Как работают энергосберегающие лампы?

  1. Почему обычные (лампы накаливания) тратят энергию
  2. Как работают компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
  3. Резюме
  4. Что внутри компактной люминесцентной лампы?
  5. Недостатки КЛЛ
  6. Светодиодные лампы
  7. Как работают светодиодные лампы
  8. Как вы можете сравнить эффективность различных видов ламп?
  9. Как насчет цвета?
  10. Сколько реально экономят энергосберегающие лампы?
  11. Узнать больше
  12. статьи
  13. Поделиться этой страницей
  14. Цитировать эту страницу

Реклама

Реклама

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 8 апреля 2018 г.

Теперь вот яркая идея - лампа, которая экономит ваши деньги и помогает окружающей среде! Это длится в 10 раз дольше, чем стандарт электрический лампа и использует на 80 процентов меньше энергия , Если вы заботитесь о решении глобальное потепление Такие лампы - отличное место для старта. В течение срока службы обычная энергосберегающая лампа не дает около одной тонны углекислого газа попадать в атмосферу и многократно окупается. Так что это хорошо для вашего кармана и хорошо для Земли. Есть два совершенно разных вида: КЛЛ (компактные люминесцентные лампы) и светодиодные (светодиодные) лампы . В чем разница между ними, как они работают и что лучше? Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: типичная энергосберегающая компактная люминесцентная лампа (КЛЛ). Свет исходит от двойных люминесцентных ламп слева. Кубообразное основание лампы содержит трансформатор и другую электронику, как описано ниже.

Почему обычные (лампы накаливания) тратят энергию

Чтобы понять, что хорошего в энергосберегающих лампах, нам сначала нужно понять, что хорошего в обычных лампах.

Фото: лампа накаливания делает свет, когда нить становится горячей белого цвета. Обычно это трудно увидеть, так как вы не можете долго смотреть на лампу, чтобы она не повредила (или даже не повредила) глаза. Но эта фотография с короткой выдержкой ясно показывает, что происходит.

Большинство ламп накаливания . Это означает, что они испускают свет потому что они горячие Типичная электрическая лампочка представляет собой стакан шар с очень тонким куском проволоки внутри. Тонкая проволока, называемая нитью , становится очень горячей, когда электричество протекает через это. Теперь горячие вещи часто испускают свет , Например, огонь выглядит красным, оранжевым, желтым или белым, потому что он горячий. Положить железо бар в огне, и он будет светиться красным, когда температура достигнет около 950 ° C (1750 ° F); это то, что мы подразумеваем под "раскаленным докрасна". Если температура поднимается примерно до 1100 ° C (2000 ° F), полоса светится желтым. Если он еще нагревается, скажем, около 2500 ° C (4500 ° F), он будет светиться ярким белым светом. Нить накала в лампочке выглядит белой, потому что она светится горячим белым светом.

Горячее железо выглядит красным, желтым или белым, потому что оно испускает свет, но зачем вообще испускать свет? Когда вы нагреваете утюг, атомы внутри него поглощают тепловая энергия Вы поставляете. Электроны внутри атомов выталкиваются дальше от ядра, чтобы впитать эту дополнительную энергию. Но это делает их нестабильными, поэтому они быстро возвращаются в исходное или «основное» состояние. Когда они делают это, они должны избавиться от некоторой энергии и сделать это, испуская крошечный пакет света, называемый фотоном . В зависимости от того, сколько энергии они избавляются, фотон выглядит как свет определенного цвета. Смотрите нашу статью на свет для более полного объяснения того, как атомы производят свет.

Вы можете подумать, что нагревание провода - довольно неэффективный способ сделать свет - и вы были бы правы. Огонь, горячая железная решетка и проволочная нить в лампе излучают свет, но они также выделяют тепло. Если создание света - наша единственная цель, то любое тепло, которое мы производим, является пустой тратой энергии. Если вы когда-нибудь подносите руку к обычной лампе накаливания, вы будете знать, что она невероятно горячая - слишком горячая, чтобы ее трогать, поэтому не пытайтесь! Фактически, лампа накаливания тратит около 90 процентов электроэнергии, которую она использует, нагреваясь.

