372 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 85 NR 9/2009

Bogdan ŚLĘK

Philips Lighting Poland S.A.

Zmierzch żarówek – i co dalej?

Streszczenie. Ponad stuletnia historia tradycyjnej żarówki dobiega końca. Źródło światła, które w dużej mierze umożliwiło rewolucje przemysłową
na przełomie XIX i XX wieku odchodzi do lamusa. Unia Europejska, jak również wiele innych krajów wprowadzają w życie programy eliminacji
nieefektywnych urządzeń elektrycznych, które w ciągu kilku nadchodzących lat doprowadzą do wyeliminowania z użycia nieefektywnych
tradycyjnych żarówek.

Abstract. Over hundred-year history of traditional incandescent bulb is coming to the end. That light source, which has enable the industrial
revolution in XIX and XX century, seems to be gradually going out of date. European Union as well many other countries have implemented the
special legislation, which will eliminate the inefficient incandescent lamps from the market in the coming few years. (Twilight of traditional bulbs
and next perspectives of light sources)

Słowa kluczowe: żarówka, nieefektywne źródło, energooszczędne, światło.
Keywords: incandescent lamp, inefficient, energy saving, light.

Wstęp
Lampa

żarowa, zwana potocznie żarówką jest jednym z

najstarszych elektrycznych źródeł światła. Żarówki z racji
swej prostoty i łatwości użycia można znaleźć praktycznie w
każdym miejscu na świecie. Są powszechnie stosowane do
ogólnych celów oświetleniowych w gospodarstwach
domowych oraz oświetleniu dekoracyjnym. Biorąc pod
uwagę liczbę punktów świetlnych, w których świecą żarówki
oraz mnogość jej odmian okazuje się, że jest nadal ona
najpopularniejszym źródłem światła sztucznego, jakie
używa człowiek. Jest jednak systematycznie wypierana
przez nowe generacje bardziej efektywnych energetycznie
źródeł światła.

Żarówkę wynalazł i zaprezentował publiczności w 1879

r. Thomas Alva Edison. Pierwsze żarówki miały skrętkę
zbudowaną z włókna węglowego, które uzyskiwano ze
zwęglonego włókna drewna bambusowego. Skuteczność
żarówek pod koniec XIX w. wynosiła 2 lm/W przy trwałości
około 600 godzin świecenia. Mimo że dzisiejsza 100-
watowa żarówka ma wydajność siedmiokrotnie wyższą i
świeci średnio przez 1000 godzin, nadal nie można jej
nazwać wydajnym źródłem światła, ponieważ pochłania
bardzo dużo energii i jedynie niewielką jej część (2–5%)
przekształca w światło. Reszta pobranej energii elektrycznej
uwalniana jest w postaci ciepła.

Rys. 1. Tradycyjna żarówka na trzonku E27 i E14

Parametry

dzisiejszej

żarówki uzyskano już w latach 30.

XX w. Od tego czasu większość prac dotyczących rozwoju

żarówek koncentrowała się na usprawnieniu procesów
technologicznych, tj. na uzyskaniu większej efektywności
produkcji przy równoczesnej poprawie jakości i
niezawodności żarówki.
Tradycyjna

żarówka jest najstarszym elektrycznym

źródłem światła. Żarówki – z racji ich prostoty i łatwości
użycia – można znaleźć prawie w każdym zakątku świata.
Są powszechnie stosowane do ogólnych celów
oświetleniowych w gospodarstwach domowych oraz w
oświetleniu dekoracyjnym. Żarówka jest jednak
systematycznie wypierana przez nowe generacje bardziej
efektywnych źródeł światła. Czy nadchodzi kres
użytkowania żarówki?

Zasada działania i ograniczenia tradycyjnej żarówki
Zasada

działania lampy żarowej jest niezwykle prosta.

Lampa żarowa w swojej podstawowej części jest szczelną
bańką szklaną zawierającą drut wolframowy zwany
potocznie żarnikiem lub skrętką, który jest podgrzewany
przepływającym przez niego prądem elektrycznym.
Działanie żarówki opiera się na właściwości przedmiotów
do emitowania energii podczas ich podgrzewania do
wysokich temperatur. Temperatura skrętki jest zależna od
natężenia prądu elektrycznego przepływającego przez
skrętkę. Z kolei moc elektryczna żarówki (P) zależy od
napięcia zasilania (U) oraz oporności drutu (R), z którego
wykonana jest skrętka.

