Люминесцентная лампа: плюсы и минусы, советы по выбору, утилизация

За продолжительный период эксплуатации были хорошо изучены преимущества и недостатки люминесцентных ламп, что позволило наиболее рационально использовать их в осветительных приборах. В настоящее время большую популярность завоевывают компактные энергосберегающие устройства, нашедшие широкое применение в бытовых условиях.

Общие сведения

Люминесцентные лампы относятся к категории газоразрядных источников света низкого давления. В газовой среде возникает разряд электрического тока, вызывающий появление ультрафиолетового излучения, невидимого для обычного зрения. Попадая на стенки колбы с люминофорным покрытием, оно превращается в видимый световой поток.

Сама лампочка изготовлена в виде цилиндрической стеклянной трубки, внутри которой находится инертный газ и пары ртути. Торцы герметично закрыты крышками, с впаянными в них электродами. При подключении тока они создают электрический разряд, после чего запускаются все процессы, в конечном итоге вызывающие свечение лампы.

Все люминесцентные лампы обеспечивают создание мягкого равномерного светового потока. Он трудно поддается управлению и регулировке в связи с большой площадью излучающей поверхности. Форма трубок может быть линейная, кольцевая, U-образная, круглая. Собственные конфигурации предусмотрены для компактных люминесцентных ламп. Диаметр стеклянной колбы отображается в количестве восьмых частей дюйма. Например, маркировка Т5 соответствует 5/8 дюйма или около 16 мм. В каталогах и международных стандартах эта величина указывается только в миллиметрах.

Сегодня выпускается свыше 100 видов ламп общего назначения с собственными типоразмерами. Наибольшее распространение получили устройства мощностью 15, 20, 30 ватт под напряжение 127 вольт и 40, 80, 125 Вт – для 220 В. Срок эксплуатации в среднем составляет примерно 10 тысяч часов.

Все известные недостатки и преимущества люминесцентных ламп, их параметры и технические характеристики напрямую связаны с температурой окружающей среды. Наиболее подходящей температурой для ртутных паров считается 40 градусов, при которых достигается максимальная световая отдача.

Технические характеристики

Свойства каждой лампы отражены в ее параметрах, указанных производителями в маркировке или на упаковке. Обычно такой информации вполне хватает, чтобы сделать правильный выбор.

Прежде всего, следует обращать внимание на питающее напряжение. Для российских сетей предусмотрена маркировка 220-240V/50Hz, что полностью соответствует общепринятым параметрам. Точно так же на лампочке указывается значение потребляемой мощности. Иногда на упаковке приводится сравнение светового потока с лампой накаливания при одинаковом энергопотреблении.

Высокое качество известных производителей определяет преимущества люминесцентных ламп по данному показателю в 4-5 раз. Довольно часто встречается обозначение типа 16 Вт = 80 Вт. Это значит, что при одинаковом световом потоке люминесцентная лампа потребит всего 16 ватт, а обычная лампочка накаливания – целых 80 ватт.

Некоторые достоинства и недостатки определяются световым потоком, обозначающим величину мощности света с общем потоке излучения. Эта величина устанавливается лабораторным путем, измеряется в люменах (лм) и наносится на упаковку или отражается в паспорте.

Большое значение имеет показатель цветовой температуры, показывающей, насколько свечение приближено к естественному освещению. Этот параметр измеряется в Кельвинах и рассматривается в трех диапазонах:

  • Теплый белый диапазон – 2700-3200 К. Такие люминесцентные лампы производят мягкое белое световое излучение, с небольшим оттенком желтоватого цвета и лучше всего подходят для жилых помещений.
  • Холодный белый цвет находится в диапазоне 4000-4200 К. Лампы с такими показателями используются для освещения рабочих помещений, офисов и общественных зданий.
  • Диапазон дневного белого цвета – 6200-6500 К. Применяется в системах освещения улиц, нежилых помещений, театральных сцен и других аналогичных объектов. Отличается резким белым светом ярко выраженного холодного тона.

Выбирая лампу следует обязательно учитывать цветовую температуру. В случае замены изделие должно обладать такими же характеристиками.

Особенности эксплуатации

Рассматривая плюсы и минусы ламп дневного света, следует подробно остановиться на особенностях их эксплуатации, существенно отличающихся от обычных лампочек накаливания.

