dużych powierzchni mieszkalnych, biurowych i technicznych, pozwalając zmniejszyć całkowite zużycie energii elektrycznej o 50-83%, obniżając w ten sposób rachunki za media.

W tym artykule omówimy parametry pracy LF, ich budowę, przeanalizujemy główne zalety i wady w porównaniu z innymi typami urządzeń oświetleniowych. Dodatkowo przedstawimy tematyczne zdjęcia i schematy, a także filmy o zasadzie działania świetlówek i cechach ich zastosowania.

Zasada działania i budowa lamp fluorescencyjnych

Urządzenie fluorescencyjne jest gazowowyładowczym źródłem światła, w którym w parach rtęci wyładowanie elektryczne wytwarza intensywne promieniowanie ultrafioletowe.

Kompaktowe moduły fluorescencyjne mają standardowy trzonek, dzięki czemu stanowią wygodny zamiennik jasnych, ale bardziej energochłonnych żarówek.

Jak działa świetlówka?

W światło widzialne dla ludzkiego oka przekształca go specjalna substancja zwana luminoforem, składająca się z halofosforanu wapnia zmieszanego z dodatkowymi pierwiastkami.

Po podłączeniu lampy fluorescencyjnej do sieci elektrycznej, wewnątrz szklanej bańki należy utrzymywać tak zwane wyładowanie jarzeniowe.

Umożliwia to zapewnienie świecenia warstwy luminoforu w trybie ciągłym, nawet podczas krótkotrwałego wyłączenia głównego zasilania.

Wcześniej klasyczna lampa fluorescencyjna miała postać rurki z obu stron zatopionej, wewnątrz której znajdują się pary rtęci. Obecnie urządzenia są produkowane w bardziej różnorodnych kształtach i konfiguracjach.

Cechy konstrukcyjne urządzenia

Tradycyjna lampa fluorescencyjna to szklany cylinder o średnicy zewnętrznej 12, 16, 26 i 38 mm, zwykle prezentowany jako:

• prosta wydłużona rurka;
• wygięty moduł w kształcie litery U;
• pierścień;
• złożona figura.

W końcowe krawędzie hermetycznie wlutowane są nóżki. Na ich wewnętrznej stronie umieszczone są wolframowe elektrody, konstrukcyjnie przypominające bispiralne żarniki, wbudowane w żarówki «Ilicza».

W niektórych typach świetlówek stosuje się bardziej zaawansowane trispirale, będące skręconą bispiralą. Urządzenia nimi wyposażone mają podwyższony poziom sprawności i niższy próg strat ciepła, znacząco podnosząc ogólną efektywność strumienia świetlnego.

Od zewnętrznej strony elementy elektrodowe są przylutowane do metalowych kołków metalowej oprawki, na które podawane jest napięcie robocze.

Urządzenia w kształcie U i proste są zwykle wyposażone w oprawki G5 i G13, gdzie kod literowy oznacza typ kołkowy elementu oprawki, a cyfrowy wskazuje odległość między elementami roboczymi.

Środowisko przewodzące znajdujące się wewnątrz szklanej bańki ma ujemny opór. Gdy między dwoma przeciwległymi elektrodami następuje wzrost prądu wymagający ograniczenia, ujawnia się on i obniża napięcie robocze.

W schemat obwodu załączania zwykłej świetlówki wchodzi dławik lub statecznik. Odpowiada on za wytworzenie wysokiego napięcia impulsowego niezbędnego do prawidłowej aktywacji lampy.

Rysunek przedstawia wewnętrzną budowę lampy fluorescencyjnej i obrazowo wyjaśnia podstawową zasadę działania jej głównych elementów składowych.

Oprócz tego elementu, statecznik elektromagnetyczny jest wyposażony w starter. Stanowi on element wyładowania jarzeniowego, wewnątrz którego znajdują się dwa elektrody otoczone środowiskiem gazu obojętnego.

Jeden z nich składa się z bimetalicznej płytki. W stanie spoczynku oba elektrody znajdują się w stanie rozwartym.

Popularne rodzaje takich świetlówek

Podstawowa klasyfikacja wyrobów na bazie fluorescencji dokonywana jest według poziomu ciśnienia bazowego. Urządzenia wysokiego ciśnienia są używane do instalacji oświetleniowych dużej mocy i oświetlenia zewnętrznego ulicznego.

Lampy niskiego ciśnienia są stosowane w gospodarstwie domowym do dostarczania światła w pomieszczeniach produkcyjnych, technicznych i mieszkalnych różnego przeznaczenia.