Узнайте больше в нашей статье на лампы накаливания ,

Как работают компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)

Традиционно энергосберегающие лампы экономят энергию, производя свет без тепла, используя совершенно другой процесс, называемый флуоресценцией . Это трюк, подобный тому, который используют такие существа, как светлячки и светящиеся черви, чьи тела содержат химические вещества, которые производят «холодный свет» без какой-либо жары. Общее название для света, сделанного таким образом: люминесценция ,

Возможно, у вас были длинные люминесцентные лампы в вашем доме или офисе в течение многих лет. Современные компактные люминесцентные лампы работают точно так же, только они были сжаты, чтобы поместиться примерно в том же объеме, что и традиционные лампочки. Снаружи компактная люминесцентная лампа выглядит достаточно простой, состоящей из двух основных частей: квадратного основания, из которого выходят две или более белые стеклянные трубки. Подсоедините основание, и трубки загорятся. Что может быть проще? Внутри все немного сложнее! Вот как это все работает:

Вот как это все работает:

  1. Вы подключаете базу к электрической розетке.
  2. Прямо внутри базы, где корпус расширяется, есть маленький электронный схема, содержащая трансформатор , что повышает напряжение поступающего электричества. (Вы можете увидеть фотографию схемы ниже.) Это означает, что лампа может излучать больше света, чем в противном случае, а также помогает уменьшить мерцание.
  3. Схема соединена с парой электрических контактов, называемых электродами.
  4. Когда электричество втекает в электроды, электроны (показанные здесь как красные точки) «кипятятся» с их поверхности и сбегают вниз по тонким белым трубкам, которые содержат газ ртути, показанным здесь как большие синие точки.
  5. Когда электроны ударяются по трубам, они сталкиваются с атомами ртути. Столкновения дают энергию атомам ртути, поэтому их электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Но это делает атомы ртути нестабильными, поэтому электроны быстро возвращаются в свои основные состояния. Когда они делают это, они испускают фотоны невидимого ультрафиолетового света (немного более высокой частоты, чем синий свет, который мы можем видеть), показанного здесь как фиолетовая волнистая линия.
  6. Если флуоресцентные лампы создают невидимый свет, почему они светятся белым? Вот умная часть. Тонкие стеклянные трубки флуоресцентного света покрыты химикатами белого цвета, которые называются люминофоры . Когда ультрафиолетовый свет попадает на атом люминофоров (обозначенных здесь серыми точками), он возбуждает их электроны точно так же, как и атомы ртути. Это делает атомы фосфора нестабильными, поэтому они выделяют свою избыточную энергию в виде фотонов, которые на этот раз оказываются видимым, белым светом (обозначенным здесь желтыми волнистыми линиями).

Это делает атомы фосфора нестабильными, поэтому они выделяют свою избыточную энергию в виде фотонов, которые на этот раз оказываются видимым, белым светом (обозначенным здесь желтыми волнистыми линиями)

Фото: электронная схема внутри энергосберегающей лампы. Трансформатор - это большая оранжево-золотая вещь в центре. Черный цилиндр слева - это конденсатор , Крайне правые четыре серебряных контакта находятся там, где прикрепляются электроды.

Резюме

Короче говоря, люминесцентные лампы производят свою энергию в три этапа:

  1. Электроды берут электрическую энергию от источника питания и генерируют движущиеся электроны.
  2. Движущиеся электроны сталкиваются с атомами ртути в трубках, создавая ультрафиолетовый свет.
  3. Белое люминофорное покрытие трубок превращает ультрафиолетовый свет в видимый свет (который мы можем видеть).

Что внутри компактной люминесцентной лампы?

Если вам интересно, вот как на самом деле выглядит компактный флуоресцентный свет внутри. (Не разбивайте себя на части; есть некоторые риск для здоровья из ртути внутри, если вы разбили эти белые стеклянные трубки.) Извините, фотография немного размыта. В следующий раз, когда одна из моих ламп сломается, я сделаю лучшее фото!

Фото: внутри компактной люминесцентной лампы. Цифры на этом фото соответствуют номерам на иллюстрации выше: 1) Подключение к розетке; 2) трансформаторная схема; 3) электроды; 4-6) Стеклянные трубки с белым люминофорным покрытием внутри.

Недостатки КЛЛ

Энергосберегающие люминесцентные лампы намного лучше, чем лампы накаливания, но у них все же есть свои недостатки. Как видно из фотографии выше, внутри них много электронных схем, и их трудно перерабатывать в конце срока службы, поэтому большинство таких ламп попадают на свалки. Ртуть внутри них токсична, поэтому, если вы сломаете лампочку в своем доме, существует небольшой риск для вашего здоровья (и ртуть также загрязняет свалку). Подобно тому, как лампы накаливания прошли путь динозавров, КЛЛ должны следовать: в феврале 2016 года ведущий производитель General Electric объявленный что он прекратил бы производить и продавать КЛЛ в Соединенных Штатах в пользу светодиодных ламп. Теперь можно купить светодиодные эквиваленты большинства ламп накаливания и ламп накаливания, в том числе небольшие лампочки накаливания, поэтому нет особой причины не сразу выбирать светодиоды.