Поэтому, используя люминесцентные лампы, нельзя забывать о следующих обязательных правилах:

  • Эти источники света плохо переносят частые включения и выключения. Подобная ситуация связана с использованием в схеме стартера и дросселя. При каждом пуске происходит испарение электродов, в результате, концы трубок начинают чернеть. Высокое потребление тока пускорегулирующей аппаратурой во время пусков, вызывает повышенные нагрузки и преждевременный выход ее из строя. Поэтому маломощные лампы, до 15 Вт, рекомендуется включать и выключать один раз в день. Если же без этого никак не обойтись, нужно купить более дорогие лампы с системой плавного старта, которые будут работать без каких-либо проблем.
  • Повышенная чувствительность ламп дневного света к перепадам напряжения, особенно в сторону понижения. Пусковое устройство начинает еще больше потреблять тока, иначе пуск лампы просто не состоится. В результате, частое низкое напряжение вызывает преждевременный износ ПРА.
  • Люминесцентные лампы требуют предельно аккуратного обращения. Прежде всего это связано с парами ртути, содержащимися внутри колбы. Если ее разбить, то вредные вещества попадут в окружающую среду. Поэтому во время транспортировки или при хранении, светильники должны находиться в надежном устойчивом положении. Замена лампы осуществляется в перчатках, поскольку следы жира на колбе при нагреве могут привести к взрыву.
  • Необходимость контроля продолжительности работы лампочек. С этой целью дата ввода в эксплуатацию заносится в специальный журнал. Это делается в связи с ухудшением качества светового потока с течением времени. В реальности данное правило почти не соблюдается и замена лампы производится только после того, как она выйдет из строя.
  • Для люминесцентных ламп рекомендуется использовать светильники открытого типа. Во время работы некоторые из них сильно нагреваются, а закрытие приборы освещения не обеспечивают нужной вентиляции. Кроме того, матовая поверхность плафона задерживает световой поток и пропускает его лишь частично. Открытые светильники вообще не нагреваются и создают максимальную яркость при тех же энергозатратах.
  • Экономия электроэнергии, которую планируется получить, во многом зависит от производителя ламп дневного света. Дешевые устройства изготовлены из таких же материалов, поэтому качество света и срок службы оставляют желать лучшего. Лучше приобретать изделия известных брендов, максимально приближенных к заявленным техническим характеристикам.

Плюсы и минусы

Рассмотрев устройство и работу люминесцентных ламп, правила их эксплуатации, их плюсы и минусы, можно сделать вполне определенные выводы об положительных и отрицательных качествах.

Несомненными достоинствами этих изделий являются:

  • Повышенная экономичность по сравнению с традиционными лампочками накаливания. Коэффициент полезного действия выше в несколько раз. Серьезным конкурентом могут выступить светодиодные лампы, но их высокая стоимость тормозит широкое применение.
  • Высокая световая отдача, позволяющая осветить большие площади в помещениях и на прилегающих территориях.
  • Устройства с люминофором отличаются продолжительным сроком эксплуатации. У некоторых модификаций он составляет десятки тысяч часов при условии соблюдения всех правил и отсутствия частых включений и выключений. В них нет нитей накаливания, которые могут быстро перегореть.
  • Большинство моделей люминесцентных ламп не подвержены сильному нагреву и могут использоваться в светильниках, где максимально допустимая температура ограничена жесткими рамками.
  • Свет рассеивается с большой площади поверхности лампы и равномерно распределяется по всему помещению.

Отрицательные качества и недостатки проявляются в следующем:

  • Ртуть, содержащаяся в колбе, является опасным веществом, поэтому лампам требуется специальная утилизация.
  • С течением времени свойства люминофора теряются и его эффективность падает. В результате, снижается не только световая отдача, но и КПД.
  • Необходимость использования пускорегулирующей аппаратуры, без которой работа лампы невозможна.

Существуют и другие недостатки, но они не оказывают заметного влияния на использование люминесцентных ламп.

Как следует из самого названия, в люминесцентных лампах (ЛЛ) основным источником целевого светового излучения является люминофор — по происхождению слово восходит к латинскому lumen «свет» и древнегреческому φορός «несущий». Однако для того чтобы верно понять и оценить «генетическое происхождение» плюсов и минусов ЛЛ потребуется значительно углубиться в предмет рассмотрения.

«Генеалогическое древо» ЛЛ

Сам по себе люминофор никакого света не излучает, он лишь трансформирует электромагнитное излучение одной длины волны в другое, обычно — более длинноволновое (например, невидимый ультрафиолет — в любой оттенок видимого света или вообще ИК). Эффективность этого преобразования характеризуется КПД люминофора: отношение числа сгенерированных квантов к общему числу поглощённых (чем это отношение ближе к единице, тем лучше люминофор).