Rodzaj #1 — moduły wysokiego ciśnienia

Urządzenia wysokiego ciśnienia wytwarzają nasycony strumień świetlny o dobrej gęstości. Wewnętrzna powierzchnia elementu bańki ma specjalne pokrycie luminescencyjne z fluorogermanianu lub arsenianu magnezu.

Moc robocza takich świetlówek waha się w zakresie 50-2000 W.

Wysokociśnieniowe moduły rtęciowe do poprawnej pracy wymagają znamionowego napięcia sieciowego 220 woltów. Ich współczynnik tętnienia wynosi zazwyczaj od 61 do 74%.

Pełne zapalenie modułu oświetleniowego następuje w ciągu 3 sekund. Żywotność urządzeń o mocy 80-125 watów wynosi około 6 000 godzin, a lampy od 400 W i więcej mogą działać do 15 000 godzin pod warunkiem ścisłego przestrzegania zasad eksploatacji ustalonych przez producenta.

Rodzaj #2 — produkty niskiego ciśnienia

Lampy fluorescencyjne niskiego ciśnienia są stosowane do zapewnienia strumienia świetlnego w pomieszczeniach mieszkalnych, technicznych i produkcyjnych.

Konstrukcyjnie urządzenie jest rurką z wytrzymałego szkła, zawierającą wewnątrz argon pod ciśnieniem 400 Pa oraz niewielką ilość rtęci lub amalgamatu. Na rynku oferowane jest w różnorodnych modyfikacjach i wyposażone w dwa elementy elektrodowe.

Najniższa temperatura, jaką mogą wytrzymać lampy fluorescencyjne niskiego ciśnienia, wynosi -15 °C. Dlatego do użytku na otwartych przestrzeniach te źródła światła są uznawane za nieodpowiednie.

Szklana bańka może mieć bardzo różne średnice. Poziom strumienia świetlnego zmienia się w zależności od mocy samego urządzenia. Do jego poprawnej pracy wymagany jest starter dławikowy. Średni okres eksploatacji wynosi 10 000 godzin.

Cechy kompaktowych świetlówek

Kompaktowe lampy fluorescencyjne to hybrydowe urządzenia, łączące w sobie niektóre specyficzne cechy żarówek i charakterystyki lamp fluorescencyjnych.

Dzięki postępowym technologiom i rozszerzonym możliwościom innowacyjnym, mają małą średnicę i niewielkie wymiary, charakterystyczne dla żarówek Iljicza, a także wysoki poziom efektywności energetycznej, typowy dla serii lamp fluorescencyjnych.

Kompaktowe lampy fluorescencyjne są produkowane z tradycyjnymi trzonkami E27, E14, E40 i bardzo aktywnie wypierają z rynku klasyczne żarówki dzięki zapewnieniu wysokiej jakości światła przy znacznie mniejszym zużyciu energii elektrycznej.

Kompaktowe lampy fluorescencyjne w większości przypadków są wyposażone w elektroniczny statecznik i mogą być używane w oprawach oświetleniowych specyficznego typu. Stosowane są również do wymiany prostych i zwykłych żarówek w nowych i zabytkowych lampach.

Pomimo wszystkich zalet, kompaktowe moduły mają następujące specyficzne wady:

• efekt stroboskopowy lub migotanie – główne przeciwwskazania dotyczą epileptyków oraz osób z różnymi chorobami oczu;
• wyraźny efekt hałasu – podczas długotrwałego użytkowania pojawia się tło akustyczne, które może powodować pewien dyskomfort u osoby znajdującej się w pomieszczeniu;
• zapach – w niektórych przypadkach urządzenia wydzielają ostre, nieprzyjemne zapachy, drażniące zmysł węchu.

Ostatnia pozycja jest częściej obserwowana w przypadku bezimiennych wyrobów pochodzenia chińskiego, a dwie pierwsze często dotyczą nawet markowych urządzeń wykonanych zgodnie ze wszystkimi zasadami i nowoczesnymi wymaganiami. Ranking najlepszych producentów świetlówek kompaktowych przedstawiliśmy w tym artykule.

Podstawowe spektrum temperatur barwowych

Kolor świecenia – jeden z najważniejszych parametrów, bezpośrednio zależny od składu luminoforu, który przekształca promieniowanie ultrafioletowe w światło.

Obecnie do najczęściej spotykanych należy 7 określeń odcieni strumienia wytwarzanego przez lampy fluorescencyjne:

• LEB – naturalna biel z wyraźnym zimnym odcieniem;
• LDC – naturalna dzienna z poprawioną jakością oddawania barw;
• LTB – ciepła biel;
• LD – tradycyjna dzienna biel;
• LB – klasyczna biel;
• LEC – naturalna o najwyższej jakości oddawania odcieni;
• LHB – zwykła zimna biel.