P = U

2

/ R

Dla tradycyjnych żarówek wartość napięcia zasilania jest
stała i określona wartością napięcia sieciowego, które w
Polsce wynosi 230V.
Temperatura

skrętki nie jest zależna wyłącznie od

natężenia przepływającego przez nią prądu, ale także od
kilku innych czynników takich, jak np.:

• promieniowania

energii,

• utraty

ciepła do gazu (w przypadku żarówek

wypełnionych gazem),

• rozproszenia ciepła przy przewodzeniu przez

części metalowe.

Im

wyższa jest temperatura skrętki tym więcej zostaje

wyemitowanej energii elektromagnetycznej, z której część
jest emitowana w zakresie promieniowania widzialnego.
Z racji właściwości wolframu, z którego wykonana jest
skrętka, przy podnoszeniu temperatury wolfram zacznie
parować. Parujący wolfram kondensuje się osadza się w
chłodniejszych rejonach lampy w postaci cienkiej powłoki
na wewnętrznej ściance bańki (rys.2.). Z upływem czasu

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 85 NR 9/2009 373

zjawisko to powoduje zmniejszenie ilości emitowanego
światła. W związku z tym bańka żarówki jest stosunkowo
duża tak, aby parujący wolfram osadził się na możliwie
dużej powierzchni. Wskutek parowania drut wolframowy
będzie stawał się coraz cieńszy, aż do przepalenia (Rys.3.).
W ten sposób trwałość żarówki zostaje ograniczona.

Rys.2. Zasada działania żarówki

Tempo parowania jest mniejsze, gdy ciśnienie gazu
wokół skrętki wzrasta. Wytrzymałość bańki żarówki
ogranicza ciśnienie, jakim można ją napełnić do około 1
atmosfery. Dlatego większość żarówek napełnia się gazem
(np. mieszaniną argonu i azotu) o ciśnieniu jednej
atmosfery.

Rys. 3. Koniec życia żarówki - przepalenie skrętki

Teoretycznie lampa żarowa o temperaturze skrętki w

okolicach temperatury topnienia wolframu (3653 K)
pracująca bez strat unoszenia i przewodzenia mogłaby
osiągnąć skuteczność świetlną 53 lm/W. W rzeczywistości
skuteczność świetlna istniejących lamp żarowych jest
zawsze znacząco niższa. Dla współczesnych lamp
żarowych przy trwałości świecenia 1000h skuteczność
waha się pomiędzy 8-21.5 lm/W w zależności od mocy
lampy. Głównymi czynnikami mającymi największy wpływ
na parametry świetlne żarówki są współczynnik parowania
wolframu oraz utrata energii w formie promieniowania
cieplnego i strat przewodzenia.

Polityka i ustawodawstwo Unii Europejskiej

Ostatnio wiele się mówi o negatywnym wpływie

działalności człowieka na środowisko naturalne, a w
szczególności o zmianach klimatycznych związanych z
ocieplaniem się klimatu na wskutek zwiększonej emisji
gazów cieplarnianych. W związku z tym specjaliści zwrócili
uwagę na fakt, że oświetlenie odpowiada za 19% zużycia

energii elektrycznej na świecie. W wielu krajach dyskutuje
się o konieczności zastąpienia tradycyjnej żarówki
energooszczędnymi źródłami światła.
W ramach Dyrektywy 2005/32/WE Unia Europejska
wdraża przepisy wykonawcze mające w konsekwencji
doprowadzić do znaczącej racjonalizacji zużycia energii
elektrycznej. Poprawa wydajności energetycznej poprzez
lepsze wykorzystanie energii elektrycznej przez końcowych
użytkowników jest jednym z kluczowych elementów
mających na celu osiągnięcie docelowych wartości emisji
gazów cieplarnianych we Wspólnocie. W ramach wdrażania
dyrektywy dla oświetlenia opracowywane są założenia
dotyczące przyszłości oświetlenia domowego, biurowego i
ulicznego. W przypadku oświetlenia dla gospodarstw
domowych systematyczne wprowadzenie kryteriów
efektywności energetycznej wyeliminuje nieefektywne
źródła światła to jest takie, które posiadają inną klasę
energetyczna niż A, B lub C. Wdrożenie takiego
scenariusza do roku 2012 pozwoli na 60% ograniczenie
emisji gazów cieplarnianych pochodzących z energii
zużywanej na oświetlenie w gospodarstwach domowych. W
praktyce oznaczać to będzie wyeliminowanie ze sprzedaży
tradycyjnej żarówki.