Во времена изобретения ЛЛ одним из самых эффективных источников типично возбуждающего люминофора УФ-излучения был электрический разряд в газах — и отсюда пошло самое первое разделение этих ламп: дуговой разряд в парах ртути высокого давления с последующим переизлучением на внешней колбе обусловил появление ДРЛ (Дуговых Ртутных Ламп), а «тлеющий» разряд в парах ртути низкого давления привёл к появлению «ламп-трубок», которые ныне и считаются «настоящими» ЛЛ. Любопытно отметить, что в этом контексте «очень дальними родственниками» ЛЛ можно считать и современные «белые» светодиоды, поскольку в них сине-фиолетовое излучение частично переизлучается с помощью «жёлтого» люминофора, продуцируя в итоге свет, кажущийся глазу наблюдателя белым.

Как устроены ЛЛ изнутри

Если лишить трубку ЛЛ люминофора, то в рабочем состоянии наблюдатель увидит лишь очень бледное фиолётово-зелёное свечение, поскольку подавляющая доля подводимой электрической энергии обращается в различные виды ультрафиолета (от «жёсткого» до «мягкого» — и именно такой свет является основным назначением т.н. «бактерицидных» ламп, используемых в больницах для «кварцевания»).

Поскольку обычное (за исключением т.н. «увиолевого») стекло очень хорошо поглощает УФ, люминофор необходимо наносить на внутреннюю поверхность трубки ЛЛ, поэтому во время работы ламп он постепенно разрушается как под действием собственно разряда/УФ, так и из-за паров ртути.

Устройство люминесцентной лампы

Как и в ЭЛТ-телевизоре (или же ЖК-мониторе) для создания полноценного белого света необходимо смешать минимум три цветовых составляющих (RGB), поэтому в ЛЛ используется многокомпонентный люминофор, а соотношение его долей определяет оттенок (цветовую температуру) итогового излучения: так называемые лампы «холодного», «нейтрального» и «тёплого» белого света.

Поскольку при обычных условиях ртуть является не газом а жидкостью, для начала работы лампы её надо испарить и распределить по всей длине трубки, для чего используется два технологических приёма:

  1. Во-первых, помимо ртути трубка дополнительно заправляется небольшим количеством инертного газа (например, аргона) — он нужен для старта и выхода лампы на «рабочий» режим.
  2. Во-вторых, с обеих сторон трубки лампы запаяны две нагревательные спирали — они испаряют ртуть до тех пор, пока лампа не прогреется и разряд не сможет поддерживать «круговорот ртути» в лампе самостоятельно.

Важно помнить, что длина и поперечное сечение трубки лампы жёстко задают рабочее напряжение (напряжение горения разряда) и напряжение её зажигания, а также ток: чем лампа «толще», тем ниже ещё сопротивление и тем больший ток (мощность) она может через себя «пропустить», в то время как с увеличением длины трубки растёт и её рабочее напряжение.

Где можно встретить ЛЛ

Помимо уже привычных глазу длинных (более метра) ЛЛ в светильниках для помещений ещё «советских» времён можно гораздо чаще встретить короткие прямые ЛЛ для подвесных потолков и компактные ЛЛ (их трубка свёрнута как нечто U-образное либо вообще представляет из себя многовитковую спираль) с индивидуальной ПРА (Пуско-Регулирующей Аппаратурой). Последние можно вворачивать в стандартные патроны для ламп накаливания внутри помещений.

До начала XXI-го века и «рассвета эпохи светодиодов» ЛЛ часто встречались в ЖК-мониторах и сканерах: их использовали в качестве элементов подсветки (эти лампы были не толще спички и достаточно длинные, из-за чего их напряжение зажигания/работы могло доходить до киловольта).

Преимущества ЛЛ

  • Характеризуются высоким КПД/светоотдачей (в разы превышали лампы накаливания по эффективности и до последнего времени успешно конкурировали со светодиодами).
  • Настраиваемый при изготовлении (за счёт композиции люминофоров) итоговый спектр излучения.
  • Длительный срок службы (от тысяч до десятков тысяч часов) при отсутствии частых включений-выключений.

Недостатки ЛЛ

  • Априорное наличие ртути внутри (ЛЛ без ртути НЕ БЫВАЕТ!) и необходимость отдельной их утилизации как «ртутьсодержащих отходов».
  • Линейчатый (ненатуральный) спектр у «дешёвых» ламп — и повышенная стоимость ламп с многокомпонентным (3, 5 и более) люминофором.
  • Неизбежная деградация люминофора при длительной эксплуатации (снижение светоотдачи и «дрейф спектра» всей лампы).
  • Деградация электродов (перегорание влечёт за собой выход всей лампы из строя).
  • Обязательное наличие ПРА (у современных ламп это компактная Электронная ПРА — ЭПРА).

Любопытно отметить, что последние два недостатка можно «обратить» в «бытовое достоинство»: от перегоревшей компактной лампы (с ЭПРА) можно без переделки отделить ЭПРА и подключить к примерно подходящей по мощности «классической» трубке ЛЛ — и она будет работать!