Do pomieszczeń mieszkalnych, w których człowiek spędza dużo czasu, odpowiednie są odcienie ciepłej gamy lub naturalne lampy dzienne o podwyższonym poziomie oddawania barw.

Tonalności białe i dzienne z reguły występują w pomieszczeniach biurowych, roboczych, przemysłowych, gabinetach i salach wykładowych. Sprzyjają koncentracji uwagi, zwiększają aktywność mózgu i poprawiają ogólną zdolność uczenia się oraz wydajność pracy.

Najzimniejsze odcienie są stosowane w placówkach medycznych, laboratoriach, szpitalach i pomieszczeniach technicznych. Nadają przedmiotom dodatkową wyrazistość i zwiększają ostrość widzenia.

Luminofory do witryn mięsnych w sklepach spożywczych wyróżniają się specjalnie dobranym spektrum promieniowania w kolorze różowym. Podkreśla on naturalne odcienie produktów, czyniąc je bardziej atrakcyjnymi w oczach klientów.

Składniki barwne dodane do luminoforu pozwalają uzyskać różowe, niebieskie, zielone i inne nietypowe odcienie lamp.

Takie urządzenia są używane w celach projektowych, reklamowych i komercyjnych. Za ich pomocą tworzy się oryginalne świecenie, potrzebne w konkretnym, indywidualnym przypadku.

Więcej informacji o temperaturze barwowej światła, osobliwościach percepcji koloru przez człowieka i niuansach wyboru napisaliśmy w następnym artykule.

Mocne i słabe strony urządzeń

Jak w przypadku wszelkich technicznych urządzeń przeznaczonych do oświetlania pomieszczeń mieszkalnych i roboczych, lampy fluorescencyjne mają swoje słabe i mocne strony.

Na podstawie tych informacji można określić, gdzie rozsądniej je stosować, a w jakich przypadkach warto dać pierwszeństwo źródłom światła innego rodzaju.

Pozytywne strony lamp

Podstawową zaletą produktów fluorescencyjnych jest zwiększona skuteczność świetlna i wysoki poziom wydajności. Zapewniają one pomieszczeniu oświetlenie, które nie męczy oczu, i wykazują normalną wytrzymałość nawet w warunkach intensywnej eksploatacji.

Moduł jest około 5 razy mocniejszy od podstawowej mocy zwykłej żarówki Iljicza. A 20-watowa świetlówka daje strumień świetlny równy temu, który zapewnia żarówka tradycyjna o mocy 100 watów.

Zróżnicowane temperatury odcieni światła, zbliżone gamą do naturalnego światła słonecznego, pozwalają dobrać odpowiedni oprawę oświetleniową do różnych celów i do pomieszczeń dowolnego przeznaczenia.

Strumień światła emitowany przez moduł jest rozproszony, a nie skierowany. Spokojny, przyjemny dla oka blask pochodzi nie tylko z wolframowego włókna znajdującego się wewnątrz, ale także z całej zewnętrznej powierzchni bańki.

Pozwala to wykorzystać źródła fluorescencyjne zarówno do tworzenia ogólnego oświetlenia tła, jak i do organizacji światła strefowego.

Świetlówki nie nadają się do stosowania w miejscach, gdzie oświetlenie włącza się automatycznie na podstawie sygnałów z czujników ruchu. Są ograniczone co do dopuszczalnej liczby włączeń w określonym okresie czasu, a przy zbyt częstej aktywacji mogą ulec awarii.

Czas eksploatacji produktów fluorescencyjnych różni się w zależności od modelu i sięga 20 000 godzin lub 5 lat.

Należy jednak wiedzieć, że lampa wykorzystuje ten zasób tylko przy spełnieniu następujących warunków:

• zapewnienie odpowiedniej ilości wysokiej jakości zasilania elektrycznego bez skoków i wahań;
• wysokiej jakości statecznik;
• określona liczba włączeń, zazwyczaj nie więcej niż 2000 w ciągu pierwszych 2 lat użytkowania, co stanowi zaledwie 5 włączeń dziennie.

Naruszenie tych podstawowych warunków znacznie pogorszy skuteczność oprawy oświetleniowej i znacznie skróci jej żywotność.

Moduły można wykorzystać do oświetlania szklarni. Zapewniają naturalne światło maksymalnie zbliżone do słonecznego, nie pobierają dużo energii elektrycznej i wykazują dobrą odporność na wahania napięcia, charakterystyczne dla podmiejskich sieci energetycznych.