Energooszczędne zamienniki żarówki (świetlówki
kompaktowe)

Historia żarówki rozpoczęła się w noc sylwestrową roku

1879, kiedy to Menlo Park rozświetliło 800 żarówek Edisona
z włóknem węglowym. Sto lat później, w roku 1980 Philips
Lighting wprowadził na rynek oświetleniowy zupełnie nowe
źródło światła – energooszczędną świetlówkę kompaktową.
Tak rozpoczęła się rewolucja w oświetleniu, która trwa do
dzisiaj. Pojawienie się alternatywnego źródła światła
zużywającego 80% mniej energii elektrycznej w stosunku
do tradycyjnej żarówki rozpoczęło nową historię w
oświetleniu gospodarstw domowych. Okazało się, że
oszczędzanie energii elektrycznej może być bardzo proste
– świetlówka kompaktowa na identycznym trzonku, co
tradycyjna żarówka pozwoliła na ograniczenie zużycia
energii i kosztów o 80%!

Rys.4. Nowoczesne świetlówki kompaktowe Philips na trzonkach
E27 i E14 (80% oszczędności energii, 8 lat trwałości)

Produkowane dzisiaj nowoczesne, energooszczędne

świetlówki kompaktowe nie różnią się gabarytami od
tradycyjnych żarówek. Świetlówki kompaktowe typu Softone
i Mini Softone mają identyczne wymiary jak tradycyjne
żarówki. Ponadto emitują one światło o przyjemnej ciepłej
barwie zbliżonej do światła tradycyjnej żarówki.
Opracowano również wersje świetlówek energo-
oszczędnych, które można bez problemu ściemniać
(Softone Dimmable, Tornado Dimmable). Warto również
wspomnieć, że świetlówki kompaktowe Philips Softone jak
wiele innych są produkowane w Polsce.

Żarówki halogenowe
Pierwsze

żarówki halogenowe pojawiły się w latach

60tych XX wieku. Od tego czasu żarówki halogenowe

374 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 85 NR 9/2009

pojawiły się prawie we wszystkich zastosowaniach, do
których stosowano do tej pory tradycyjne żarówki. Żarówki
halogenowe są przykładem nowoczesnych lamp żarowych,
które dzięki zastosowaniu regeneracyjnego cyklu
halogenowego osiągają do 25% wyższą skuteczność
świetlną oraz 2-4 razy większą trwałość niż tradycyjne
żarówki. Wśród żarówek halogenowych możemy wyróżnić
grupę lamp zasilanych napięciem sieciowym 220V oraz
lampy niskonapięciowe.
Wysoka temperatura skrętki w tradycyjnej żarówce
sprawia, że wolfram, z którego wykonana jest skrętka
zaczyna parować. Parujący wolfram kondensuje się osadza
się w chłodniejszych rejonach lampy w postaci cienkiej
powłoki na wewnętrznej ściance bańki powodując jej
ciemnienie. Z upływem czasu zjawisko to powoduje
zmniejszenie ilości emitowanego światła.
W

przypadku

żarówek halogenowych do obojętnego

gazu, jaki jest stosowany do wypełnienia żarówek (azot,
argon, krypton) dodaje się śladowe ilości pierwiastków
chemicznych z grupy halogenów (np. jod, brom), dzięki
którym inicjowany jest tzw. halogenowy cykl regeneracyjny
opisany poniżej.
Parujący ze skrętki wolfram łączy się z halogenem
tworząc cząsteczki halogenków wolframu, które w
przeciwieństwie do wolframu nie osadzają się na ściankach
bańki a pozostają w formie gazowej. Warunkiem, aby nie
następowała kondensacja jest odpowiednio wysoka
temperatura ścianki bańki (>250

o

C). Dlatego do produkcji

żarówek halogenowych używane jest szkło kwarcowe, które
wytrzymuje takie temperatury oraz pozwala na
równoczesne zmniejszenie gabarytów źródła światła.

Rys.5. Zasada działania żarówki halogenowej

Kiedy

krążące wraz z gazem cząsteczki halogenków

docierają w pobliże skrętki lampy następuje rozpad
cząsteczki, atomy wolframu osadzają się z powrotem na
żarniku, podczas gdy halogen dyfunduje w kierunku bańki,
by kontynuować swoją rolę w cyklu i ponownie połączyć się
z parującym wolframem. W rezultacie halogenowego cyklu
regeneracyjnego następuje przeniesienie osadzonych na
bańce atomów wolframu z powrotem na żarnik.

Nowa generacja energooszczędnych

żarówek

halogenowych

Prowadzone prace w dziedzinie technologii materiałowej

doprowadziły do uzyskania technologii powłok
interferencyjnych mających właściwości odbijania
promieniowania podczerwonego. Opatentowane pokrycie
odbijające promieniowanie podczerwone składa się z kilku
warstw tantalu i dwutlenku krzemu naniesionych na szkło
żarnika żarówki halogenowej. Celem pokrycia jest

zawracanie ciepła (promieniowania podczerwonego) z
powrotem na żarnik lampy halogenowej, poprzez co
uzyskuje się znaczne większą skuteczność świetlną (lm/W)
niż w przypadku tradycyjnych żarówek halogenowych.

Rys.6. Zasada działania technologii powłok interferencyjnych

Korzyści uzyskane ze stosowania tej innowacyjnej
technologii to:
a) większy strumień świetlny (przy tej samej mocy lampy),
b) mniejsza moc lampy (przy identycznym strumieniu
świetlnym),
c) dłuższa trwałość (identyczny strumień świetlny) lub
kombinacja w/w korzyści.
Powyższa technologia jest stosowana w
niskonapięciowych żarówkach halogenowych z rodziny
MASTER. Lampy MASTER Line ES o identycznym
strumieniu świetlnym, co tradycyjne niskonapięciowe
żarówki halogenowe MR16 zużywają o 40% mniej energii
elektrycznej i emitują 40% mniej ciepła. Równocześnie
trwałość MASTER Line ES wynosi 5000 h świecenia,
podczas, gdy trwałość dla standardowych halogenów nie
przekracza 2000-3000 godzin. Tak, więc tradycyjną
halogenową żarówkę z zimnym lustrem o mocy 50W
możemy zastąpić energooszczędnym ekwiwalentem o
mocy 30W uzyskując identyczną ilość światła.

Dzięki zastosowaniu nowoczesnych podzespołów

elektronicznych udało się zminiaturyzować gabaryty
elektronicznych transformatorów do rozmiarów
umożliwiających ich zintegrowanie z energooszczędnymi
niskonapięciowymi kapsułkami halogenowymi MASTER.
Pierwszą energooszczędną żarówką halogenową na
napięcie sieciowe, która powstała na bazie
niskonapięciowego żarnika halogenowego wykonanego w
technologii powłok interferencyjnych mających właściwości
odbijania promieniowania podczerwonego była żarówka
MASTER PAR Electronic E20. Lampa o mocy 20W stanowi
energooszczędny ekwiwalent dla żarówek zwierciadlanych
R63 60W oraz halogenów PAR20 50W.
Na

rynek

oświetleniowy w roku 2008 po raz pierwszy

trafiły żarówki halogenowe MASTER Classic (EcoClassic),
które zostały zaprojektowane w oparciu o sprawdzoną
technologię integracji elektronicznego transformatora z
energooszczędną, niskonapięciową kapsułką halogenową.

Tabela 1. Podstawowe dane techniczne MASTER Classic

Światło

Promieniowanie
podczerwone IR

S

S

p

p

e

e

c

c

j

j

a

a

l

l

n

n

e

e

p

p

o

o

k

k

r

r

y

y

c

c

i

i

e

e

I

I

R

R

R

R

E

E

l

l

i

i

p

p

t

t

y

y

c

c

z

z

n

n

a

a

b

b

a

a

ń

ń

k

k

a

a

k

k

w

w

a

a

r

r

c

c

o

o

w

w

a

a

G

G

a

a

z

z

k

k

s

s

e

e

n

n

o

o

n

n

MASTER Classic

Świeczka

B36 20W

Żarówka

A55 20W

Żarówka

A55 30W

Napięcie [V]

230

230

230

Moc [W]

20

20

30

Strumień świetlny [lm]

370

370

620

Temperatura barwowa [K]

2850

2850

2850

Trwałość [h]

3000

3000

3000

Typ trzonka

E14

E27

E27

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 85 NR 9/2009 375

Energooszczędne żarówki halogenowe MASTER
Classic (Eco Classic) mają identyczny kształt jak żarówki
tradycyjne na trzonkach E27 i E14. Dodatkowo mogą być
bez problemów stosowane ze ściemniaczami.
Dotychczasowe halogeny pozwalały na uzyskanie jedynie
30% oszczędności na zużyciu energii przy dwukrotnie
większej trwałości w porównaniu do tradycyjnej żarówki.
Żarówka energooszczędna MASTER Classic przy emisji tej
samej ilości światła, co tradycyjna żarówka zużywa o 50%
mniej energii elektrycznej i ma trzykrotnie większą trwałość.
Tym samym po raz pierwszy sformułowanie żarówka
energooszczędna stało się najbardziej trafne (do tej pory
wielu konsumentów nazywało tak energooszczędną
świetlówkę kompaktową).

