Objavil/a Miha v sreda, 2012-02-08 15:15

 

Učinkovitost svetlobnih virov pri pretvorbi električne energije v svetlobno sevanje izražamo z enoto lm/W (lumen na watt). Zanimivo je, da imajo manj učinkoviti svetlobni viri praviloma tudi krajšo življenjsko dobo. Obstajajo sicer tipi klasičnih žarnic s "podaljšano" življenjsko dobo, vendar je to doseženo tako, da so izdelane za višjo napetost, kot je sicer njihova delovna. S tem se življenjska doba resda podaljša zaradi manjše obremenjenosti in nižje delovne temperature, vendar se hkrati tudi opazno zmanjša svetlobno tehnična učinkovitost.

 

Poraba energije za razsvetljavo v gospodinjstvu je pri konvencionalnih sistemih osvetlitve lahko praktično enaka porabi energije večje gospodinjske električne naprave. Izkoristek takega sistema pa je zelo slab, v povprečju se v vidni del sevanja pretvori le 5 do 10% dovedene energije, preostanek pa se pretvori v toplotno sevanje. Obremenitev bivalnih prostorov s tako dodatno toplotno energijo v običajnem bivalnem prostoru sicer navadno ni moteča ali problematična sama po sebi, se pa skozi daljše obdobje kaže skozi nepotrebne stroške za električno energijo.

 

Bistveno boljši izkoristek imajo sodobni umetni svetlobni viri, t.i. varčne sijalke različnih tipov. Njihov izkoristek se giblje v razponu med od 20 do 40% pa tudi več, kar pomeni, da lahko dosežemo enake svetlobne razmere v prostoru s četrtino do osmino ali še manj porabljene električne energije. Z drugimi besedami, ob enaki ravni svetlobnega ugodja dosežemo prihranke v višini celo do 80%.

 

Ob ustreznem načrtovanju naravne osvetlitve prostorov in učinkovitih kontrolnih sistemih umetne razsvetljave je mogoče pričakovati prihranke energije v razponu od 30% pa celo do 70%. Tudi vzdrževanje in redno čiščenje sistema osvetlitve, ne glede na to, ali prostor osvetljujejo klasične žarnice ali sodobne sijalke, je nujen pogoj za njegovo učinkovitost, tako v smislu svetlobno tehničnih karakteristik kot v smislu rabe energije.

 

Prihranki pri energiji za umetno osvetlitev - pri tem mislimo na celoten ciklus proizvodnje električne energije - so ne nazadnje vidni tudi skozi okoljske učinke, na primer zmanjšanje emisij ogljikovega dioksida, poglavitnega povzročitelja podnebnih sprememb, žveplovega dioksida, enega od povzročiteljev kislega dežja, in vodikovih oksidov, ki prispevajo k nastanku smoga.

 

Značilnosti najbolj razširjenih žarnic

Ena od prvih in hkrati najpomembnejših odločitev pri zasnovi sistema razsvetljave se nanaša na izbiro svetlobnega vira. Pri tem se odločamo glede na deklarirano svetlobno učinkovitost (oddani svetlobni tok na enoto porabljene električne energije; lm/W), barvo svetlobe, zmanjšanje svetlobnih karakteristik skozi življenjsko dobo, trajnost, rabo energije in ceno. V nadaljevanju bodo opisane osnovne značilnosti najpogosteje uporabljanih svetlobnih virov: žarnic na žarilno nitko, halogenskih žarnic, fluorescentnih sijalk, kompaktnih fluorescentnih sijalk.

 

KLASIČNA ŽARNICA

 

Klasična žarnica z žarilno nitko ni doživela bistvene tehnične spremembe ali izboljšave že vse od sredine tridesetih let prejšnjega stoletja. Dandanes naj bi bila zaradi svojih relativno slabših lastnosti omejena bolj na razsvetljavo v gospodinjstvih in na dekorativno razsvetljavo za komercialne namene.

 

Volframova nit se nahaja v steklenem ohišju ("bučki"), ki je napolnjeno z zmesjo argona in vodika. Steklena površina žarnice je lahko povsem prozorna, matirana (opalna) ali obdelana z barvnim nanosom. Glede na obdelavo se spreminja tudi njena svetilnost, pri matirani površini je ta za približno desetino manjša od prozorne.

 

Žarilna nitka se začne segrevati, ko skoznjo teče električni tok. Z višanjem temperature se povečuje komponenta vidnega dela sevanja, ki ga nitka oddaja v svojo okolico. Stopnja segrevanja je seveda omejena, da temperatura ne doseže točke tališča volframa, ki je pri 3680 K. Že pri temperaturah pod tališčem pa pride do izparevanja volframa in s tem tanjšanja nitke, kar je osnovni razlog za relativno kratko življenjsko dobo žarnice. Kot rezultat kompromisa med sprejemljivo življenjsko dobo in svetlobnim izkoristkom je prišlo do mednarodnega dogovora za delovno življenjsko dobo žarnice, ki znaša tisoč ur pri že prej navedenem relativno slabem izkoristku do največ ene desetine dovedene energije. Povprečno lahko govorimo o 15 do 25 lumnov svetlobnega toka na 1W porabljene oziroma dovedene električne energije.

 

Prikaz vpliva staranja klasične žarnice na oddajanje svetlobnega toka

(vir: Daylighting in Architecture, James & James, 1993)

 

Svetilnost žarnice se skozi njeno življenjsko dobo zmanjšuje zaradi temnenja steklene površine žarnice, ki je posledica odlaganja uparjenega volframa. Zmanjšanje svetilnosti lahko doseže tudi vrednosti 30 % ali več.

 

Ni pa klasična žarnica povsem brez prednosti: je cenovno ugodna, daje prijetno toplo barvo svetlobe (visok indeks CRI), priključimo jo neposredno na električno napetost brez balastov ali podobnih dodatnih elementov, zatemnjevanje pa je mogoče s pomočjo zelo preproste dodatne opreme.

 

 

HALOGENSKA ŽARNICA

 

Za halogenske žarnice marsikdo zmotno meni, da brez izjeme sodijo v družino varčnih sijalk. Dejansko prve generacije teh žarnic niso porabile dosti manj električne energije od klasičnih žarnic, res pa je bila njihova življenjska doba daljša, v odvisnosti od tipa halogenke lahko, celo dvakrat daljša.

 

Halogenska žarnica je nastala kot rezultat iskanja možnosti za podaljšanje življenjske dobe običajnih žarnic. Še vedno vsebuje volframovo nitko, ki pa se lahko segreva na višje temperature (in s tem poveča svetilnost) zaradi višjega pritiska mešanice plinov v žarnici. Ta višji pritisk je omogočen z zmanjšanjem dimenzij žarnice. Mešanica žlahtnih plinov vsebuje dodatke halogenih elementov (navadno broma, tudi joda in drugih), ki preprečujejo temnenje žarnice (in jim hkrati dajejo ime). Uparjeni volfram se z njimi kemijsko veže in ostane v plinastem stanju, nato pa v neposredni bližini razžarjene nitke spet razpade na osnovni komponenti. Zaradi visokih temperatur se za halogenske žarnice uporablja posebno, kremenčevo steklo (od tod ljudski izraz "kvarčne žarnice").

 

Sodobne halogenske žarnice imajo življenjsko dobo do 4000 delovnih ur, poraba električne energije pa je za slabo četrtino manjša kot pri klasičnih žarnicah. Ena od pomembnih prednosti, ki omogoča večjo svobodo pri načrtovanju predvsem lokalne osvetlitve, pa je manjše oddajanje toplote.

 

Poseben primer halogenskih žarnic so nizkonapetostne halogenke (6, 12 ali 24 V). So zelo kompaktne oblike in omogočajo kreativno zasnovo svetil in osvetlitve prostorov. Za svoje delovanje pa potrebujejo transformator, ki je lahko v odvisnosti od izvedbe vir dodatnih izgub energije ob pretvorbi napetosti.

 

FLUORESCENTNE OZIROMA CEVNE SIJALKE

 

Fluorescentna sijalka je podolgovate cevaste oblike. Napolnjena je z mešanico inertnega plina in živosrebrove pare pod nizkim pritiskom. Ko steče med elektrodama na obeh koncih sijalke skozi mešanico plinov električni tok, začnejo atomi živega srebra oddajati elektromagnetno valovanje. Svetlobo pa oddaja v prostor tanek nanos fluorescentne snovi  - navadno fosforja - na notranji površini sijalke (včasih slišimo zato izraz "fosforescentna svetilka"). Ta nanos absorbira kratkovalovno UV sevanje in ga oddaja kot vidno svetlobno sevanje. Od tu izhaja tudi poimenovanje "sijalka" namesto "žarnica", saj svetlobno telo svetlobo oddaja s sevanjem in ne več z žarenjem.

 

Ena od značilnosti teh svetlobnih teles je tudi močna odvisnost svetlobnega toka, ki ga oddajajo v prostor, od temperature okolice. Pri temperaturi na primer okrog ledišča dosežejo le še približno polovične vrednosti v primerjavi s svetlobnim tokom pri običajni sobni temperaturi, zato s stališča svetlobne in posledično tudi energetske učinkovitosti niso primerne za uporabo v zunanjem okolju. Tudi z naraščanjem temperature se svetlobni parametri teh sijalk nekoliko poslabšajo.

 

Spreminjanje jakosti svetlobnega toka tipične fluorescentne sijalke v odvisnosti od temperature okolice

 

Nekoč je bila prav uporaba fluorescentnih sijalk vzrok za slabo počutje v mnogih delovnih prostorih. Težave so bile pogojene tako z barvo svetlobe, ki so jo sijalke oddajale, kot tudi z utripanjem in brnenjem. Dodatno težavo lahko povzroča velikost, ki je potrebna za zadovoljivo količino svetlobe, ki jo oddajajo. S tem je oteženo uravnavanje svetlobnega toka v prostor, kar lahko povzroči, da dobimo prostor brez senc in s prevladujočo difuzno svetlobo.

 

Sodobne tovrstne sijalke so del svetilk, ki so opremljene z reflektorskimi površinami, difuzorji, prizmatskimi difuzorji in podobno, tako da je svetloba, ki jo oddajajo, primerno razpršena. Barva svetlobe se je že močno približala barvi naravne svetlobe, življenjska doba sijalk pa dosega 20.000 delovnih ur in več. Povprečno lahko govorimo o 45 do 90 lumnov svetlobnega toka na 1W porabljene oziroma dovedene električne energije.

 

Starejše sijalke tega tipa so imele premer 38 mm. Sodobnejše imajo premer 26 mm (standardna uporaba) in 16 mm (za posebne male luči). Cevne sijalke premera 26 mm porabijo približno 8% manj električne energije kot tiste premera 38 mm, zato jih je seveda smiselno uporabiti kot zamenjavo za nedelujoče stare sijalke večjega premera.

 

Poleg že omenjenega izraza "fosforescentna žarnica" v pogovorni rabi pogosto slišimo izraz "neonska luč" ali "neonka". Pomembno je vedeti, da dejansko ne gre za pogovorni sinonim, ampak da je "neonka" zgolj sorodnica fluorescentne sijalke in zaradi nizke svetlobne učinkovitosti neprimerna za splošno osvetlitev bivalnih in delovnih prostorov. Poleg živosrebrove pare vsebuje tudi druge vrste plinov, na primer neon, ki oddaja rdečo svetlobo, ali argon, ki oddaja modro svetlobo. Možne so najrazličnejše kombinacije plinov in obarvanih stekel ter oblik cevi, zato je ta sijalka zelo primerna za dekorativne aplikacije.

 

KOMPAKTNE FLUORESCENTNE SIJALKE

Izraz "varčna sijalka" danes najpogosteje uporabljamo v povezavi s kompaktnimi fluorescentnimi sijalkami. Njena varčnost se nanaša na opazno boljši izkoristek pri pretvorbi elektrike v svetlobno sevanje v primerjavi s klasičnimi žarnicami, s tem pa je tudi njihova površina občutno manj vroča. Sijalke moči 7W, 11W, 15W in 20W tako na primer nadomestijo klasične žarnice moči 40W, 60W, 75W in 100W. Zamenjava je povsem enostavna, saj so navoji enaki v obeh primerih (E27).

 

Kompaktne sijalke bi lahko opisali tudi kot majhne sorodnice cevnih fluorescentnih sijalk, saj delujejo po enakih tehničnih principih. Tudi te sijalke potrebujejo predstikalno napravo, ki je običajno integrirana v sijalko, lahko pa predstavlja ločeno enoto, tako da jo lahko ohranimo, ko je samo sijalko sicer že potrebno zamenjati. Življenjska doba predstikalne naprave je namreč približno trikrat daljša od življenjske dobe kompaktne sijalke in dosega tudi do 25.000 delovnih ur v primerjavi z 8.000 urami za povprečno varčno sijalko. Na tržišču pa so dostopne tudi sijalke z življenjsko dobo okrog 15.000 ur in celo več.

 

Če se osredotočimo le na energetsko učinkovitost in rabo elektrike, se je potrebno zavedati, da varčna sijalka ni najbolj primerna za prostore, kjer luči pogosto izmenično prižigamo in ugašamo. Taka sijalka porabi sorazmerno največji del električne energije ravno za vklop, torej je pogoj za njeno energetsko učinkovitost daljši čas neprekinjenega delovanja. Kompaktne fluorescentne sijalke z vidika energetske učinkovitosti in prihrankov električne energije tako ni priporočljivo nameščati v prostore, v katerih se zadržujemo le kratek čas. Tudi svoje svetlobno tehnične lastnosti v celoti razvije šele po nekaj minutah po vklopu, ko doseže optimalno delovno temperaturo in s tem tudi svojo polno svetilnost. Prihranki električne energije pri uporabi varčnih sijalk so zato odvisni od njihovega skupnega števila, od njihove lokacije in od režima njihove uporabe. Od teh elementov je v precejšnji meri odvisen tudi vračilni rok investicije v vgradnjo varčnih sijalk.

 

Najpogostejši zadržek pred nakupom take sijalke je navadno njena cena, ki je precej višja od cene navadne žarnice. Če pa upoštevamo, da je njena življenjska doba tudi osem- ali večkrat daljša kot pri klasični žarnici, poraba elektrike pa (ob upoštevanju navedb iz prejšnjega odstavka) minimalna, potem lahko hitro izračunamo, da se nam investicija v tako sijalko izplača. Če je namreč deklarirana življenjska doba klasične žarnice 1000 ur, jo je potrebno zamenjati enkrat na leto, če vsak dan gori po tri ure. Zamenjavo povprečne varčne sijalke je potrebno opraviti šele po šestih do osmih ali več letih pri enakem režimu uporabe. Pri tem lahko seveda pride do odstopanj v eno ali drugo smer - življenjska doba je namreč opredeljena kot obdobje, po katerem je v uporabi še približno polovica (istočasno vgrajenih in enako uporabljanih) žarnic ali sijalk.

 

Morda je premalo znano, da sodijo kompaktne fluorescentne sijalke zaradi vsebnosti nekaterih težkih kovin (na primer živega srebra) med posebne odpadke. Tudi starejše indukcijske predstikalne naprave nekaterih proizvajalcev vsebujejo malenkostne količine radioaktivnih elementov; v elektronskih predstikalnih napravah jih ni več. Poskrbljeno bi moralo biti torej za ločeno odlaganje iztrošenih varčnih sijalk.

 

Poleg neposrednih učinkov, ki se izražajo skozi manjšo porabo elektrike, lahko pri varčnih sijalkah govorimo tudi o posrednih ugodnih učinkih na okolje. Zaradi manjše porabe elektrike so namreč emisije živega srebra štiri- do desetkrat manjše kot pri rabi elektrike za ekvivalenten svetlobni učinek pri drugih klasičnih virih. Podobno velja za emisije radioaktivnih elementov, pri katerih je zmanjšanje zaradi nižje porabe elektrike velikostnega reda njihove dvajset- do tridesetkratne vsebnosti v predstikalni napravi.

 

Pri nakupu varčnih sijalk za uporabo v bivalnih in delovnih prostorih je potrebno posvetiti posebno pozornost barvnemu spektru, ki ga oddajajo. Na tržišču so že dostopne sijalke, ki oddajajo spekter, zelo podoben spektru naravne svetlobe. Nekateri starejši tipi varčnih sijalk so bili še precej neprimerni za osvetlitev bivalnih prostorov in predvsem določenih delovnih mest, saj je bila barvna reprodukcija zelo slaba. Sodobne sijalke pa odlikuje tudi možnost izbire izdelka po barvnem spektru, ki ga oddaja, glede na načrtovano področje uporabe. Ob nakupu moramo tudi preveriti, ali in kako so svetlobno tehnične lastnosti konkretne izbrane sijalke odvisne od temperature okolice. To posebej velja takrat, ko želimo sijalko uporabiti na prostem.

 

Varčne sijalke nekateri viri omenjajo tudi kot možen nezaželen izvor elektrosmoga v bivalnem okolju. Zaradi visokofrekvenčnega sevanja, ki ga oddajajo, naj bi bila taka svetila od uporabnika oddaljena vsaj dva metra.