Poziom zużycia energii przez świetlówki jest prawie 5 razy niższy niż w przypadku tradycyjnych produktów, dlatego można je zaliczyć do energooszczędnych źródeł światła.

Za ich pomocą można skutecznie oświetlić duże pomieszczenie, nie wydając przy tym dużych pieniędzy na rachunki za media.

Temperatura robocza na powierzchni żarówki nie przekracza 50 stopni. Daje to możliwość użytkowania lampy w pomieszczeniach, w których stawiane są podwyższone wymagania dotyczące bezpieczeństwa pożarowego.

Główne wady modułów

Pierwszą dużą wadą produktów jest nadmierna wrażliwość na wahania temperatury. Silnie reagują na ruchy słupka rtęci i mogą przestać działać przy ochłodzeniu poniżej -20 °C.

Upał przekraczający +50 °C w najmniejszym stopniu nie wpływa korzystnie na funkcjonowanie i poważnie ogranicza zakres zastosowania tych źródeł światła.

Wrażliwość na wilgoć również nie należy do zalet i nie pozwala na szerokie stosowanie produktów w łazienkach i pomieszczeniach sanitarnych.

Z biegiem czasu luminofor w bańkach lamp ulega degradacji i zmienia się widmo emisji. Równocześnie spada poziom strumienia świetlnego urządzenia i wyraźnie obniża się sprawność.

Czasami do wad zalicza się sam strumień świetlny, mający liniowe, nierównomierne widmo, które zniekształca naturalne odcienie przedmiotów znajdujących się w pomieszczeniu.

Nie wszyscy odczuwają to wizualnie, ale dla tych, którzy dostrzegają tę wadę zbyt wyraźnie, sprzedawane są lampy z luminoforem zbliżonym do ciągłego, bardziej naturalnego widma. Prawda, że ich strumień świetlny jest znacznie mniejszy.

Zdarzają się sytuacje, w których lampy fluorescencyjne migają z podwójną częstotliwością sieci zasilającej. Problem ten jest rozwiązywalny przez pewne ulepszenie urządzenia, w szczególności przez zastosowanie statecznika elektronicznego z odpowiednim poziomem pojemności kondensatora wygładzającego prąd wyprostowany na wejściu falownika.

To, że producenci starają się oszczędzać i nie wyposażają urządzeń w kondensatory o wymaganej pojemności, nieco martwi.

Domowe moduły lamp fluorescencyjnych (LL) najlepiej czują się, gdy temperatura otoczenia utrzymuje się w zakresie od +5 do +35 °C. Gdy termometr wskazuje niższe wartości, uruchomienie urządzenia jest znacznie utrudnione, a czas eksploatacji wyraźnie się skraca.

Potrzeba dodatkowego urządzenia rozruchowego również nieco zmniejsza popularność lamp. Wymagają one koniecznie albo nadmiernie hałaśliwego i dość nieporęcznego dławika ze starterem o niskiej niezawodności, albo bardziej zaawansowanego statecznika elektronicznego z funkcją regulacji mocy, ale kosztującego spore pieniądze.

Kolejnym słabym punktem lamp fluorescencyjnych jest wysoka wrażliwość na włączanie. Podczas bezpośredniej aktywacji lampy na elektrodach wypala się i osypuje specjalna substancja, która zapewnia stabilność wyładowania i chroni wewnętrzną wolframową żarnik przed przegrzaniem.

Ciągłe włączanie znacznie skraca żywotność urządzenia. Ponadto pojawia się widoczne dla oka, irytujące migotanie, a brzegi bańki lampy ciemnieją i tracą estetykę.

Zagrożenie chemiczne dla zdrowia

Jedną z głównych wad fluorescencyjnych źródeł światła jest zagrożenie chemiczne. W bańce lampy znajduje się wysoce toksyczna rtęć, a jej ilość waha się od 1 do 70 mg.

Opary tej substancji mogą szkodzić zdrowiu osób stale przebywających w pomieszczeniach oświetlanych lampami typu LL.

Nie wolno naruszać integralności zużytej lampy, w przeciwnym razie toksyczna rtęć przedostanie się do środowiska. Za nieautoryzowaną utylizację przewidziana jest grzywna, dlatego lepiej przekazać produkt do centrum zajmującego się przetwarzaniem elementów niebezpiecznych dla przyrody i człowieka.

Gdy moduł ulegnie awarii, w żadnym wypadku nie wolno go rozbijać ani wyrzucać do zwykłego kosza. Należy go utylizować zgodnie z normami i przepisami jasno opisanymi w obowiązującym prawie.

