Компактная люминесцентная лампа ( CFL ), также называемая компактной люминесцентной лампой , энергосберегающей лампой и компактной люминесцентной трубкой , — это люминесцентная лампа, предназначенная для замены лампы накаливания ; некоторые типы подходят для светильников, предназначенных для ламп накаливания. Лампы используют трубку, изогнутую или сложенную для размещения в пространстве лампы накаливания, и компактный электронный балласт в основании лампы.
По сравнению с лампами накаливания общего назначения, дающими то же количество видимого света , КЛЛ потребляют от одной пятой до одной трети электроэнергии и служат в восемь-пятнадцать раз дольше. КЛЛ имеет более высокую закупочную цену, чем лампа накаливания, но может сэкономить более чем в пять раз ее закупочную цену на расходах на электроэнергию в течение срока службы лампы. [1] Как и все люминесцентные лампы, КЛЛ содержат токсичную ртуть , [2] что усложняет их утилизацию. Во многих странах правительства запретили утилизацию КЛЛ вместе с обычным мусором. В этих странах созданы специальные системы сбора КЛЛ и других опасных отходов.
Принцип работы остается таким же, как и в других флуоресцентных светильниках : электроны, связанные с атомами ртути, возбуждаются до состояний, в которых они будут излучать ультрафиолетовый свет, возвращаясь на более низкий энергетический уровень; этот излучаемый ультрафиолетовый свет преобразуется в видимый свет, когда он попадает на флуоресцентное покрытие, и в тепло, когда поглощается другими материалами, такими как стекло.
КЛЛ излучают спектральное распределение мощности , которое отличается от распределения ламп накаливания. Улучшенные формулы фосфора улучшили воспринимаемый цвет света, излучаемого КЛЛ, так что некоторые источники оценивают лучшие «мягкие белые» КЛЛ как субъективно схожие по цвету со стандартными лампами накаливания. [3]
Белые светодиодные лампы конкурируют с КЛЛ за высокоэффективное освещение. [4] С тех пор General Electric прекратила производство отечественных КЛЛ-ламп в Соединенных Штатах в пользу светодиодов. [5]
Предшественник современной люминесцентной лампы был изобретен в 1890-х годах Питером Купером Хьюиттом . [6] Лампы Купера Хьюитта использовались в фотостудиях и промышленности. [6]
Эдмунд Гермер , Фридрих Мейер и Ганс Шпаннер запатентовали лампу высокого давления в 1927 году. [6] Джордж Инман позже объединился с General Electric , чтобы создать практичную люминесцентную лампу, проданную в 1938 году и запатентованную в 1941 году. [6] Круглые и U-образные лампы были разработаны для уменьшения длины люминесцентных светильников. Первая люминесцентная лампочка и светильник были представлены широкой публике на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году .
Спиральная КЛЛ была изобретена в 1976 году Эдвардом Э. Хаммером , инженером компании General Electric, [7] в ответ на нефтяной кризис 1973 года . [8] Хотя конструкция соответствовала поставленным целям, GE потребовалось бы около 25 миллионов долларов на строительство новых заводов для производства ламп, поэтому изобретение было отложено. [9] В конечном итоге конструкция была скопирована другими. [9]
В 1980 году компания Philips представила свою модель SL*18, которая представляла собой лампу с винтовым или байонетным креплением и встроенным магнитным балластом. [10] В лампе использовалась складная трубка T4, стабильные трехцветные люминофоры и ртутная амальгама . Это была первая успешная замена лампы накаливания с винтовым креплением, в которой использовались новые редкоземельные алюминиевые решетчатые люминофоры для решения проблемы снижения светового потока, которая обычно быстро происходила бы в такой тонкой трубке; однако она не получила широкого распространения из-за своего большого размера, веса (более полукилограмма), выраженного мерцания с частотой 50 Гц и 3-минутного времени разогрева. [11] Она была основана на прототипе SL1000 1976 года. [12] В 1985 году компания Osram начала продавать свою модель Dulux EL, которая была первой КЛЛ с электронным балластом. [13]
Объем был проблемой при разработке КЛЛ, поскольку люминесцентные лампы должны были помещаться в том же объеме, что и сопоставимые лампы накаливания. Это потребовало разработки новых, высокоэффективных люминофоров, которые могли бы выдерживать большую мощность на единицу площади, чем люминофоры, используемые в старых, более крупных люминесцентных трубках. [13]
В 1995 году спиральные КЛЛ, производимые в Китае компанией Shanghai Xiangshan, стали коммерчески доступными. Впервые они были предложены компанией General Electric, которая столкнулась с трудностями при сгибании стеклянных трубок в спирали с использованием автоматизированного оборудования. Xiangshan решила эту проблему, сгибая трубки вручную, что стало возможным благодаря низкой тогда стоимости рабочей силы в Китае. [14] С тех пор продажи неуклонно росли. [15] Люминофорное покрытие в спиральных КЛЛ неравномерное, оно толще внизу, чем вверху, из-за эффекта гравитации во время процесса покрытия. [14] Хотя их популярность в разных странах различалась, в Китае КЛЛ были «доминирующей технологией в жилом сегменте» в 2011 году. [16]