Rys.7. Halogenowe żarówki energooszczędne Philips MASTER
Classic na trzonkach E27 i E14 (50% oszczędności energii, 3 lata
trwałości)

Żarówki energooszczędne MASTER Classic zostały

zaprojektowane jako bezpośrednie zamienniki najczęściej
spotykanych żarówek tradycyjnych w bańce A55 o mocach
40W i 60W oraz standardowych żarówek w kształcie
świeczki o mocy 40W. Po raz pierwszy od pojawienia się
energooszczędnej świetlówki kompaktowej mamy do
wyboru energooszczędną żarówkę, dzięki której można
oszczędzać energię przy zachowaniu znakomitej jakości
światła charakterystycznej dla lamp żarowych. Nowa
generacja energooszczędnych żarówek MASTER Classic
posiada klasę efektywności energetycznej B, która nigdy
wcześniej nie była osiągalna przez żarówki halogenowe.

W roku 2009 na rynek zostaje wprowadzona

zupełnie nowa, innowacyjne technologia źródeł światła:
pierwsze innowacyjne źródła światła Master LED, które
mogą zastąpić tradycyjne żarówki.

Rys.8. Źródła światła Philips Master LED
(80% oszczędności energii, 45 000h świecenia)

Master LED jest pierwszym źródłem światła LED, który

jest bezpośrednim zamiennikiem tradycyjnej żarówki.
Źródło światła Master LED zużywając jedynie 7W energii
elektrycznej emituje więcej światła niż żarówka tradycyjna
40W. Nową rodzina źródeł światła LED jest oparta na
innowacyjnej technologii diod luminescencyjnych Philips
LUXEON

®

Rebel. Lampy Master LED pozwalają na

uzyskanie oszczędności energii elektrycznej do 80% w
porównaniu do tradycyjnej żarówki przy trwałości 45 razy
dłuższej niż tradycyjna żarówka. Ponadto nowa rodzina
źródeł światła MASTER LED może współpracować z
dostępnymi na rynku ściemniaczami podobnie jak zwykłe
żarówki.
Nigdy dotąd nie było dostępnych tyle
energooszczędnych alternatyw dla zwykłej żarówki. Jedną z
nich są energooszczędne świetlówki kompaktowe, które
zapewniają 80% redukcje zużycia energii elektrycznej.
Mamy również do wyboru nową generację
energooszczędnych żarówek halogenowych MASTER
Classic (EcoClassic50) – oszczędność 50% oraz źródła
światła Master LED – oszczędność 80%. Możemy śmiało
powiedzieć,

że jesteśmy dzisiaj technologicznie

przygotowani do zastąpienia tradycyjnych żarówek przez
energooszczędne źródła światła.

W perspektywie najbliższych lat należy mieć również na

uwadze nowe, innowacyjne technologie wykorzystujące
zasady fizyki ciała stałego. Przyszłe systemy oświetleniowe
będą wykorzystywać nieorganiczne i organiczne diody
elektroluminescencyjne (LED, OLED), które w przyszłości
gwarantować

będą jeszcze bardziej racjonalne

wykorzystywanie energii elektrycznej w oświetleniu
gospodarstw domowych a tym samym dalsze ograniczanie
emisji gazów cieplarnianych.

LITERATURA

[1] Praca zbiorowa: Lighting Manual. Fifth Edition. Philips Lighting
B.V.,

1993.

[2] Praca zbiorowa: Technika Świetlna ‘09. Poradnik-Informator.
Warszawa

2009.

[3] Wojciech Żagan, Postawy techniki świetlnej, Oficyna

wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005.

[4] B.Ślęk: Źródła światła do oświetlania wnętrz. VI Krajowa

Konferencja Oświetleniowa „Technika Świetlna '97. Oświetlenie
wnętrz”. Warszawa, 1997.

[5] B.Ślęk: Efektywność energetyczna wyznacznikiem rozwoju

systemów oświetleniowych. Przegląd Elektrotechniczny, maj
2007.

[6]

PN-90/E-01005.

Technika Świetlna. Terminologia. Warszawa

1991.

Autor: mgr inż. Bogdan Ślęk, Philips Lighting Poland S.A.,
ul. Kossaka 150, 64-920 Piła, E-mail:

[e-mail]

;