Na przykład, zawozić na składowiska, gdzie od ludności przyjmowane są materiały toksyczne w celu ich prawidłowego zniszczenia lub przetworzenia.

Porównanie z innymi źródłami światła

Lampy typu LL znacznie różnią się od starzejących się żarówek żarowych, jak i od postępowych diod LED.

W porównaniu z tymi pierwszymi zużywają 5 razy mniej energii elektrycznej, zapewniając jednocześnie ten sam poziom nasycenia strumienia świetlnego. Z kolei pod względem mocy w połączeniu z poborem energii nieco ustępują urządzeniom LED.

Tabela wyraźnie pokazuje w liczbach, o ile bardziej opłacalne jest używanie zamiast tradycyjnych żarówek Edisona bardziej nowoczesnych źródeł wysokiej jakości oświetlenia.

Co prawda, żarówka żarowa przez cały okres pracy świeci z tą samą intensywnością, podczas gdy lampy fluorescencyjne tracą część nasycenia z powodu wypalania się wewnętrznej warstwy odbijającej ultrafiolet.

Produkty LED w trakcie eksploatacji stają się nieco przyćmione z powodu degradacji diod roboczych. A w niektórych modelach istnieje możliwość regulacji jasności oświetlenia za pomocą ściemniacza (dimmera).

W żarówkach żarowych lub lampach fluorescencyjnych taka funkcja nie jest przewidziana. Ale ten wygodny tryb w urządzeniach LED nie jest darmowy i trzeba będzie za niego dopłacić.

Pod względem kruchości konstrukcyjnej żarówki żarowe i lampy fluorescencyjne są podobne, ponieważ mają szklaną bańkę. Moduły LED są w tym zakresie bardziej odporne na uderzenia i uszkodzenia mechaniczne. Ponadto brak w środku jakichkolwiek szkodliwych i toksycznych elementów czyni je znacznie bardziej atrakcyjnymi do użytku w warunkach domowych.

Najwyższe koszty w całym okresie eksploatacji generuje użycie żarówek. Fluorescencyjne zużywają energię w rozsądnych granicach, a diody LED umożliwiają obniżenie kosztów do minimalnych wartości.

Jeśli chodzi o stronę finansową, początkowo najtańsza jest żarówka. Jednak biorąc pod uwagę jej żywotność wynoszącą zaledwie 1000 godzin, trudno uznać to za wyraźną zaletę.

Cena wyjściowa fluorescencyjnych jest wyższa, ale działają one znacznie dłużej. Jak mówią renomowani producenci, wystarczają na 10 000–15 000 godzin, jeśli liczba dziennych aktywacji nie przekracza 5–6 razy.

Moduły LED mogą pochwalić się jeszcze lepszymi parametrami, ale za tę przyjemność trzeba zapłacić znacznie więcej, co nie zawsze jest uzasadnione. Mimo to tendencja wymiany jednych źródeł światła na inne jest powszechnie obserwowana. O konieczności wymiany żarówek fluorescencyjnych na LED oraz o kolejności wykonywania tej pracy pisaliśmy tutaj.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Na jakiej zasadzie działają fluorescencyjne. Szczegółowe wyjaśnienie wszystkich niuansów funkcjonowania ekonomicznych i energooszczędnych urządzeń oświetleniowych:

Na czym polegają główne różnice między elementami fluorescencyjnymi a prostymi i tradycyjnymi żarówkami. Porównanie mocy, strumienia świetlnego i zużycia energii dwóch nowoczesnych produktów oświetleniowych:

Czym są kompaktowe energooszczędne żarówki fluorescencyjne. Jak działają, ile watów zużywają i do jakich celów są używane:

Urządzenie fluorescencyjne to praktyczny odpowiednik klasycznej żarówki. Dzięki niemu można zapewnić wysokiej jakości strumień świetlny w pomieszczeniu o dowolnych wymiarach, redukując przy tym zużycie energii. Będzie służyć długo i nie sprawi właścicielom żadnych poważnych problemów.

Potem, gdy lampy przepracują swój okres, należy je zutylizować, a w zamian kupić nowe, bardziej nowoczesne moduły.

A jaki typ żarówek preferujecie Państwo i co sądzicie o żarówkach fluorescencyjnych? Podzielcie się z innymi użytkownikami swoją opinią, opowiedzcie, w czym widzicie główne zalety LL, a co, osobiście dla Was, jest istotną wadą tych urządzeń.

Jeśli posiadacie Państwo dobrą wiedzę teoretyczną na temat powyższego artykułu i chcecie uzupełnić nasz materiał o przydatne niuanse, prosimy pisać swoje komentarze w bloku poniżej.