zastąpienia tradycyjnej żarówki


Bogdan ŚLK
Philips Lighting Poland S.A.
Czy tradycyjna żarówka może być energooszczędna?
Streszczenie. Poniższy artykuł podnosi kwestie dotyczące toczącej się debaty dotyczące zastąpienia tradycyjnej żarówki przez energooszczędne
zródła światła. Jednocześnie stanowi przegląd istniejących technologii, które mogą zastąpić żarówkę
Abstract. Article covers resent discussion regarding the end of history of incandescent lamps and energy saving substitutes like compact
fluorescent lamps as well energy saving halogen lamps. (Could the traditional incandescent lamp be an energy saver?).
Słowa kluczowe: żarówka, energooszczędność, świetlówka, energia.
Keywords: incandescent lamp, energy saving, CFL-I, energy labelling.
Wstęp aż do momentu jej przepalenia. W konsekwencji trwałość
Przez ostatnie stulecie żarówka, wynalazek Edisona, tradycyjnej żarówki szacuje się na około 1000 h świecenia.
była najbardziej popularnym zródłem światła używanym
przez człowieka. Czy nadchodzi kres jej użytkowania? W
ostatnim czasie w wielu krajach na całym świecie toczy się
debata na temat konieczności zastąpienia tradycyjnej
żarówki energooszczędnymi zródłami światła.
Mając na uwadze toczącą się obecnie dyskusje na temat
negatywnego wpływu działalności człowieka na środowisko
naturalne, a w szczególności zmian klimatycznych związa-
nych z ocieplaniem się klimatu na wskutek zwiększonej
emisji gazów cieplarnianych, specjaliści zwrócili uwagę na
fakt, że oświetlenie odpowiada za 19% zużycia energii
elektrycznej na świecie. Sztuczne oświetlenie pojawiło się
we wszystkich dziedzinach życia człowieka i jest nie-
odłącznym elementem rozwoju cywilizacji również w XXI
wieku.
Bez wątpienia najbardziej popularnym zródłem światła
Rys.1. Tradycyjna żarówka na trzonku E27 i E14
używanym do oświetlenia wnętrz jest tradycyjna żarówka,
która jest powszechnie stosowana w oświetleniu
Etykiety energetyczne dla zródeł światła
gospodarstw domowych. Mimo, że jest ona systematycznie
W dniu 27 stycznia 1998 roku weszła w życie Dyrektywa
wypierana przez inne bardziej energooszczędne zródła
Komisji 98/11/WE wykonująca dyrektywę Rady 92/75/EWG
światła, to w dalszym ciągu, co roku w krajach Unii
Europejskiej sprzedawanych jest ponad 2 miliardy tradycyj- w zakresie etykietowania energii lamp gospodarstwa
domowego. Zgodnie z ustawodawstwem Unii Europejskiej
nych żarówek. Skumulowana wartość energii zużywanej
wszystkie zródła światła zasilane napięciem sieciowym i
przez żarówki jest znaczna. Szacuje się, że Ich wymiana na
przeznaczone do stosowania w gospodarstwie domowym
bardziej efektywne zródła światła, tylko w przypadku krajów
podlegają obowiązkowej kwalifikacji z uwagi na efektywność
Unii Europejskiej, przyniosłaby oszczędności rzędu ponad 3
energetyczną.
mld EUR rocznie oraz redukcję emisji CO2 o 20 milionów
ton.
Żarówka tradycyjna
Mimo, że od czasu, kiedy w roku 1879 Edison wynalazł
żarówkę ze skrętką ze zwęglonego włókna bambusowego
jej parametry znacznie się poprawiły to z uwagi na zasadę
działania żarówka jest bardzo nieefektywnym zródłem
światła. Żarówka w swojej podstawowej części jest szczelna
bańką szklaną zawierającą drut wolframowy zwany
potocznie żarnikiem lub skrętką, który jest podgrzewany
przez przepływający przez niego prąd elektryczny do
wysokiej temperatury. Im wyższa jest temperatura skrętki
tym więcej zostaje wyemitowanej energii
elektromagnetycznej, z której część stanowi promieniowanie
widzialne, czyli światło. Taki sposób emisji światła
nazywamy temperaturowym wytwarzaniem światła
Rys.2. Etykieta energetyczna dla zródła światła
(inkadescencją). Niestety jest to jednak sposób bardzo
niedoskonały, bowiem jedynie kilka procent energii
Klasy energetyczne (klasy efektywności energetycznej)
elektrycznej jest zamieniona na światło. Pozostałe
oznacza się literami od A do G. Etykieta jest umieszczona
dziewięćdziesiąt kilka procent jest zamienione na
lub nadrukowana czy załączona do pojedynczego
promieniowanie cieplne i straty przewodzenia. Równo-
opakowania lampy. Klasy energetyczne wyznacza się ze
cześnie przy temperaturze powyżej 3300 stopni Celsjusza
stosunku rocznego zużycia energii przez dane urządzenie
wolfram zaczyna parować. Skrętka staje się coraz cieńsza,
68 PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007
do standardowego zużycia energii przez tego typu Pozwala to w sposób bardzo prosty poprawić warunki
urządzenia określonego odpowiednimi przepisami. Klasą A oświetleniowe w miejscach, gdzie stosowano do tej pory
oznacza się urządzenia najbardziej efektywne a klasą G żarówki tradycyjne.
najmniej efektywne. Oprócz żarówek halogenowych Halogena A na rynku
Najpopularniejsza w Polsce żarówka 100W emitująca pojawiły się również inne typy halogenów na napięcie
1360 lumenów światła posiada klasę energetyczną E. Dla sieciowe niebędące bezpośrednimi zamiennikami
porównania Energooszczędna świetlówka kompaktowa tradycyjnych żarówek.
świecąca tak samo jasno i posiadająca klasę A może W ciągu ostatnich lat rozwija się dynamicznie cała
zużywać nie więcej niż 22,86 Watów. rodzina żarówek halogenowych na napięcie sieciowe.
Rysunek nr 2 przedstawia wygląd etykiety energetycznej Można śmiało powiedzieć, że mamy do czynienia z nowym
dla zródła światła. Oprócz klasy efektywności energetycznej trendem w przypadku konstrukcji opraw konsumenckich.
na etykiecie znajduje się informacja o strumieniu świetlnym Jeszcze do niedawna podstawowym zródłem światła do
lampy, jej mocy i trwałości. opraw konsumenckich były żarówki oraz niskonapięciowe
Przykładem nowoczesnych lamp żarowych są żarówki żarówki halogenowe. Te ostatnie, z uwagi na większą
halogenowe, które dzięki zastosowaniu regeneracyjnego skuteczność świetlną, pozwalały na uzyskanie ciekawych
cyklu halogenowego osiągają do 25% wyższą skuteczność efektów świetlnych oraz miniaturyzacje opraw. Jednakże
świetlną oraz 2-4 razy większą trwałość niż tradycyjne podstawową trudnością przy konstrukcji opraw
żarówki. Wśród żarówek halogenowych możemy wyróżnić oświetleniowych była konieczność stosowania
grupę lamp zasilanych napięciem sieciowym 220V oraz transformatora. Niektórzy konstruktorzy korzystali ze
stosunkowo tanich transformatorów toroidalnych, które są
lampy niskonapięciowe.
jednak dość ciężkie. Inni preferowali użycie lekkich
transformatorów elektronicznych, te jednak z uwagi na
wyższą cenę powodowały, że koszt oprawy był duży.
Nowe zródła halogenowe na napięcie sieciowe dokonały
rewolucji na rynku. Reflektorowe zródła halogenowe w
wersjach z aluminiowym i zimnym lustrem, pojawiły się na
rynku opraw konsumenckich kilka lat temu. Przykładem
takich zródeł są lampy typu Twistline. Charakterystyczny
trzonek typu GU (wersja aluminiowa) i GZ (wersja z zimnym
lustrem) pozwala na bardzo prosty montaż i wymianę zródła.
Od kilku lat na rynku pojawiły się kapsułki halogenowe
na trzonku G9. Pierwsze kapsułki były stosunkowo duże w
porównaniu do znanych zródeł niskonapięciowych.
Jednakże postępująca miniaturyzacja sprawiła, że w roku
2002 pojawiła się zminiaturyzowana wersja kapsułek
halogenowych typu Clickline (maksymalna długość 44 mm).
Daje to jeszcze większą swobodę producentom opraw w
Rys.3. Żarówka halogenowa na napięcie sieciowe - HalogenA
tworzeniu nowych konstrukcji oraz szybką adaptacje
istniejących konstrukcji z uwagi na fakt, że gabaryty lamp
Żarówki halogenowe na napięcie sieciowe HalogenA
Clickline są porównywalne z kapsułkami niskonapięciowymi.
Rodzina lamp halogenowych HalogenA przeznaczona
do pracy na napięciu sieciowym jest bezpośrednim
zamiennikiem tradycyjnych żarówek. Żarnik halogenowy
został zaprojektowany na napięcie 230V i umieszczony w
bańce szklanej przypominającej gabarytami żarówkę.
Lampy typu HalogenA występują na naszym rynku
oświetleniowym w kilku wersjach, które stanowią
bezpośredni zamiennik tradycyjnych żarówek zarówno w
bańce A60 (HalogenA BTT), jak również G95 (HalogenA
GLOB) oraz żarówek zwierciadlonych (HalogenA PAR).
Tabela 1. Porównanie lamp HalogenaA z tradycyjnymi
Rys.4. Kapsułki halogenowe Clickline na napięcie sieciowe (wersja
żarówkami
matowana i przezroczysta)
Żarowki reflektorowe PAR HalogenA Nowe żarówki Clickline są wykonane ze specjalnego
szkła kwarcowego pochłaniającego promieniowanie
nadfioletowe i mają długość niewiele większą od
PAR 38 PAR 38
niskonapięciowych. Ponadto posiadają w torze prądowym
opatentowany bezpiecznik zabezpieczający przed
R95 PAR 30L
potencjalną eksplozja lampy przy końcu jej trwałości zgodnie
z normą IEC 432-2. Dzięki temu zgodnie z normą IEC 598-1
żarówki halogenowe Clickline mogą być stosowane w
R60/63 PAR 20
oprawach otwartych. Dzięki możliwości bezpośredniej pracy
na tradycyjnych, tanich ściemniaczach nadają się do
R50 PAR 16
tworzenia różnych efektów oświetleniowych.
Należy jednak pamiętać, że żarówki halogenowe na
napięcie sieciowe są mniej wydajne energetycznie od
Lampy halogenowe HalogenA charakteryzują się
halogenów niskonapięciowych i mają od nich krótszą
większą skutecznością świetlną i dwukrotnie większą
żywotność.
trwałością niż odpowiadające im żarówki tradycyjne.
PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007 69
Tabela 2. Porównanie MASTER PAR Electronic E20 z tradycyjną
Nowa generacja energooszczędnych żarówek
żarówką i standardowym halogenem.
halogenowych
Prowadzone przez Philips Lighting 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.
Na targach oświetleniowych po raz pierwszy pojawiły się
żarówki halogenowe MASTER Classic, które zostały
zaprojektowane w oparciu o sprawdzoną technologię
integracji elektronicznego transformatora z
energooszczędną, niskonapięciową kapsułką halogenową.
yródła światła z rodziny Master Classic mają kształt i
gabaryty typowej, tradycyjnej żarówki.
Rys.5. 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 przez firmę Philips
Rys.6. Halogenowa żarówka energooszczędna Philips
w niskonapięciowych żarówkach halogenowych z rodziny
MASTER. Lampy MASTER Line ES o identycznym
Żarówka energooszczędna MASTER Classic przy emisji
strumieniu świetlnym co tradycyjne niskonapięciowe żarówki
tej samej ilości światła co tradycyjna żarówka zużywa o 50%
halogenowe MR16 zużywają o 40% mniej energii
mniej energii elektrycznej i ma trzykrotnie większą trwałość.
elektrycznej i emitują 40% mniej ciepła. Równocześnie
trwałość MASTER Line ES wynosi 5000 h świecenia,
Tabela 3. Podstawowe dane techniczne lamp MASTER Classic
podczas, gdy trwałość dla standardowych halogenów nie
przekracza 2000-3000 h. I tak halogenową żarówkę z
zimnym lustrem o mocy 50W możemy zastąpić
energooszczędnym ekwiwalentem o mocy 30W uzyskując
identyczną ilość światła.
Wśród energooszczędnych odpowiedników żarówek
halogenowych są lampy MASTER Line 111 (lampa o mocy
60W jest odpowiednikiem standardowej lampy halogenowej
Alu Line 111 100W), jak również kapsułki halogenowe
Tym samym po raz pierwszy sformułowanie żarówka
MASTER Capsule (20W, 30W, 45W, 60W).
energooszczędna stało się najbardziej trafne (do tej pory
Mamy, więc energooszczędne zamienniki tradycyjnych
wielu konsumentów nazywało tak energooszczędną
niskonapięciowych żarówek halogenowych. Stąd już tylko
świetlówkę kompaktową).
krok do prawdziwej rewolucji, jaką z pewnością staną się
Żarówki energooszczędne MASTER Classic zostały
energooszczędne żarówki halogenowe na napięcie
zaprojektowane jako bezpośrednie zamienniki najczęściej
sieciowe.
spotykanych żarówek tradycyjnych w bańce A55 o mocach
40W i 60W oraz standardowych żarówek w kształcie
Energooszczędne żarówki halogenowe na napięcie
świeczki o mocy 40W. Po raz pierwszy od pojawienia się
sieciowe
energooszczędnej świetlówki kompaktowej mamy do
Dzięki zastosowaniu nowoczesnych podzespołów
wyboru energooszczędną żarówkę, dzięki której można
elektronicznych udało się zminiaturyzować gabaryty
oszczędzać energię przy zachowaniu znakomitej jakości
elektronicznych transformatorów do rozmiarów
światła charakterystycznej dla lamp żarowych. Nowa
umożliwiających ich zintegrowanie z energooszczędnymi
generacja energooszczędnych żarówek MASTER Classic
niskonapięciowymi kapsułkami halogenowymi MASTER.
posiada klasę efektywności energetycznej B.
Pierwszą energooszczędną żarówką halogenową jest
MASTER PAR Electronic E20. Lampa o mocy 20W stanowi
Świetlówki kompaktowe zintegrowane
energooszczędny ekwiwalent dla żarówek zwierciadlanych
Ta zupełnie nowa generacja zródeł światła będąca
R63 60W oraz halogenów PAR20 50W.
energooszczędną alternatywą dla tradycyjnych żarówek
70 PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007
została wprowadzona na rynek oświetleniowy na początku
lat osiemdziesiątych i dokonała prawdziwej rewolucji w
oświetleniu gospodarstw domowych
Rys.7. Miniaturyzacja lamp fluorescencyjnych
Rys.8. Schemat świetlówki kompaktowej PL Electronic z
Świetlówki kompaktowe zintegrowane to lampy będące
elektronicznym układem zapłonowym
bezpośrednim zamiennikiem tradycyjnej żarówki, które
mogą być bezpośrednio zamontowane w typowych
Najnowsza generacja świetlówek kompaktowych pod
oprawach oświetleniowych. W porównaniu z żarówkami
względem gabarytów niewiele różni się od tradycyjnych
świetlówki kompaktowe zużywają pięciokrotnie mniej energii
żarówek (świetlówka Genie 5W ma długość 107mm), zaś
elektrycznej czynnej, a ich średnia trwałość jest kilkakrotnie
świetlówki Ambiance swoim wyglądem zewnętrznym
większa.
upodobniły się do żarówek.
Wśród stosowanych układów zapłonowych możemy
wyróżnić trzy wersje:
a) układ zapłonowy elektroniczny z przegrzewaniem
elektrod,
b) układ zapłonowy elektroniczny bez przegrzewania
elektrod (tzw. zimny zapłon),
c) układ zapłonowy klasyczny z przegrzewaniem elektrod
(dławik indukcyjny wraz z zapłonnikiem).
Na rysunku 8 przedstawiono ideowy schemat zasilania
świetlówki kompaktowej w wersji elektronicznej z układem
przegrzewania elektrod. Zmienny prąd zasilania po przejściu
przez układ prostujący (1) ładuje kondensator elektrolityczny
(2) do napięcia stałego około 300V. Napięcie na
kondensatorze zasila generator wielkiej częstotliwości 40-50
kHz wykonany z tranzystorami T1 i T2 w postaci kluczy.
Prąd wielkiej częstotliwości przechodzi przez elektrody
świetlówki i jest stabilizowany przez dławik indukcyjny.
Dodatkowo elektrody lampy są przegrzewane za
Rys.9. Zintegrowane świetlówki kompaktowe
pomocą układu przegrzewania w celu uzyskania optymalnej
temperatury elektrod przed zapłonem w gazie. Spowalnia to
Świetlówki kompaktowe mogą być stosowane w
proces zużywania elektrod, co ma pozytywny wpływ na
większości standardowych opraw oświetleniowych, we
trwałość lampy. Świetlówki kompaktowe wyposażone w
wszystkich rodzajach pomieszczeń np. w mieszkaniach
układ przegrzewania elektrod, są praktycznie niewrażliwe na
prywatnych, biurach, salach wystawowych, restauracjach,
częstość włączeń, jeżeli powtórne włączenie nie następuje
hotelach, korytarzach, jak również w oświetleniu
wcześniej niż trzy minuty po zgaszeniu (czas stygnięcia
zewnętrznym ogrodów, alejek, skwerów itp. Do oświetlenia
elementów elektronicznych lampy).
zewnętrznego należy stosować lampy w szczelnych
Ponieważ częstotliwość pracy świetlówek z
oprawach.
elektronicznym zapłonem jest około 1000 razy większa od
Należy pamiętać, że świetlówki kompaktowe uzyskują
częstotliwości sieci zasilającej, dławik indukcyjny jest
pełny strumień świetlny parę minut po włączeniu. Lamp tego
niewielki. Dzięki temu kompaktowa świetlówka elektroniczna
typu nie należy stosować w obwodach ze ściemniaczami
ma małe rozmiary i jest bardzo lekka. Zastosowanie
światła, wyłącznikami elektronicznymi (istnieją na rynku
elektroniki umożliwia ponadto natychmiastowe i
świetlówki kompaktowe współpracujące ze ściemniaczami,
bezmigotliwe zaświecenie świetlówki.
lecz są one rzadko spotykane na rynku) oraz fotokomórką.
Elektroniczne układy zapłonowe bez przegrzewania
Może to spowodować uszkodzenie świetlówki lub
elektrod są co prawda tańsze, lecz ich wrażliwość na częste
współpracującego urządzenia.
włączanie i wyłączanie jest większa.
W przypadku stosowania w instalacji dużej liczby
Różnica w kształcie, wymiarach, sposobie zaświecania,
świetlówek kompaktowych należy rozważyć kompensację
masie i strumieniu emitowanego światła stwarzają dziś
pojemnościową poszczególnych obwodów w celu poprawy
możliwość właściwego dobierania świetlówki kompaktowej w
współczynnika mocy, który dla świetlówek kompaktowych
celu zapewnienia odpowiedniej jakości oświetlenia dla
wynosi 0.50 - 0.65.
każdego i w każdej sytuacji, gdzie do tej pory używano
tradycyjnych żarówek.
PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007 71
Podsumowanie
Na rynku oświetleniowym jak nigdy dotąd jest wiele
alternatyw dla zwykłej żarówki. Jedną z nich są
energooszczędne świetlówki kompaktowe  dużo mniejsze,
tańsze, o dużo wyższej jakości, niż pierwsze tego typu
lampy. Philips ogłosił również wprowadzenie na rynek nowej
generacji energooszczędnych halogenów, które zużywają
50% mniej energii elektrycznej w stosunku do żarówek i
świecą trzykrotnie dłużej. Możemy śmiało powiedzieć, że
technologicznie jesteśmy przygotowani do zastąpienia
tradycyjnych żarówek przez energooszczędne zródła
światła. Nie są to już tylko świetlówki kompaktowe, ale
również prawdziwie energooszczędne żarówki. Dodatkowo,
należy mieć na uwadze nowe technologie w zakresie
wykorzystania fizyki ciała stałego, jakimi są systemy
oświetleniowe wykorzystujące diody elektroluminescencyjne
(LED, OLED), które w przyszłości gwarantować będą
jeszcze większe oszczędności.
LITERATURA
[1] Praca zbiorowa PKOśw, Technika Świetlna 98 Poradnik-
Informator.
Rys.10. yródła światła do oświetlenia gospodarstwa domowego
[2] Praca zbiorowa: Light Innovation & More. Philips Lighting, 2002.
[3] Materiały niepublikowane Philips Lighting..
Rys.10. yródła światła do oświetlenia gospodarstwa domowego
Autorzy: mgr inż. Bogdan Ślęk, Philips Lighting Poland S.A., ul.
Kossaka 150, 64-920 Piła, E-mail: Bogdan.Slek@Philips.com
72 PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007


Wyszukiwarka