Светодиодные лампы

Светодиодные лампы

Фото: типичная светодиодная лампа (слева) выглядит гораздо больше, чем старая лампа накаливания, чем ее более старый конкурент КЛЛ (справа).

С тех пор как компактные люминесцентные лампы стали популярными в середине 1990-х годов, появились лучшие альтернативы: светодиодные лампы. Они еще более энергоэффективны, служат дольше, содержат гораздо меньше электронных компонентов и не содержат токсичной ртути, хотя, по крайней мере, на данный момент их можно купить дороже. Еще одно большое преимущество заключается в том, что они достигают максимальной яркости практически мгновенно, в отличие от КЛЛ, для «разогрева» которых требуется несколько минут. Светодиодные лампы содержат от 10 до 20, поэтому маломощные, низковольтные светодиоды и некоторые схемы, чтобы заставить их работать от более высокого напряжения внутреннего питания. У многих есть матовый внешний пластиковый корпус или «рассеиватель», чтобы рассеивать яркий, направленный яркий свет фонарика их маленьких светодиодов в более теплое, нечеткое свечение, более подходящее для домашнего освещения.

Как работают светодиодные лампы

Один светодиод обычно работает от 1,5-вольтовой батареи постоянного тока: многие современные фонари работают именно таким образом, с горсткой светодиодов, работающих от пары маленьких батарей. У бытовой лампы есть некоторые дополнительные сложности: напряжение намного выше (110–250 вольт), и вместо постоянного тока используется переменный ток (переменный ток). Итак, как и в CFL, нам нужны схемы для правильной работы наших светодиодов.

Вот пять основных частей типичной светодиодной лампы:

  1. Рассеиватель: в отдельные светодиоды встроены линзы сверху, поэтому они излучают свет в одном направлении. Сложите 10–20 из них вместе, и вы получите довольно яркий луч - как негабаритный фонарик. Вот почему большинство светодиодных ламп имеют рассеиватели в них, которые обычно представляют собой матовые пластиковые купола, которые распространяют светодиодные лучи в более размытое, более равномерное свечение, посылая одинаковый свет во всех направлениях.
  2. Матрица светодиодов: в обычной лампе имеется один или два десятка светодиодов.
  3. Радиатор: хотя светодиоды являются энергоэффективными, они (и цепь под ними) все еще генерируют довольно мало тепла. Поскольку лампа представляет собой полностью герметичное устройство, все это тепло скоро будет накапливаться и повреждать или разрушать компоненты внутри. Вот почему светодиодные лампы обычно имеют ребристые радиаторы (например, лопасти радиатора) для их охлаждения.
  4. Схема: трансформатор и несколько других компонентов преобразуют высоковольтный бытовой переменный ток в постоянный ток для светодиодной матрицы.
  5. Основание: обычно либо ввинчиваемый (винт Edison, ES), либо байонетный фитинг.

Как вы можете сравнить эффективность различных видов ламп?

Легко подобрать лампы в магазине и упасть на простые аргументы на коробке, такие как «использует на 90% меньше энергии» (меньше чем? »),« Длится 15 лет »или что бы то ни было, но когда дело доходит до эффективность, мы должны сравнить как для. Как лампа накаливания может быть ярче, чем КЛЛ, например, так что действительно ли справедливо прямое сравнение энергопотребления? Один из способов сравнить лампы, посмотрев, сколько энергии им нужно ( измеряется в ваттах) для получения одинакового количества яркости (измеряется в люменах). Разделив эти два числа, мы получим количество люменов, которые каждая лампа может произвести за один ватт энергии. Глядя на диаграмму здесь, вы можете видеть, что светодиоды по этому показателю значительно лучше, чем КЛЛ, что, в свою очередь, намного лучше, чем у ламп накаливания.

Диаграмма: люмен на ватт: светодиодные лампы почти вдвое эффективнее, чем КЛЛ, если учесть яркость. По тому же измерению, КЛЛ выглядят не так хорошо по сравнению с лампами накаливания (только в 5 раз лучше). Светодиоды в 10 раз лучше ламп накаливания.

Как насчет цвета?

Вы иногда будете слышать, что современные КЛЛ более жесткие и белые, чем лампы накаливания старомодного типа, хотя это не всегда так. Если вы покупаете свои КЛЛ в продуктовом магазине или супермаркете, у вас не будет большого выбора, кроме типа винта и номинальной мощности; Вы, вероятно, просто берете все, что там есть, не задумываясь о цвете света. Но если вы обратитесь к специалисту по продаже ламп (лично или через Интернет), вы обнаружите, что можете купить КЛЛ с разными «цветовыми температурами», иногда (в зависимости от производителя), указанными трехзначным кодом на коробке. Так, например, вы можете купить 10-ваттный КЛЛ Philips с цветовой температурой 827 (очень теплый белый - довольно красноватый, уютный свет, подходящий для окружающего освещения в доме, баре или отеле), 830 (теплый белый - желтый свет), 840 (обычный белый - белый свет общего назначения, более подходящий для чтения дома) или 940 (холодный белый, возможно, более подходящий для офиса). Изменение цветовой температуры ваших ламп будет иметь большое значение для атмосферы вашей комнаты.

