Iluminatul electric cu lămpi fluorescente compacte (II)

Eficienta Energetica

de Nicolae Golovanov , Ionel Popa , Florin Stoica , Eleonora Tipu , Cristian Lunganu , Constantin Ivanovici , Aurelia Ionescu

Iluminatul electric cu lămpi fluorescente compacte (II)

 În acest număr vom prezenta principalele caracteristici luminotehnice şi de eficienţă luminoasă în comparaţie cu lămpile electrice cu incandescenţă, dezavantajele LFC, precum şi concluziile privind utilizarea în iluminatul electric al LFC-urilor pe piaţa românească şi nu numai.

Principalele dezavantaje ale lămpilor fluorescente compacte sunt următoarele:

  • fluxul luminos al lămpii este dependent de temperatură; valorile normate ale fluxului luminos sunt realizate la temperatura exterioară specificată de către producător;

  • lampa fluorescentă compactă, cu balast electronic, este un receptor puternic neliniar; datorită caracteristicii neliniare a sistemului balast – lampă, curentul electric absorbit are o formă puternic distorsionată în raport cu o sinusoidă; curentul electric cuprinde armonici de valoare ridicată care pot să se propage în reţeaua electrică de alimentare (dacă nu se iau măsuri);

  • costuri relativ ridicate;

  • durata de viaţă este sensibilă la frecvenţa conectărilor (în cazul unei frecvenţe reduse a conectărilor creşte durata de viaţă);

  • utilizarea frecvenţei de 30-50 kHz pentru alimentarea tubului de descărcare electrică poate genera perturbaţii electromagnetice în mediul ambiant;

  • o intensă disipare de căldură într-un spaţiu redus, ceea ce implică dificultăţi în evacuarea căldurii din soclul lămpii.

Influenţa temperaturii mediului ambiant este diferită în cazul lămpilor cu mercur şi a celor cu amalgam. În cazul lămpilor cu mercur, presiunea vaporilor de mercur este influenţată direct de temperatura mediului ambiant şi deci lămpile au o temperatură optimă de funcţionare (de obicei 25+/-1ºC). În cazul lămpilor cu amalgam, fluxul luminos emis rămâne la valori peste 90% din fluxul nominal în intevalul - 15 ºC la 65ºC (cu o mică excepţie între 15ºC şi 20ºC, când poate să scadă sub 88% din fluxul nominal). În figura 4 este prezentată variaţia fluxului luminos emis de lampă (în raport cu fluxul nominal) în funcţie de temperatura mediului ambiant, pentru două tipuri de LFC.

Figura 4. Variaţia fluxului luminos emis de LFC în funcţie de temperatura mediului ambiant: a) lămpi cu mercur; b) lămpi cu amalgam.

Se observă faptul că LFC cu mercur nu pot fi utilizate în toate locurile. De exemplu, la temperatură redusă, în frigidere, sau la temperatură ridicată, în cuptoare casnice, nu oferă performanţă. De asemenea, nu se folosesc în circuite de siguranţă, care nu oferă aceeaşi tensiune ca în mod normal.

La utilizarea lămpilor fluorescente compacte trebuie să se verifice indicaţia privind temperatura minimă de lucru (înscrisă pe ambalaj) pentru a se asigura că produsul corespunde climatului local.

Sunt în fabricaţie şi lămpi utilizabile în exterior la temperaturi ajungând până la – 30 °C. În acest caz, lampa este instalată într-un corp închis pentru a fi protejată de frig, de vânt şi de umiditate. Este de remarcat faptul că dacă se conectează lampa situată în exterior la un detector de mişcare, durata sa de viaţă poate fi mult redusă datorită conectărilor frecvente.

Principala barieră în diseminarea lămpilor LFC este preţul lămpii, între 10 şi 30 de ori mai ridicat faţă de o lampă cu incandescenţă echivalentă. Preţurile ridicate sunt determinate în primul rând de tehnologia mai complexă necesară realizării lămpilor fluorescente comparativ cu lămpile cu incandescenţă. Preţurile scad în mod continuu astfel că există LFC cu un preţ numai de patru ori mai mare faţă de lămpile cu incandescenţă echivalente. Analiza de cost pe durata de viaţă a lămpii este net avantajoasă lămpilor fluorescente compacte având în vedere energia electrică utilizată (tabelul 1).

Tabelul 1. Costuri tipice pentru LFC

Mărimea

Lampa cu

incandescenţă

LFC

Preţul iniţial [€]

0,50

10,0

Flux luminos [lm]

900

900

Putere nominală [W]

75

15

Eficienţa luminoasă [lm/W]

12

60

Durata de viaţă [ore]

1000

10000

Calcule pentru 10000 ore de funcţionare

(preţul energiei electrice 0,1 €/kWh)

Energia utilizată (kWh)

750

150

Factura de energie electrică [€]

75

15

Investiţia în lămpi [€]

5

10

Total factură energie electrică şi lămpi

80

25

Economia realizată [€]

-

55

Unul dintre principalele dezavantaje este durata relativ mare până la atingerea parametrilor nominali, la multe dintre tipurile de lămpi de pe piaţă.

Înlocuirea lămpilor incandescente cu lămpi fluorescente compacte, în ţările calde, reduce semnificativ încărcarea instalaţiilor de aer condiţionat, ceea ce reduce, în continuare, necesarul de energie electrică. În ţările reci apare necesară suplimentarea necesarului de energie pentru încălzire.

Energia înglobată în LFC este mai mare decât la lămpile cu incandescenţă, dar se repartizează pe o durată de viaţă mai mare.

Sunt studii pentru atingerea unei eficienţe luminoase de 120 lm/W.

Utilizarea balastului electronic, asigurând o frecvenţă a tensiunii de alimentare a canalului de descărcare electrică de 30-50 kHz, elimină practic efectul de flicker specific lămpilor alimentate la 50 Hz.

Lămpile fluorescente compacte actuale au puteri de 4-120 W şi eficienţă luminoasă de 55-88 lm/W, realizând astfel o eficienţă luminoasă de circa 5 ori mai mare ca a lămpilor cu incandescenţă de aceeaşi putere.

De cele mai multe ori, LFC sunt gândite pentru a înlocui direct lămpile cu incandescenţă.

Eficienţa luminoasă [Ƞ] a sursei de lumină este definită prin raportul dintre fluxul luminos Φ emis de sursă şi puterea absorbită din reţeaua electrică P de către sursa de lumină

(1)

în care φλ este sensibilitatea spectrală a ochiului uman în funcţie de lungimea de undă λ, iar p λ este puterea spectrală emisă de lampă.

În figura 5 se poate observa nivelul eficienţei luminoase a sursei prin raportarea ariei suprafeţei haşurate la aria totală de sub curba puterii spectrale emise.

Eficienţa luminoasă este un indicator economic important al unei surse de lumină.

Figura. 5  Sensibilitatea spectrală

În cazul unei transformări ideale a energiei electrice absorbite de o sursă care emite o lumină monocromatică cu lungimea de undă de 555 nm rezultă o eficienţă luminoasă Ƞ = 683 lm/W. În realitate, sursele actuale de lumină artificială au o eficienţă luminoasă mult mai mică. În tabelul 2 sunt prezentate câteva exemple în acest sens.

Tabelul 2. Eficienţa luminoasă a unor surse de lumină

Sursa de lumină

Eficienţa luminoasă lm/W

Lampa iniţială Edison

1,4

Lampa cu incandescenţă

10 - 40

Lampa cu halogeni

20 - 45

Lampa fluorescentă liniară

35 - 104

Lampa fluorescentă compactă

55 - 88

Lampa cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune

37 - 63

Lampa cu descărcare în vapori de sodiu de înaltă presiune

54 - 153

Lampa cu descărcare cu halogenuri metalice

80 - 125

Eficienţa ridicată în raport cu lămpile cu incandescenţă este principalul avantaj al LFC, asigurând pentru acelaşi flux luminos, o energie electrică utilizată de 4-5 ori mai mică decât a lămpilor cu incandescenţă. Circa 25% din energia utilizată de către LFC este transformată în lumină faţă de circa 5% în cazul lămpilor cu incandescenţă.

În figura 6 este prezentat un bilanţ energetic pentru o lampă fluorescentă compactă uzuală.

Figura 6. Bilanţul energetic al unei lămpi fluorescente compacte

Comparaţia performanţelor lămpilor incandescente şi a LFC este prezentată în tabelul 3.

Tabelul 3: Comparaţia caracteristicilor luminotehnice

Tipul lămpii

Puterea [W]

Fluxul luminos [lm]

Factorul de redare a culorilor

Eficienţa luminoasă [lm/W]

Normal incandescent

40

430

99

11

60

730

99

12

75

960

99

13

100

1380

99

14

LFC cu balast electronic

7

400

85∙-∙90

57

11

600

85∙-∙90

55

15

900

85∙-∙90

60

20

1200

85∙-∙90

60

În ultimul timp au fost realizate şi LFC de formă decorativă pentru a fi încorporate în candelabre sau corpuri speciale.

Realizarea LFC cu temperaturi de culoare diferite, de la 3000 K până la 7000 K permite utilizarea eficientă a acestora în locuri de muncă cu caracteristici diferite. În acest fel, poate fi realizat un factor ridicat de redare a culorilor. Redarea culorilor este unul dintre criteriile principale privind calitatea luminii, indicând cât de ,,corectă” i se pare unui observator culoarea corpurilor iluminate artificial. Culoarea corpurilor este ,,corectă” când este privită la lumina naturală.

Esenţial pentru calitatea redării culorilor într-o instalaţie de iluminat este spectrul radiaţiei sursei de lumină. Indicele Ra de redare a culorilor defineşte caracteristicile de redare ale culorilor de către sursele de lumină artificială (tabelul 4).

Tabelul 4. Niveluri de redare a culorilor Ra

Caracteristici

Nivel de redare a culorilor

Indicele de redare a culorilor

Foarte bune

1 A

90 - 100

1 B

80 - 90

Bune

2 A

70 - 80

2 B

60 - 70

Medii

3

40 - 60

Slabe

4

20 - 40

Nedefinite

-

< 20

Nivelul 1A de redare a culorilor defineşte cea mai ridicată capacitate de redare a culorilor şi este cerut la încercare/controlul culorilor. În încăperile cu birouri, în general, este suficient nivelul 1B. Durata până la atingerea parametrilor luminotehnici de referinţă este foarte redusă, astfel că nu este afectat confortul luminos al utilizatorilor.

O largă diversitate a formei lămpilor şi a puterii nominale (fig.7) permit alegerea celei mai adecvate surse de lumină.

Figura 7. Diferite tipuri de lămpi fluorescente compacte.

Lămpile pot fi plasate în corpuri de iluminat adecvate mediului în care sunt utilizate. Pentru unele tipuri de lămpi este posibilă variaţia adaptivă a fluxului luminos emis.

Utilizarea balastului electronic cu înaltă frecvenţă la lămpile fluorescente compacte asigură eliminarea celor două surse de disconfort care apar la utilizarea lămpilor fluorescente clasice: este eliminat zgomotul specific determinat de balastul inductiv şi este eliminat efectul stroboscopic determinat de variaţia fluxului luminos cu o frecvenţă dublă faţă de frecvenţa tensiunii de alimentare.

3. Concluzii privind iluminatul electric cu lămpi fluorescente compacte aflate pe piaţa româneasca şi la nivel mondial

Piaţa lămpilor fluorescente compacte cunoaşte o creştere semnificativă odată cu reducerea costurilor de fabricaţie a lămpilor şi creşterea diversităţii formelor lămpii, incluzând lămpi cu soclu E 14 ,,minion" care pot fi folosite în locul lămpilor cu incandescenţă decorative.

Dezvoltarea, în continuare a pieţei lămpilor fluorescente compacte, necesită conştientizarea utilizatorilor că aceste lămpi nu sunt numai „lămpi economice" - cu consum redus - dar că asigură, pe durata de viaţă, costuri mult mai reduse decât lămpile cu incandescenţă, deşi investiţia iniţială pentru lămpile fluorescente compacte este relativ ridicată. De asemenea, este necesar ca să se imprime, în rândul utilizatorilor, încrederea în noua tehnologie. Problema apare în special în cazul iluminatului în gospodării, unde prezenţa lămpilor cu incandescenţă este încă larg răspândită.

Se poate considera că, în prezent, practic 53% din sursele de iluminat din sectorul rezidenţial sunt fluorescente, din care 13% îl reprezintă lămpile fluorescente compacte, iar restul sunt lămpi fluorescente tubulare de 18W, 36W, 58W.

În Franţa, în anul 2001, 44% dintre gospodării utilizau cel puţin o lampă cu consum redus de energie. Iluminatul electric în gospodării, reprezintă între 0,6% şi 1,2% din enegia totală utilizată în ţară, în anul 2006.

Conform unui sondaj realizat la mijlocul lunii iunie 2009, peste 90% dintre cetăţeni au făcut deja pasul la noile tipuri de lămpi economice, majoritatea fiind satisfăcuţi de produsele achiziţionate. Totuşi, circa 72% dintre intervievaţi au reclamat preţul prea ridicat al lămpilor economice, 60% şi-au exprimat dorinţa unei aprinderi mai rapide a lămpii, 39% au cerut o varietate mai mare a tipurilor de lămpi, iar 23% au cerut un amablaj mai puţin poluant al lămpilor. Ca răspuns la cererile cumpărătorilor, reprezentanţii industriei de profil au subliniat că lămpile actuale sunt din prima generaţie, urmând ca studiile în curs să asigure limitarea unora dintre aspectele sesizate.

În Turcia, conform unui sondaj de opinie, rezultatele indică faptul că din 145 de persoane chestionate, 64 de persoane (44,13%) preferă să utilizeze lămpi cu incandescenţă împreună cu lămpile fluorescente compacte. 80 de persoane (55%) utilizează lămpi fluorescente în toată casa. În timp ce 16 persoane (11,03%) utilizează numai lămpi fluorescente, 65 de persoane (44,82%) resping complet utilizarea lor. Figura 8 prezintă procentele pentru utilizarea lămpilor.

Figura 8. Preferinţe ale publicului pentru diferite tipuri de surse de lumină artificială

Pe piaţa din România există, la ora actuală, o gamă foarte largă de lămpi fluorescente compacte cu puteri cuprinse între 4W şi 85W de diferite forme, care permit înlocuirea directă a lămpilor cu incandescenţă.

Existenţa pe piaţa din România a unui mare număr de lămpi fluorescente compacte (LFC), realizate de diferiţi producători HUAI (China), PHILIPS (Olanda), LOHUIS (China), SYLVANIA (Germania), OSRAM (Germania), PAULMANN (Germania), RADIUM (Germania), METTRO (China), LUMILUX (Germania), va necesita o analiză detaliată privind încadrarea emisiilor acestor lămpi în limitele admise de standardele internaţionale.


Constantin Ivanovici, Aurelia Ionescu, Fiz, Ionel Popa, Dr. ing., Eleonora Tipu, Ing. -  ICPE SA

Nicolae Golovano, Prof. dr. ing. - UPB-CCEPM

Cristian Lunganu, Florin Stoica - MEGAVOX


Bibliografie

  1. Berrutto V., Bertoldi, Rotaru C., GREEN LIGHT IN ROMANIA, Conferinţa internaţionala de iluminat, 2003, 05.

  2. BOX N., FUTURISTIC LIGHTING IN THE URBAN LANDSCAPE, Conferinţa internaţionala de iluminat, 2003, 10.

  3. ***CIE Guide on interior lighting, nr.29/2, 1986.

  4. ***Commisson internationale de l’eclairage (CIE) http://www.members.eunet.at/cie/

  5. ***High Performance Schools Best Practices Manual, www.chps.net.

  6. ***International Association for Energy-Efficient Lighting)IAEEL) http://www.iaeel.org/


 

  


Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord