Обычная лампа накаливания (ЛН) представляет собою «наглухо запаянную стеклянную колбу, внутри которой находится инертный газ и вольфрамовая спираль». Под действием электрического тока вольфрамовая спираль начинает накаливаться и излучает свет.
К достоинствам ЛН можно отнести их привычность и, возможно, низкую цену (если рассматривать ее в отрыве от последующих эксплуатационных затрат), а также возможность производить различные формы колбы (свеча, шарик, каплевидная форма и т.д.), дающие широкие возможности для оформления интерьера.
Сплошной спектр ламп накаливания существенно отличается от спектра естественного (дневного) света. У ламп накаливания преобладают желтое и красное излучения и полностью отсутствует ультрафиолет. Это определяет весьма теплый тон излучения ЛН (2400-2700 К) и позволяет добиваться хорошей цветопередачи предметов, освещенных ЛН.
В силу спектральных особенностей световая отдача ЛН крайне низка (10-15 лм / Вт). 85-90% электроэнергии, «питающей» нить накала, превращается не в свет, а в тепло. Иными словами, лампы накаливания - скорее, обогреватели, нежели осветители. Естественно, для того чтобы добиваться приемлемых уровней освещенности с помощью ЛН, приходится увеличивать мощность самих ламп или их количество. И то и другое приводит к увеличению потребления энергии.
Помимо неэкономичности, в число очевидных недостатков ламп накаливания входит крайне низкий срок службы - всего 1000 часов непрерывного горения. В среднем, лампы горят 1800 часов в год (около 5 часов в день). И ежегодно лампы накаливания в каждом светильнике приходится менять дважды. Попытки увеличения этого срока за счет частых отключений оказываются неэффективными - это приводит к быстрому изнашиванию и замене самих ламп. Неслучайно, во многих городах Европы, а сейчас и в Москве отказываются от дневного отключения части уличных светильников. Низкий срок службы увеличивает затраты не только за счет необходимости приобретения новых ламп, но и в связи с резким увеличением эксплуатационных расходов, затрат на замену перегоревших ламп.
С точки зрения пожаро-, взрывобезопасности и защиты от поражения током, ЛН сильно уступают так называемым «холодным» лампам. Раскаленная колба ЛН отличается повышенной взрывоопасностью, а тепловой принцип излучения часто приводит к нагреву патронов и электропроводки, к перегрузкам в сети, авариям и пожарам. Последнее особенно актуально для сетей провинциальных городов, которые создавались десятки лет назад и не были рассчитаны на экспансию энергоемких бытовых устройств в жилых и административных зданиях, а значит, не приспособлены к резкому возрастанию энергопотребления.
Люминесцентные лампы явились естественным следствием попыток развить достоинства ламп накаливания и минимизировать их недостатки, в частности увеличить срок службы и энергоэкономичность лампы. Эти задачи были успешно решены. Принципиальное отличие способа излучения и конструктивных особенностей привели к тому, что технико-экономические характеристики ЛЛ оставляют далеко позади лампы накаливания. Срок службы люминесцентной лампы равен 12-15 000 часов, т.е. в 12-15 (!) раз выше, чем у ламп накаливания. А их световая отдача составляет 75-90 лм / Вт, иными словами люминесцентные лампы в пять раз энергоэффективней своих предшественников.
Следует отметить, что люминесцентные лампы создавались специально для замены ламп накаливания в жилых помещениях. Поэтому их цветопередающие свойства благоприятны для восприятия интерьера, лица и рук человека (Ra=90).
Что касается недостатков люминесцентных ламп, то в первую очередь, к ним относятся большие габариты: лампа мощностью 80 Вт имеет длину 1,5 метра.
Это приводит к необходимости использовать крупные, металлоемкие светильники, а значит, к удорожанию светового прибора в целом. Во времена разработки ЛЛ, когда даже садовые скамейки и урны лили из чугуна, металлоемкости изделий не придавали особого значения. Сейчас дело обстоит иначе.
Кроме этого, люминесцентные лампы нуждаются в тяжелых и энергоемких электромагнитных пускорегулирующих аппаратах (ЭМПРА) и стартерах, что серьезно снижает их энергоэффективность. Увеличена в ЛЛ и опасность поражения током (на конденсаторах в ЛЛ выделяется до 300-400 В, и эта энергия сохраняется определенное время после выключения светильника). К недостаткам люминесцентных ламп относится также невозможность мгновенного их включения.
С точки зрения пожаро- и взрывобезопасности, люминесцентные лампы на порядок эффективней ламп накаливания, но их экологические а, главное, гигиенические характеристики оставляют желать лучшего. Так, в силу принципа действия, внутри трубки ЛЛ находится достаточно большое количество ртути (30-40 мг), что при неосторожном обращении может быть опасным для человеческого здоровья. Еще более важным является их влияние на человеческое зрение. Эти лампы, подключаемые к сети с помощью ЭМПРА, создают свет не постоянный, а «микропульсирующий»: при имеющейся в сети частоте переменного тока 50 Гц перезажигание ЛЛ происходит 100 раз в секунду.
Хотя эта частота выше критической для человеческого глаза и им не улавливается, при невидимом воздействии пульсация освещения отрицательно влияет на человека, вызывая вполне видимые и фиксируемые последствия - утомляемость, снижение работоспособности, а часто, головокружение и тошноту. Кстати, на промышленных предприятиях, в цехах, где установлены станки и необходимо хорошо различать движущиеся части механизмов или стремительно вращающиеся детали, пульсация светового потока часто может вызывать так называемый стробоскопический эффект, вызывающий неточность обработки деталей, повышенный травматизм, а порою и угрозу для жизни. Именно поэтому ЛЛ рекомендуют использовать лишь в так называемых нерабочих зонах различных помещений.
Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) по принципу своего действия практически не отличаются от обычных люминесцентных (электрический разряд генерирует ультрафиолет, который, в свою очередь, заставляет светиться люминофор).
Поэтому световая отдача и срок службы компактных люминесцентных ламп имеют те же колоссальные преимущества перед лампами накаливания, что и ЛЛ.
Если исходить из названия, то может показаться, что речь идет лишь об изменении размеров, о компактности. Конечно, это не так. КЛЛ явились плодом тщательного анализа работы ЛЛ и поступенчатого усовершенствования всех технико-экономических характеристик своих предшественниц, что привело к устранению типичных недостатков ЛН и ЛЛ при одновременном сохранении и развитии их достоинств.
Прежде всего, специалистам удалось уменьшить размеры ламп. Новые технологические возможности, появившиеся в последней четверти XX века, позволили уменьшить диаметр трубки до 7 мм, и, изогнув ее один раз в виде буквы «П», дважды или трижды, получить компактную люминесцентную лампу (четырехканальная КЛЛ мощностью 18 Вт имеет длину всего 145 мм, т.е. в 10 раз меньше, чем традиционная ЛЛ).
Уменьшение габаритов позволило сократить применение ртути более чем в десять раз (до 2-3 мг), а в некоторых типах амальгамных КЛЛ ртути в чистом виде нет вообще, она находится в связанном состоянии.
Пожаро- и взрывобезопасность, а также защита от поражения потребителя электрическим током возросли на порядок. Современные КЛЛ, и в частности лампы «Galleon», имеют нулевой класс защиты от поражения током (ГОСТ 122007), а вероятность возникновения пожара от одной лампы 10-6 в год (ГОСТ 12104). Кроме того, качественные КЛЛ от ведущих производителей, как правило, имеют защиту от перегрузок по току, защиту при повреждении излучающего блока, травмобезопасные неизвлекаемые цоколи и ряд других усовершенствований, направленных на обеспечение безопасности человеческой жизни.
Уменьшение габаритов компактных люминесцентных ламп позволило применять их как в отдельной установке, так и для прямой замены ЛН в светильниках со стандартными патронами, рассчитанными на использование резьбового «эдиссоновского» цоколя.
В силу своих конструктивных особенностей КЛЛ имеют еще одно преимущество: диапазон их цветовой температуры необычайно широк (от 2700 до 6000 К), что дает возможность создавать свет самого разного спектрального состава (теплый, естественный, белый, дневной), тем самым позволяет разнообразить и обогатить цветовую палитру любого помещения. Компактные люминесцентные лампы получили широкое распространение в производстве настольных ламп.
Особое место в усовершенствовании ЛЛ и трансформации их в КЛЛ занимает создание электронных пускорегулирующих аппаратов нового поколения (ЭПРА) - одно из самых перспективных направлений развития светотехники. ЭПРА используются в конструкции светильников вместо стартеров, электромагнитных дросселей и конденсаторов. ЭПРА значительно энергоэкономичней, чем ЭМПРА, так как потери мощности в балласте не происходит. Кроме того, ЭПРА гарантируют практически мгновенное включение лампы. В отличие от балластов традиционных люминесцентных ламп ЭПРА не имеют оптических (мерцание) и акустических (шум) эффектов, что делает КЛЛ безвредными для человеческого зрения и позволяет применять их в любых помещениях и для любых целей.
Заключение
Итак, люминесцентная лампа - это газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; видимое свечение разряда не превышает нескольких процентов.
Люминесцентные лампы широко применяются для общего освещения, при этом их световая отдача в несколько раз больше, чем у ламп накаливания того же назначения. Срок службы люминесцентных ламп может до 20 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу коммутаций, в противном случае быстро выходят из строя.
Наиболее распространённой разновидностью подобных источников является ртутная люминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку, заполненную парами ртути, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора.
Люминесцентные лампы - наиболее распространённый и экономичный источник света для создания рассеянного освещения в помещениях общественных зданий: офисах, школах, учебных и проектных институтах, больницах, магазинах, банках, предприятиях. С появлением современных компактных люминесцентных ламп, предназначенных для установки в обычные патроны E27 или E14 вместо ламп накаливания, они стали завоёвывать популярность и в быту.
Применение электронных пускорегулирующих устройств (балластов) вместо традиционных электромагнитных позволяет ещё более улучшить характеристики люминесцентных ламп - избавиться от мерцания и гула, ещё больше увеличить экономичность, повысить компактность.
Главными достоинствами люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются высокая светоотдача (люминесцентная лампа 23 Вт даёт освещенность как 100 Вт лампа накаливания) и более длительный срок службы (2000-20000 часов против 1000 часов).
В некоторых случаях это позволяет люминесцентным лампам экономить значительные средства, несмотря на более высокую начальную цену.
Применение люминесцентных ламп особенно целесообразно в случаях, когда освещение включено продолжительное время, поскольку включение для них является наиболее тяжёлым режимом и частые включения-выключения сильно снижают срок службы.