Компания Philips Lighting прекратила исследования компактных люминесцентных ламп в 2008 году и начала выделять большую часть своего бюджета на исследования и разработки твердотельному освещению, такому как светодиодное освещение. [17]
Однако рост популярности светодиодного освещения существенно повлиял на продажи и производство люминесцентных ламп. В результате снижения стоимости и улучшения характеристик потребители все больше переходят на светодиоды. В Индии «к 2018 году почти 60 процентов рынка освещения... заняли светодиоды». [18] Цены на светодиоды упали значительно ниже 5 долларов США за базовую лампочку в 2015 году. [19] В Соединенных Штатах люминесцентные лампы также столкнулись с возможностью предлагаемых правил на 2017 год, которые создадут трудности для соответствия рейтингу Energy Star . [19] В начале 2016 года компания General Electric объявила о постепенном прекращении производства люминесцентных ламп в США. [19] [5]
1 сентября 2021 года ЕС запретил экспорт, импорт, производство и продажу всех компактных люминесцентных ламп со встроенными балластами. [20]
Существует два типа КЛЛ — интегрированные и неинтегрированные лампы, где CFL-i обозначает интегрированный балласт, а CFL-ni обозначает неинтегрированный балласт. Интегрированные лампы объединяют трубку и балласт в одном блоке. Эти лампы позволяют потребителям легко заменять лампы накаливания на КЛЛ. Интегрированные КЛЛ хорошо работают во многих стандартных светильниках с лампами накаливания, что снижает стоимость перехода на люминесцентные лампы. Доступны 3-ходовые лампы и модели с регулировкой яркости со стандартными цоколями.
Неинтегрированные КЛЛ имеют балласт, постоянно установленный в светильнике , и обычно только люминесцентная трубка заменяется в конце срока службы. Поскольку балласты помещаются в осветительный прибор, они больше и служат дольше по сравнению со встроенными, и их не нужно заменять, когда трубка достигает конца срока службы. Корпуса неинтегрированных КЛЛ могут быть как более дорогими, так и сложными. Они имеют два типа трубок: двухштырьковая трубка, предназначенная для обычного балласта, например, с цоколем G23 или G24d, и четырехштырьковая трубка, предназначенная для электронного балласта или обычного балласта с внешним стартером. Двухштырьковая трубка содержит встроенный стартер, что устраняет необходимость во внешних нагревательных штырях, но приводит к несовместимости с электронными балластами. Неинтегрированные КЛЛ также можно устанавливать в обычный осветительный прибор с помощью адаптера, содержащего встроенный магнитный балласт. Адаптер состоит из обычного винта для лампочки, самого балласта и зажима для разъема лампы.
КЛЛ имеют два основных компонента: магнитный или электронный балласт и газонаполненную трубку (также называемую лампой или горелкой). Замена магнитных балластов на электронные балласты устранила большую часть мерцания и медленного запуска, традиционно связанных с люминесцентным освещением, и позволила разработать лампы меньшего размера, напрямую взаимозаменяемые с лампами накаливания большего размера.
Электронные балласты содержат небольшую печатную плату с мостовым выпрямителем , фильтрующим конденсатором и обычно двумя переключающими транзисторами , которые часто являются биполярными транзисторами с изолированным затвором . Входящий переменный ток сначала выпрямляется в постоянный ток, а затем преобразуется в высокочастотный переменный ток транзисторами, подключенными как резонансный последовательный инвертор постоянного тока в переменный ток . Полученная высокая частота подается на ламповую трубку. Поскольку резонансный преобразователь имеет тенденцию стабилизировать ток лампы (и излучаемый свет) в диапазоне входных напряжений, стандартные КЛЛ плохо реагируют на приложения диммирования и будут испытывать более короткий срок службы, а иногда и катастрофический отказ. Для обслуживания диммирования требуются специальные электронные балласты (интегрированные или отдельные).
Световой поток КЛЛ примерно пропорционален площади поверхности люминофора, а КЛЛ с высокой светоотдачей часто больше своих эквивалентов с лампами накаливания. Это означает, что КЛЛ может не подойти для существующих светильников. Чтобы вместить достаточно покрытой люминофором площади в приблизительные общие размеры лампы накаливания, стандартные формы трубки КЛЛ — это спираль с одним или несколькими витками, несколько параллельных трубок, круговая дуга или бабочка.
Некоторые КЛЛ маркируются как не предназначенные для работы цоколем вверх, так как тепло сократит срок службы балласта. Такие КЛЛ не подходят для использования в подвесных светильниках и особенно не подходят для встраиваемых светильников . КЛЛ, предназначенные для использования в таких светильниках, доступны. [21] Текущие рекомендации для полностью закрытых, невентилируемых светильников (например, встраиваемых в изолированные потолки) — либо использовать «отражательные КЛЛ» (R-КЛЛ), [22] [23] КЛЛ с холодным катодом , либо заменять такие светильники на те, которые предназначены для КЛЛ. [22] КЛЛ будут процветать в областях с хорошей циркуляцией воздуха, например, в настольной лампе. [24]
КЛЛ излучают свет из смеси люминофоров , каждый из которых излучает одну полосу цвета с некоторыми полосами, все еще находящимися в ультрафиолетовом диапазоне, как можно увидеть в спектре света. Современные конструкции люминофоров уравновешивают цвет излучаемого света, энергоэффективность и стоимость. Каждый дополнительный люминофор, добавленный в смесь покрытия, улучшает цветопередачу, но снижает эффективность и увеличивает стоимость. Качественные потребительские КЛЛ используют три или четыре люминофора для достижения «белого» света с индексом цветопередачи (CRI) около 80, где максимум 100 представляет собой появление цветов при дневном свете или других источниках излучения черного тела, таких как лампа накаливания (в зависимости от коррелированной цветовой температуры ).
Цветовая температура может быть указана в кельвинах или майредах (1 миллион, деленный на цветовую температуру в кельвинах). Цветовая температура источника света — это температура черного тела , имеющего ту же цветность (т. е. цвет), что и источник света. Назначается условная температура, коррелированная цветовая температура , температура черного тела, излучающего свет оттенка, который для человеческого цветового восприятия наиболее близок к свету от лампы.
Цветовая температура характеризует излучение черного тела; практические источники белого света приближаются к излучению черного тела при данной температуре, но не будут иметь идентичный спектр. В частности, узкие полосы излучения с более короткой длиной волны обычно присутствуют даже для ламп с низкой цветовой температурой («теплый» свет). [25]
По мере увеличения цветовой температуры оттенок белого света меняется с красного на желтый, затем на белый, затем на синий. Названия цветов, используемые для современных КЛЛ и других ламп с тремя фосфорами, различаются у разных производителей, в отличие от стандартизированных названий, используемых для старых люминесцентных ламп с галогенфосфатом. Например, КЛЛ Daylight от Sylvania имеют цветовую температуру 3500 К, в то время как большинство других ламп, называемых дневными, имеют цветовую температуру не менее 5000 К. В Соединенных Штатах спецификация Energy Star предоставляет набор названных цветовых температур для сертифицированных светильников.
Номинальный срок службы КЛЛ обычно составляет 6000–15 000 часов, тогда как у стандартных ламп накаливания срок службы составляет 750 или 1000 часов. [27] [28] [29] Однако фактический срок службы любой лампы зависит от многих факторов, включая рабочее напряжение, производственные дефекты, воздействие скачков напряжения , механические удары , частоту включения и выключения, ориентацию лампы и рабочую температуру окружающей среды , а также другие факторы. [30]
Срок службы КЛЛ значительно сокращается, если ее часто включают и выключают или используют в полностью закрытом приспособлении. Это происходит из-за того, что электроды в КЛЛ подвергаются распылению каждый раз при включении; это также происходит в люминесцентных лампах. В результате материал с электродов выбрасывается каждый раз при распылении и оседает на стенках люминесцентной лампы, что проявляется в потемнении конца лампы. В случае 5-минутного цикла включения/выключения срок службы некоторых КЛЛ может сократиться до срока службы ламп накаливания. Программа США Energy Star рекомендует оставлять люминесцентные лампы включенными, когда вы выходите из комнаты менее чем на 15 минут, чтобы смягчить эту проблему. [31] КЛЛ излучают меньше света в конце срока службы, чем когда они новые. Спад светового потока происходит экспоненциально , причем самые быстрые потери происходят вскоре после первого использования лампы. К концу срока службы КЛЛ, как ожидается, будут излучать 70–80% от своего первоначального светового потока. [32] Реакция человеческого глаза на свет логарифмическая . То есть, в то время как человеческий глаз очень чувствителен к изменениям интенсивности слабых источников света, он менее чувствителен к изменениям интенсивности более ярких источников света, поскольку зрачки компенсируют это расширением или сужением. [33] Таким образом, предполагая, что освещение, обеспечиваемое лампой, было достаточным в начале ее жизни, а световой поток лампочки постепенно уменьшается на 25%, зрители будут воспринимать гораздо меньшее изменение интенсивности света. [34]
Флуоресцентные лампы становятся тусклее со временем, [35] поэтому то, что изначально было адекватной яркостью, может стать неадекватным. В одном из испытаний, проведенных Министерством энергетики США, продуктов Energy Star в 2003–2004 годах, четверть протестированных КЛЛ перестали соответствовать своей номинальной мощности после 40% номинального срока службы. [36] [37]
Поскольку чувствительность глаза меняется в зависимости от длины волны, выход ламп обычно измеряется в люменах , мера мощности света, воспринимаемого человеческим глазом. Световая эффективность ламп — это количество люменов, излучаемых на каждый ватт потребляемой электроэнергии. Световая эффективность типичной КЛЛ составляет 50–70 люменов на ватт (лм/Вт), а типичной лампы накаливания — 10–17 лм/Вт . [38] По сравнению с теоретической 100%-ной эффективной лампой ( 680 лм/Вт ), лампы КЛЛ имеют диапазоны эффективности освещения 7–10%, [39] по сравнению с 1,5–2,5% [40] у ламп накаливания. [41]
Из-за своей более высокой эффективности люминесцентные лампы потребляют от одной седьмой до одной трети мощности эквивалентных ламп накаливания. [38] Из общего объема продаж освещения в мире в 2010 году 50–70 процентов приходилось на лампы накаливания. [42] Замена всего неэффективного освещения на люминесцентные лампы сэкономит 409 тераватт-часов (1,47 эксаджоулей ) в год, 2,5% мирового потребления электроэнергии. В США подсчитано, что замена всех ламп накаливания сэкономит 80 ТВт-ч в год. [43] Поскольку люминесцентные лампы потребляют гораздо меньше энергии, чем лампы накаливания (ИЛ), постепенный отказ от ИЛ приведет к уменьшению выбросов углекислого газа (CO2 ) в атмосферу. Замена ИЛ на эффективные КЛЛ в глобальном масштабе позволит достичь ежегодного сокращения выбросов CO2 на 230 Мт (миллионов тонн), что больше, чем совокупные годовые выбросы CO2 Нидерландов и Португалии. [44]
Если внутренние лампы накаливания здания заменить на КЛЛ, тепло, выделяемое за счет освещения, значительно сократится. В теплом климате или в офисных или промышленных зданиях, где часто требуется кондиционирование воздуха , КЛЛ снижают нагрузку на систему охлаждения по сравнению с использованием ламп накаливания, что приводит к экономии электроэнергии в дополнение к экономии за счет энергоэффективности ламп. Однако в более прохладном климате, в котором зданиям требуется отопление, система отопления должна заменить сокращенное тепло от осветительных приборов. В Виннипеге , Канада, было подсчитано, что КЛЛ будут генерировать только 17% экономии энергии по сравнению с лампами накаливания, в отличие от 75% экономии, которую можно было бы ожидать без учета отопления помещений. [46]
Хотя цена покупки КЛЛ обычно в 3–10 раз выше, чем у эквивалентной лампы накаливания, КЛЛ служит в 8–15 раз дольше и потребляет на две трети или три четверти меньше энергии. В статье в США говорилось: «Дом, который инвестировал 90 долларов в замену 30 светильников на КЛЛ, сэкономит от 440 до 1500 долларов за пятилетний срок службы лампочек, в зависимости от стоимости электроэнергии. Посмотрите на свой счет за коммунальные услуги и представьте себе скидку в 12%, чтобы оценить экономию». [47]
КЛЛ чрезвычайно рентабельны в коммерческих зданиях при использовании вместо ламп накаливания. Используя средние коммерческие тарифы на электроэнергию и газ в США за 2006 год, статья 2008 года обнаружила, что замена каждой лампы накаливания мощностью 75 Вт на КЛЛ привела к ежегодной экономии в размере 22 долларов США на энергопотребление, снижению расходов на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха и сокращению трудозатрат на замену ламп. Дополнительные капитальные вложения в размере 2 долларов США на светильник обычно окупаются примерно за один месяц. Экономия больше, а периоды окупаемости короче в регионах с более высокими тарифами на электроэнергию и, в меньшей степени, также в регионах с более высокими, чем в среднем по США, требованиями к охлаждению. [48] Однако частое включение-выключение (включение и выключение) КЛЛ значительно сокращает их срок службы.
Текущая цена на КЛЛ отражает производство почти всех КЛЛ в Китае, где рабочая сила стоит дешевле. В сентябре 2010 года завод General Electric в Винчестере, штат Вирджиния , закрылся, [49] оставив Osram Sylvania и крошечную American Light Bulb Manufacturing Inc. последними компаниями, которые производили стандартные лампы накаливания в Соединенных Штатах. [50] В то время Эллис Ян, чья китайская компания производила большинство КЛЛ, продаваемых в Соединенных Штатах, сказал, что он заинтересован в строительстве завода в Соединенных Штатах по производству КЛЛ, но хотел получить 12,5 миллионов долларов от правительства США на это. General Electric рассматривала возможность перевести один из своих заводов по производству лампочек на производство КЛЛ, но сказала, что даже после инвестиций в размере 40 миллионов долларов в переоборудование завода разница в заработной плате будет означать, что затраты будут на 50% выше. [49]
Согласно газетному отчету за август 2009 года, некоторые производители утверждали, что КЛЛ могут быть использованы для замены более мощных ламп накаливания, чем это оправдано их световым потоком. [51] Эквивалентные заявления о мощности можно заменить сравнением фактического светового потока, излучаемого лампой, который измеряется в люменах и указан на упаковке. [52]
В дополнение к режимам отказа из-за износа, общим для всех люминесцентных ламп, электронный балласт может выйти из строя, так как он имеет ряд составных частей. Отказы балласта обычно происходят из-за перегрева и могут сопровождаться обесцвечиванием или деформацией корпуса балласта, запахами или дымом. [53] Лампы имеют внутреннюю защиту и должны безопасно выходить из строя в конце своего срока службы. Отраслевые ассоциации работают над тем, чтобы консультировать потребителей о различных режимах отказа КЛЛ по сравнению с лампами накаливания и разрабатывать лампы с безопасными режимами отказа. [54] Новые североамериканские технические стандарты направлены на устранение дыма или избыточного тепла в конце срока службы лампы. [55]
Только некоторые КЛЛ маркированы для управления яркостью . Использование диммера со стандартной КЛЛ неэффективно и может сократить срок службы лампы и аннулировать гарантию. [56] [57] Доступны КЛЛ с регулируемой яркостью. Переключатель диммера, используемый вместе с КЛЛ с регулируемой яркостью, должен соответствовать диапазону ее потребляемой мощности; [58] многие диммеры, установленные для использования с лампами накаливания, не работают приемлемо при мощности ниже 40 Вт, тогда как приложения с КЛЛ обычно потребляют мощность в диапазоне 7–20 Вт. КЛЛ с регулируемой яркостью появились на рынке до того, как появились подходящие диммеры. Диапазон регулировки яркости КЛЛ обычно составляет от 20% до 90%, [59] [ ненадежный источник ], но многие современные КЛЛ имеют диапазон регулировки яркости от 2% до 100%, что больше похоже на диапазон ламп накаливания. На рынке представлено два типа диммируемых КЛЛ: стандартные диммируемые КЛЛ и «переключаемые диммируемые» КЛЛ. Последние используют стандартный выключатель света, а встроенная электроника выбирает уровень светового потока на основе количества быстрых включений и выключений выключателя. Диммируемые КЛЛ не являются 100% заменой ламп накаливания, которые диммируются для «сцен настроения», таких как настенные бра в обеденной зоне. Ниже предела в 20% лампа может оставаться на 20% или мерцать, или схема стартера может остановиться и перезапуститься. [60] Выше 80% лампа может работать на 100%. Однако в последних продуктах эти проблемы решены, так что они работают больше как лампы накаливания. Диммируемые КЛЛ дороже стандартных КЛЛ из-за дополнительной схемы.
КЛЛ с холодным катодом можно регулировать до низких уровней яркости, что делает их популярной заменой ламп накаливания в схемах с диммерами.
При затемнении CFL ее цветовая температура (теплота) остается прежней. Это противоречит источникам света накаливания, где цвет становится краснее по мере того, как источник света становится тусклее. Кривая Круитгофа 1934 года описывала эмпирическую связь между интенсивностью и цветовой температурой визуально приятных источников света. [ необходима цитата ]
Входной каскад КЛЛ представляет собой выпрямитель, который представляет собой нелинейную нагрузку для источника питания и вносит гармонические искажения в ток, потребляемый от источника. [61] [62] Использование КЛЛ в домах не оказывает заметного влияния на качество электроэнергии , но значительное их количество на большом объекте может иметь неблагоприятный эффект. Коэффициент мощности КЛЛ не оказывает существенного влияния на их энергосберегающие преимущества для отдельных потребителей, но их использование в больших количествах, например, в коммерческих приложениях или в миллионах домов в распределительной системе, может потребовать модернизации инфраструктуры. В таких случаях следует выбирать КЛЛ с низким (ниже 30 процентов) общим гармоническим искажением (THD) и коэффициентом мощности более 0,9. [63] [64] [65]
Электронные устройства, работающие с помощью инфракрасного дистанционного управления, могут интерпретировать инфракрасный свет, излучаемый люминесцентными лампами, как сигнал; это может ограничить использование люминесцентных ламп вблизи телевизоров, радиоприемников, пультов дистанционного управления или мобильных телефонов . КЛЛ, сертифицированные Energy Star, должны соответствовать стандартам FCC, и поэтому должны перечислять все известные несовместимости на упаковке. [66] [67]
КЛЛ, как правило, не предназначены и не рассчитаны на использование на открытом воздухе, и некоторые из них не запускаются в холодную погоду. КЛЛ доступны с балластами для холодной погоды, которые могут быть рассчитаны на температуру до -28,8 °C (-20 °F). [68] Световой поток в течение первых нескольких минут работы ограничен при низких температурах, прежде чем он достигнет полной яркости. [69] КЛЛ с холодным катодом запускаются и работают в широком диапазоне температур из-за их различной конструкции.
Лампы накаливания достигают полной яркости через долю секунды после включения. По состоянию на 2009 год [обновлять]КЛЛ включаются в течение секунды, но многим все еще требуется время, чтобы достичь полной яркости. [70] Цвет света может немного отличаться сразу после включения. [71] Некоторые КЛЛ продаются как «мгновенно включающиеся» и не имеют заметного периода прогрева, [72] но другим может потребоваться до минуты, чтобы достичь полной яркости, [73] или дольше при очень низких температурах. Некоторым, которые используют ртутную амальгаму , может потребоваться до трех минут, чтобы достичь полной мощности. [72] Это и более короткий срок службы КЛЛ при включении и выключении на короткие периоды времени могут сделать КЛЛ менее подходящими для таких применений, как освещение, активируемое движением. Гибридные лампы, объединяющие галогенную лампу с КЛЛ, доступны там, где время прогрева неприемлемо. [74] Галогенная лампа загорается немедленно и выключается, как только КЛЛ достигает полной яркости.
По данным Научного комитета Европейской комиссии по возникающим и вновь выявленным рискам для здоровья (SCENIHR) от 2008 года, люминесцентные лампы могут представлять дополнительный риск для здоровья из-за испускаемого ими ультрафиолетового и синего света. Это излучение может усугубить симптомы у людей, которые уже страдают от кожных заболеваний, делающих их исключительно чувствительными к свету. Свет, излучаемый некоторыми одноконтурными люминесцентными лампами на расстоянии менее 20 см (7,9 дюйма), может привести к воздействию ультрафиолета, приближающемуся к текущему пределу на рабочем месте, установленному для защиты работников от повреждений кожи и сетчатки. Однако источники в отрасли утверждают, что ультрафиолетовое излучение, получаемое от люминесцентных ламп, слишком мало, чтобы способствовать развитию рака кожи, а использование двухконтурных люминесцентных ламп «в значительной степени или полностью» снижает любые другие риски. [75]
Испытания показали, что воздействие излучения от КЛЛ незначительно на расстоянии 150 сантиметров от источника. На более близких расстояниях сравнения показывают, что КЛЛ излучают меньше УФ-А (длинноволновое) излучение, чем лампы накаливания. Однако они излучают более высокие уровни УФ-В (коротковолнового) излучения. [76] УФ-В может проникать глубоко в кожу, в то время как достаточные уровни УФ-А могут обжечь поверхностные слои. Закрытые (двойные) КЛЛ экранированы и излучают более низкое общее УФ-излучение по сравнению с лампами накаливания или галогенными лампами аналогичной мощности.
Для обычного пользователя УФ-излучение от внутреннего освещения, похоже, не является проблемой. Для людей с чувствительной кожей длительное пребывание в помещении может быть проблемой, в этом случае они могут захотеть использовать лампу с более низким выходом УФ-излучения. Кажется, что существует больше различий внутри типов ламп, чем между ними, но лучшим вариантом являются экранированные КЛЛ.
Исследование 2012 года, сравнивающее влияние света КЛЛ и света ламп накаливания на здоровье клеток, обнаружило статистически значимое повреждение клеток в культурах, подвергшихся воздействию света КЛЛ. Спектроскопический анализ подтвердил наличие значительного излучения УФ-А и УФ-С, которое, по предположению авторов исследования, было связано с повреждением внутренних фосфорных покрытий ламп. После воздействия света ламп накаливания эквивалентной интенсивности никаких повреждений клеток не наблюдалось. Авторы исследования предполагают, что воздействие ультрафиолета можно ограничить за счет использования «двухстенных» ламп, изготовленных с дополнительным стеклянным покрытием, окружающим фосфорный слой. [77]
Если основание лампочки не изготовлено из огнестойкого материала, как того требует добровольный стандарт для люминесцентных ламп, перегрев электрических компонентов в лампочке может создать опасность возгорания. [78]
КЛЛ, как и все люминесцентные лампы , содержат ртуть [79] [80] в виде паров внутри стеклянной трубки. Большинство КЛЛ содержат 3–5 мг на колбу, а колбы с маркировкой «экологически чистые» содержат всего 1 мг. [81] [82] Поскольку ртуть ядовита , даже эти небольшие количества представляют собой проблему для свалок и мусоросжигательных заводов , где ртуть из ламп может высвобождаться и способствовать загрязнению воздуха и воды . В США производители осветительных приборов, входящие в Национальную ассоциацию производителей электрооборудования (NEMA), добровольно ограничили количество ртути, используемой в КЛЛ. [83] В ЕС такой же предел требуется законом RoHS .
В районах, где электроэнергия в основном вырабатывается на угольных станциях, замена ламп накаливания на КЛЛ фактически снижает выбросы ртути. Это происходит потому, что снижение спроса на электроэнергию, в свою очередь, снижает количество ртути, выделяемой углем при его сжигании, более чем компенсирует количество ртути, выделяемой сломанными и выброшенными КЛЛ. [84] В июле 2008 года Агентство по охране окружающей среды США опубликовало технический паспорт, в котором говорилось, что чистые системные выбросы ртути для освещения КЛЛ были ниже, чем для освещения лампами накаливания сопоставимого светового потока. Это было основано на средней скорости выбросов ртути для производства электроэнергии в США и среднем расчетном выбросе ртути из КЛЛ, отправленных на свалку. [85] Угольные электростанции также выбрасывают другие тяжелые металлы, серу и углекислый газ.
В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды США подсчитало, что если все 270 миллионов проданных в 2007 году КЛЛ будут отправлены на свалки, то будет выброшено около 0,13 метрических тонн ртути, 0,1% от всех выбросов ртути в США (около 104 метрических тонн в том году). [86] График предполагает, что КЛЛ служат в среднем 8000 часов независимо от производителя и преждевременной поломки. В районах, где уголь не используется для производства энергии, выбросы будут меньше для обоих типов лампочек. [86]
Специальные инструкции по обращению с поломками не печатаются на упаковке бытовых люминесцентных ламп во многих странах. Количество ртути, выделяемой одной лампочкой, может временно превышать федеральные рекомендации США по хроническому воздействию. [87] [88] Однако хроническое воздействие подразумевает воздействие в течение значительного времени, и остается неясным, каковы риски для здоровья от кратковременного воздействия низких уровней элементарной ртути. [88] Несмотря на соблюдение рекомендаций Агентства по охране окружающей среды по очистке сломанных люминесцентных ламп, исследователи не смогли удалить ртуть с ковра, а перемешивание ковра — например, играющими маленькими детьми — создавало локальные концентрации вплоть до 0,025 мг/м3 в воздухе вблизи ковра, даже через несколько недель после первоначальной поломки. [88]
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало на своем веб-сайте рекомендации по очистке сломанных люминесцентных ламп и способы предотвращения поломки. [89] Оно рекомендует проветривать помещение и аккуратно утилизировать осколки в банке. Исследование Департамента охраны окружающей среды штата Мэн (DEP) 2008 года, сравнивающее методы очистки, предупреждает, что использование пластиковых пакетов для хранения сломанных люминесцентных ламп опасно, поскольку пары, значительно превышающие безопасный уровень, продолжают вытекать из пакетов. EPA и DEP штата Мэн рекомендуют герметичную стеклянную банку в качестве лучшего хранилища для сломанной лампы. [90]
С конца 2018 года экспорт, импорт и производство КЛЛ в Европейском Союзе запрещены Регламентом ЕС о ртути. [91]
Опасения по поводу здоровья и окружающей среды, связанные с ртутью, побудили многие юрисдикции потребовать, чтобы отработанные лампы были надлежащим образом утилизированы или переработаны, а не включены в общий поток отходов, отправляемых на свалки. Безопасная утилизация требует хранения лампочек в неразбитом виде до тех пор, пока их не удастся переработать.
В Соединенных Штатах большинство штатов приняли и в настоящее время реализуют федеральное Универсальное правило по отходам (UWR). [92] Несколько штатов, включая Вермонт , Нью-Гемпшир , Калифорнию , Миннесоту , Нью-Йорк , Мэн , Коннектикут и Род-Айленд , имеют правила, которые являются более строгими, чем федеральное UWR. [92] Магазины сетевые товаров для дома делают бесплатную переработку люминесцентных ламп широко доступной. [93]
В Европейском союзе КЛЛ являются одним из многих продуктов, подлежащих схеме переработки WEEE . Розничная цена включает сумму для оплаты переработки, а производители и импортеры обязаны собирать и перерабатывать КЛЛ.
Согласно проекту по переработке компактных люминесцентных ламп Northwest, поскольку у домохозяйств на северо-западе США есть возможность утилизировать эти продукты так же, как они утилизируют другие твердые отходы, в Орегоне «большинство бытовых люминесцентных ламп отправляются в твердые бытовые отходы». Они также отмечают оценки Агентства по охране окружающей среды относительно процента общего количества ртути, выделяемой люминесцентными лампами, когда они утилизируются следующими способами: захоронение муниципальных отходов 3,2%, переработка 3%, сжигание муниципальных отходов 17,55% и утилизация опасных отходов 0,2%. [94]
Первый этап переработки КЛЛ включает дробление лампочек в машине, которая использует вентиляцию с отрицательным давлением и фильтр, поглощающий ртуть, или холодную ловушку для удержания паров ртути. Многие муниципалитеты закупают такие машины. [ необходима цитата ] Дробленое стекло и металл хранятся в бочках, готовые к отправке на заводы по переработке.
В некоторых местах, таких как Квебек и Британская Колумбия в 2007 году, центральное отопление домов обеспечивалось в основном за счет сжигания природного газа , тогда как электричество в основном обеспечивалось гидроэлектростанциями . Анализ последствий запрета на лампы накаливания в то время ввел понятие, что в таких районах тепло, вырабатываемое обычными электрическими лампочками, могло значительно сократить выбросы парниковых газов от отопления природным газом. [95] Иванко, Карни и Вахер подсчитали, что «если бы все дома в Квебеке были обязаны перейти с (ламп накаливания) на КЛЛ, то выбросы CO2 в провинции увеличились бы почти на 220 000 тонн , что эквивалентно годовым выбросам от более чем 40 000 автомобилей».
CFL производятся как для переменного тока (AC), так и для постоянного тока (DC). DC CFL популярны для использования в транспортных средствах для отдыха и в домах, не подключенных к электросети . В развивающихся странах существуют различные инициативы агентств по оказанию помощи, направленные на замену керосиновых ламп , которые связаны с опасностью для здоровья и безопасности, на CFL, работающие от батарей, солнечных панелей или ветровых генераторов. [96]
Из-за возможности снижения потребления электроэнергии и загрязнения окружающей среды различные организации поощряют внедрение КЛЛ и других эффективных осветительных приборов. Усилия варьируются от рекламы для повышения осведомленности до прямой раздачи КЛЛ населению. Некоторые электроэнергетические компании и местные органы власти субсидировали КЛЛ или предоставляли их бесплатно клиентам в качестве средства снижения спроса на электроэнергию; и таким образом задерживают дальнейшие инвестиции в генерацию.
В Соединенных Штатах Программа оценки и анализа жилого освещения (PEARL) была создана как программа надзора. PEARL оценила производительность и соответствие Energy Star более 150 моделей люминесцентных ламп. [97] [98]
Инициатива Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП)/Глобального экологического фонда (ГЭФ) разработала «Глобальную программу эффективного партнерства», которая фокусируется на политике и подходах стран, позволяющих быстро и экономически эффективно внедрять энергоэффективное освещение, включая люминесцентные лампы, в развивающихся странах и странах с переходной экономикой.
В Соединенных Штатах и Канаде программа Energy Star маркирует лампы, которые соответствуют набору стандартов по эффективности, времени запуска, ожидаемому сроку службы, цвету и постоянству производительности. Цель программы — снизить беспокойство потребителей из-за переменного качества продукции. [99] Эти КЛЛ с недавней сертификацией Energy Star запускаются менее чем за одну секунду и не мерцают. Energy Star Light Bulbs for Consumers — это ресурс для поиска и сравнения ламп, соответствующих стандарту Energy Star. Ведется постоянная работа по улучшению «качества» ( индекса цветопередачи ) света. [ необходима ссылка ]
В Соединенных Штатах новые стандарты, предложенные Министерством энергетики США , могут привести к замене люминесцентных ламп светодиодными лампами . По мнению Ноа Горовица из Совета по защите природных ресурсов , большинство люминесцентных ламп не будут соответствовать стандартам. [100]
В Соединенном Королевстве подобная программа реализуется организацией Energy Saving Trust с целью выявления осветительных приборов, соответствующих рекомендациям по энергосбережению и производительности. [101]
Системы патронов для ламп G24 (624Q2) и GU24 были разработаны для замены традиционных патронов, чтобы лампы накаливания не устанавливались в светильники, предназначенные только для энергосберегающих ламп.
Если яркость наблюдаемого источника света увеличивается в 10 раз, зрители не считают, что яркость увеличилась в 10 раз. На самом деле эта зависимость логарифмическая: чувствительность глаза быстро уменьшается по мере увеличения яркости источника. Именно эта характеристика позволяет человеческому глазу работать в таком чрезвычайно широком диапазоне уровней освещенности.
Интересно, что, несмотря на то, что входящий свет может иметь динамический диапазон около 14 логарифмических единиц, нейронные единицы могут передавать сигнал, имеющий динамический диапазон всего около 1,5 логарифмических единиц. Очевидно, что в нашем зрении задействован некоторый механизм адаптации. Это означает, что мы адаптируемся к некоторому значению яркости, а затем можем воспринимать данные в определенном динамическом диапазоне вблизи уровня адаптации. Одной из важнейших характеристик, которая меняется с различными уровнями адаптации, является едва заметная разница.
![Спиральная интегрированная КЛЛ, одна из самых популярных конструкций в Северной Америке с 1995 года, когда китайская фирма выпустила на рынок первую успешную конструкцию[14]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c3/Compact-Fluorescent-Bulb.jpg/1280px-Compact-Fluorescent-Bulb.jpg)
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )Joint Committee Workshop on Policies to Improve Residential Lighting Efficiency in California
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)Каковы выбросы ртути, вызванные деятельностью человека? Способствуют ли эти выбросы CFLS, которые оказываются на свалке?
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)