Фото: цветовые температуры: это одна из моих настольных ламп с двумя лампами разных цветовых температур, сфотографированными в одинаковых условиях. На самом деле фотография не показывает, насколько велика разница между теплым белым (827) и намного более холодным белым (840).

Сколько реально экономят энергосберегающие лампы?

Вы часто слышите, как люди говорят, что такие лампы довольно быстро окупаются, но так ли это на самом деле? Давайте разберемся с цифрами и узнаем!

Предположим, вы покупаете лампу накаливания мощностью 100 Вт, и она длится 1000 часов. За время своего существования он будет использовать 0,1 киловатта (100 ватт) × 1000 часов = 100 киловатт-часов, что эквивалентно 100 единицам электроэнергии или 360 мегаджоулям. Если вы находитесь в США, электричество может стоить вам 15–20 центов за киловатт-час, в результате чего общая стоимость электроэнергии на протяжении жизни составит около 15–20 долларов. (Если вы находитесь в Великобритании, электричество обойдется вам, вероятно, в 15–20 пенсов за единицу, что делает общую стоимость жизни на электроэнергию £ 15–20.) Быстрый просмотр онлайн показывает, что вы можете купить пакет из 10 энергосберегающих лампы по этой цене. Таким образом, потребовалось бы только 100 часов электроэнергии, чтобы купить одну эквивалентную энергосберегающую лампу. Для простоты математики, скажем, энергосберегающая лампа, эквивалентная старой 100-ваттной лампе, потребляет 20 Вт и работает в течение 10 000 часов (поэтому она потребляет в пять раз меньше электроэнергии и стоит всего в пять раз больше) , За каждые 1000 часов работы он экономит 80 единиц электроэнергии. Десять ламп, работающих в течение 1000 часов, сэкономят вам 800 единиц электроэнергии или примерно 120–160 долларов. Другими словами, переход на лампы с низким энергопотреблением определенно прост: они легко окупаются.

Вы должны подождать, пока ваши лампы накаливания перестанут работать, прежде чем переходить? Нет, измените их немедленно: нет никакой выгоды держать их. Как насчет перехода с КЛЛ на светодиоды? Это немного другой случай. Хотя светодиоды более эффективны, чем КЛЛ, разница меньше, и, вероятно, лучше позволить вашим КЛЛ естественным образом изнашиваться перед их заменой (если только вы не особо поддерживаете мгновенную яркость светодиодов).

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

  • Свет Дэвид Маккей. В этой короткой главе из превосходной книги Дэвида «Устойчивая энергия без горячего воздуха» объясняется наука о домашнем освещении, в которой делается вывод о том, что вы должны немедленно переключиться, потому что «продолжение использования старой лампочки бросает хорошие деньги после плохих».

статьи

  • Американские домохозяйства используют различные лампочки по мере того, как увеличивается использование КЛЛ и светодиодов : Сегодня в Energy, Администрация энергетической информации США, 8 мая 2017 года. Большинство домов в США в настоящее время переходят на энергосберегающие лампы, но потребление светодиодов все еще остается относительно низким.
  • Новые причины поменять лампочки Дэвид Пог. Нью-Йорк Таймс. 20 марта 2013 г. Хороший обзор последних светодиодных светильников. Есть также интересное продолжение, Устранение опасений по поводу светодиодных ламп , где Дэвид Пог отвечает на отзывы читателей.
  • Как долго вы говорите, что лампочка будет длиться? Эрик А. Тауб. Нью-Йорк Таймс. 11 февраля 2009 г. Может ли светодиодная лампа действительно работать 25 000 часов?
  • Люминесцентные лампы становятся зелеными BBC News, январь 1999 года. Объясняет усилия по разработке более безопасных, безртутных люминесцентных ламп.
  • Как это работает: люминесцентная лампа Merle Henkenius, Popular Science, октябрь 1991 года. Объясняет работу люминесцентной полосовой лампы.
  • Все о флуоресцентном освещении Эван Пауэлл, Popular Science, август 1975 года. Старая, но, тем не менее, интересная статья об общих принципах люминесцентных ламп.

Поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать об этом друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2018) Энергосберегающие лампы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/energysavingfluorescentlamp.html. [Доступ (Укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте ...