Rovat: Elektromosság
Búcsú az izzólámpától. Mi lesz utána?
Halogén izzó, kompakt fénycső, LED - a jövő fényforrásai. Szakmai körökben viszonylag régóta ismeretes, de lassan a fogyasztóközönség számára is ismertté válik az Európai Uniónak az a határozata, melynek következményeképpen – fokozatosan és több évet felölelően – búcsút mondhatunk a legnépszerűbb világítási eszközünknek, az izzólámpának. Talán mindjárt az elején pontosítanunk kell a megfogalmazáson. Izzólámpából több száz fajta van, de a gyártásból és alkalmazásból történő kivonás a háztartásokban széleskörűen használt, 230V-os hálózatról üzemeltetett (nem helyesen, de elterjedten, "villanykörtének" vagy „égőnek” nevezett) normál izzólámpát érinti. A fokozatos kivonás ütemezésére és az érintett típusokra a cikk végén visszatérünk.
A fogyasztóban a hír hallatára két kérdés merül fel:
- Mi indokolja ezt a határozatot?
- Mivel világítunk az izzólámpa helyett?
Vizsgáljuk meg ezt a két kérdést és a rájuk adható válaszokat részletesebben! Ehhez viszont elengedhetetlen bizonyos világítástechnikai alapfogalmak ismerete.
A fényforrások gazdaságosságának két fő kifejezője, hogy mennyi fényt bocsátanak ki mennyi villamos energia felhasználásával, és hogy mennyi ideig képesek üzemelni (mennyi az átlagos élettartamuk). A „mennyi fényt” kissé laikus megfogalmazás; helyesen fényáramot mondunk, amely az időegység alatt kisugárzott fényenergiát jelenti, tehát teljesítményjellegű mennyiség. Mértékegysége a lumen.
Ha tehát a fényáramot viszonyítjuk a betáplált villamos teljesítményhez (Watt), egy igen lényeges adathoz jutunk, a lámpa fényhasznosításához (lumen/watt, lm/W). A technika jelenlegi állása szerint 200 lm/W körül van az elért maximális fényhasznosítás, az elméleti határ 683 lm/W, melyet nem fogunk, de nem is célunk elérni. (Egyszínű sárgászöld fény és nulla veszteség mellett lenne lehetséges.)
|
Hogy állunk a fényhasznosítás értékekkel részint az izzólámpa, részint azoknak a fényforrásoknak esetében, melyek az izzólámpa helyébe léphetnének?
|
|
|
|
Normál izzólámpa |
10-15 lm/W |
|
|
Halogén izzólámpa |
15-30 lm/W |
|
|
Kompakt fénycső |
50-80 lm/W |
|
|
LED |
50-100 lm/W |
|
Szembetűnik az izzólámpa igen kicsi fényhasznosítása. Mi ennek az oka?
Az izzólámpa hőmérsékleti sugárzó, sugárzásának tulajdonságait és mértékét egzakt fizikai törvények írják le. A 100 W-os izzólámpába szerelt kb. 2800 K (kb. 2530°C) hőmérsékletű volfrámspirál által kibocsátott sugárzásnak alig 4-5%-a fény, a többi a fénynél nagyobb hullámhosszú infravörös (hő) sugárzás formájában keletkezik, és fűti – általában haszontalanul – a környezetét. Az erőműveknek ezt a kárba veszett villamos energiát is elő kell állítaniuk és itt lép be a manapság sokat hangoztatott környezetvédelmi szempont. Az előállított villamos energiát szokás átszámolni a fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor keletkezett szén-dioxid (CO2) mennyiségre, mely a Föld légkörének drasztikus megváltozását vonja maga után. Gondolnánk, hogy pusztán a háztartásokban jelenleg alkalmazott világításból adódóan kb. 37 millió tonna szén-dioxid távozik a légtérbe a hőerőművekben feleslegesen termelt villamos energia miatt?
|
Komfortérzet, illetve némi hasonlóság a mesterséges és a természetes fényforrások között "Az izzólámpa hőmérsékleti sugárzó...". Ez így igaz. A Nap is az. A Nap felszíni hőmérséklete 5-6000 K. A Nap fényspektrumából a Föld felszínére eljutóhoz fejlődött ki az emberi szem is. Mind a mai napig nem létezik olyan mesterséges fényforrás, amelyik ezt tökéletesen utánozni tudná, a legjobbak is csak megközelítik. Sem a kompakt, sem a hagyományos, de még a LED-es, Xenon, stb. fényforrások nem képesek az évmilliók alatt kifejlődött szem igényeinek megfelelő világításra. A hagyományos és a halogén izzók produkálják a legjobb hasonlóságot. És itt ne csak a spektrum szélességét vegyük figyelembe, hanem az összetételét, minőségét, folyamatosságát is és azt, hogy a mesterséges megvilágításnál mennyire van a szem igénybe véve, erőltetve. Általános szubjektív tapasztalat, hogy a kompakt fénycsövek a hagyományos fénycsöveknél is jobban megterhelik a szemet, figyelembe véve a megfelelő spektrumú hagyományos fénycsövet. Lehet, hogy ez azonnal nem vehető észre, de néhány év múlva a két különböző, de azonosnak "mért" fényáramú megvilágítás során az ember jelentős különbséget érezhet. |
|
|
Az európai fényforrásgyártó cégek szövetségének (ELC) legfrissebb kiadványában szereplő számítások szerint az energiahatékonyabb fényforrások alkalmazásának köszönhetően 2015-re a jelenlegi mesterséges világításból származó károsanyag kibocsátás a kb. évi 37 millió tonna CO2 szennyezés szintről 15 millió tonnára fog mérséklődni, amely 60%-os csökkenést jelent! Az okokat tovább boncolgatva el kell jutnunk a fényforrások élettartamához. A normál izzólámpa átlagos élettartama 1000 óra, ami azt jelenti, hogy a lámpák nagy többsége 1000 üzemóra körül ég ki. A kiégés fő okai a volfrámpárolgás okozta szálvékonyodás, és az anyagban jelen lévő hibahelyek, melyek a lokális túlmelegedést még fel is erősítik. Az izzólámpák széles spektrumát tekintve az élettartamok különbözőek a nagyobb szálhőmérséklet jobb fényhasznosítást, ugyanakkor rövidebb élettartamot von maga után. |
A halogén izzólámpa fizikai-kémiai működése még szélsőségesebb értékeket tesz lehetővé. (Egyes típusok 4-5000 órán át is képesek üzemelni.) A volfrámpárolgást csökkentő, az elpárolgott volfrám-atomokat „visszakormányzó” hatás a lámpában kismennyiségben alkalmazott halogén elem (jód vagy bróm) és a volfrám kémiai reakciójának köszönhető. A halogén izzóban a szál emiatt nagyobb hőmérsékleten izzik, jobb a fényhasznosítás. Ez főként a törpefeszültségen (12, 24 V) üzemelő lámpákra vonatkozik; a 230 V-os halogénizzók konstrukciós és termikus okok miatt kisebb fényhasznosításúak, így a 2010-es évek második felében néhány típusuktól szintén el kell búcsúznunk.
|
Mekkora az élettartama a kompakt fénycsöveknek? A katalógusok szerint minimum 3000 óra, de egyes típusoké a 20.000 órát is elérheti! A LED-ek élettartamára vonatkozóan sok merész állítás olvasható, valójában – a működtető elektronikát is beleértve – az élettartamuk maximum 50.000 órára tehető. Nyilvánvaló, hogy sokan sajnálják az izzólámpát, és nem mindenki ért egyet az EU-s határozattal. Az izzólámpának kétségkívül vannak jelentős előnyei, ilyenek a kellemes „melegfehér” fény, a színek hű megjelenítése (szaknyelven: kiváló színvisszaadás), a lámpatestekhez, szobaberendezéshez stílszerű alkalmazkodás, környezeti ártalmatlanság és nem utolsó sorban a kedvező beszerzési ár. Az „utódnak” jelölt fényforrások közül elsősorban és széleskörű alkalmazásban a kompakt fénycső jön számításba, de ide sorolhatjuk a törpefeszültségű halogénlámpákat és a LED-eket is. A halogénlámpák is izzólámpák, tehát nagy megtakarítás nem érhető el velük, az irányított fényű, 2000-3000 óra élettartamú típusaikkal ma már sok belső térben találkozhatunk. Ezek még valószínűleg jó ideig „megengedett” fényforrások lesznek. A LED-ek kétségkívül a jövő egyik fényforrásai; a gyorsütemű fejlesztéseknek köszönhetően fénytechnikai és gazdaságossági tulajdonságaik egyre jobbak, de tekintettel a magas beszerzési árukra, a modulszerű alkalmazásukra és a LED-es lámpatestpiac jelenlegi szegényességére egyelőre nem számolhatunk tömeges elterjedésükkel. |
|
A kompakt (egyik végén fejelt) fénycsövek a 80-as évek elején terjedtek el. Már az akkori energiaválság is késztette a fejlesztőket és gyártókat az izzólámpa kiváltására. Ezek a fényforrások nem hőmérsékleti sugárzók, hanem elektromos ívkisülés alapján működnek, tehát helytelen „energiatakarékos izzóknak” nevezni őket. A fénykeltés alapelve megegyezik a 70 éve ismert hagyományos fénycsőével, a fő különbségek méretben, konstrukcióban és egy-két fénytechnikai jellemzőben nyilvánulnak meg. Az ívkisülés a felmelegedett elektródokból kilépő, s a villamos tér által felgyorsított elektronok és a csőben levő elpárolgott higanyatomok ütközésével valósul meg. Ez utóbbiak az ütközésből energiát nyerve UV-sugárzást bocsátanak ki, melyet a cső falára vitt fluoreszkáló anyag (fénypor) fénnyé alakít. A kisüléses fényforrásoknál nincs az a hatalmas, hősugárzásból adódó veszteség, mint az izzólámpáknál, így a kompakt fénycsövek ugyanakkora villamos teljesítmény árán ötször, sőt egyes típusoknál hatszor annyi fényt bocsátanak ki, mint az izzók. Tehát mind az élettartam, mind a fényhasznosítás az izzólámpák elsőszámú utódjává teszi őket.
|
Ezek az előnyök. A hátrányok közt szerepel, hogy a kompaktoknál nehéz eltalálni a megfelelő színhőmérsékletet. A hagyományos izzók fénye kellemes, azzal nem volt dolguk a mérnököknek, a kompaktoknál viszont sok kísérletet igényel a megfelelő hőmérséklet megalkotása. Ráadásul, két azonos színhőmérsékletű fénycső közt is jelentős különbség adódhat. |
Néhány megjegyzés: az egyvégen történő fejelés legalább egy hajlítást tesz szükségessé, mely két, egymás mellett elhelyezett csőnek a látszatát kelti, de természetesen egyetlen kisülő csatornáról van szó. A nagyobb teljesítményű lámpák hosszabb kisülő-csővel valósíthatók meg, ezért születtek meg a többszörös hajlítások és áthidalások, és így a „négycsöves” és „hatcsöves” típusok. Minden kisülő-lámpában a bekapcsoláskor nagy áramerősség lép fel, mely tönkretehetné a lámpát, ha nem gondoskodnánk áramkorlátozásról. Ez általában tekercs, melyet több elektronikus alkatrésszel együtt a gyártáskor beépítenek a lámpába (elektronikus előtét). Lényeges megemlíteni, hogy az előtét nagyfrekvenciás árammal (25-50 kHz) táplálja a lámpát, melynek eredményeképpen kicsiny súlyú és méretű az áramkorlátozó tekercs, nem lép fel kellemetlen villogás, kb. 10%-kal több a leadott fényáram az 50 Hz-es tápláláshoz képest, ugyanakkor az előtét miatti veszteség kb. harmadannyi. Az itt írottak az izzólámpák helyére közvetlenül becsavarható kompakt fénycsövekre vonatkoznak.
Ellenvetések természetesen vannak. A következőkben néhány olyan megjegyzés olvasható, mely egyben választ is ad a szokásos aggályokra.
- A fényporfejlesztésnek köszönhetően a kompakt fénycsövek fényszínben és színvisszaadásban is csaknem az izzólámpák megszokott tulajdonságaival rendelkeznek. („Melegfehér” fény, ezt a típusmegjelölésben 827-es számmal jellemzik, utalva a 2700 K színhőmérsékletre.) Ezen kívül semleges fehér és hideg fehér fényszínben is kaphatók.
- Az egyenes fénycsőhöz hasonlóan a kompakt fénycsövek is emittálnak igen kis mennyiségű UV-sugárzást. Ez bőven a megengedett határérték alatt van, és több nagyságrenddel kisebb, mint ami a természetes napsugárzásból származik egy nyári napon. Ennek ellenére gyártanak külső burával ellátott kompakt fénycsövet is, mely gyakorlatilag teljesen elnyeli az UV-hányadot.
- A lámpában levő 5 mg higanytól semmiféle egészségkárosodás nem származik. Az egyenes fénycsövekhez és a többi kisülő-lámpához hasonlóan a már működésképtelen kompakt fénycsövek is veszélyes hulladéknak minősülnek, a háztartási hulladékkal együtt nem kezelhetők, begyűjtésükre nemzetközi előírás vonatkozik és a fényforrásgyárakban kb. 80%-os újrafelhasználásukra van lehetőség.
- A nagyfrekvenciás működtetés kizárja a fénycsővilágítás eddig sokszor tapasztalt kellemetlen velejáróit, a villogást, a stroboszkóp-hatást, előtétzúgást. A lámpa „felfutása” szinte észrevétlen, a bekapcsolástól számítva néhány perc elteltével a teljes fényáramát sugározza. Az tény, hogy az élettartamot a gyakori ki-bekapcsolás csökkenti, de ha napi nyolcnál nem több a ki-bekapcsolások száma (3-órás ciklusok), a katalógusban közölt élettartam (pl. 6000 óra) az érvényes. Ennél kisebb bekapcsolási gyakoriság viszont megnöveli az élettartamot.
A kompakt izzók folyamatos üzemelésre vannak tervezve. Ezért például a lépcsőházakban, ahol a világítás időzített, és nem tart tovább 1-2 percnél célszerű más világító eszközt alkalmazni. A legtöbb kompakt izzó ennyi idő alatt el sem éri a teljes fényerőt. A sok ki-be kapcsolástól pedig sokkal rövidebb lesz az élettartamuk, mint a hagyományos izzóké. Az ilyen helyeken a megoldás a halogén izzók vagy a led fényforrások lehetnek.
A kompakt izzók gyártói is megmondják, hogy éppen a fentebb említett tulajdonság miatt a kompakt izzók csak olyan helyre alkalmasak, ahol legalább 1 óra folyamatos világításra van szükség. - A kompakt fénycsövek formai kialakításukat tekintve igen sokfélék lehetnek. (Méret, a belső térhez esztétikailag alkalmazkodó dizájn, a külső búra alakja, fejtípus stb.) A vásárló a megvilágítás-igény és a formai kivitel alapján megtalálhatja a számára megfelelő típust. Azoknak a kompakt fénycsöveknek, melyek az izzólámpáéval egyező, E27-es és E14-es fejjel készültek és beépítve tartalmazzák az előtétet és a begyújtáshoz szolgáló áramkört, fényáramuk nem szabályozható. A 2-csapos fejűek csak a gyújtóegységet tartalmazzák, a 4-csaposokhoz külön gyújtó és előtét szükséges olyan adapterrel, mely lehetővé teszi a becsavarást az izzólámpa helyére.
- A legkomolyabb ellenvetést bizonyára a beszerzési ár idézi elő. Igaz, hogy egy megbízható gyártótól származó kompakt fénycső ára egy normál izzó árának a 20-szorosa is lehet, de ez a költség a villanyszámla kifizetésekor bőven megtérül, és átlagosan legalább hatszor ritkábban kell új lámpát vásárolni a „kiégett” helyébe.
Az Európai Fényforrásgyártók Szövetségének ajánlása alapján pl.:
|
|
40 W-os izzólámpa helyett |
9 W-os kompakt fénycső |
|
|
|
60 W-os izzólámpa helyett |
15 W-os kompakt fénycső |
|
|
|
75 W-os izzólámpa helyett |
18 W-os kompakt fénycső |
|
|
|
100 W-os izzólámpa helyett |
23 W-os kompakt fénycső |
|
alkalmazható hasonló nagyságú fényáram kibocsátásához.
|
|
Számszerű példa a fentiek igazolására Egy 13 lm/W fényhasznosítású 100W-os izzólámpa ha naponta átlagosan 3 órát üzemel, egy év alatt 365 x 3 x 100 = 109.500 Wh = 109,5 kWh villamos energiát fogyaszt, ennek mai ára 21 Ft/ kWh-val számolva és 25% ÁFÁ-t is beleszámolva 2875 Ft. Izzólámpánk 1300 lm fényáramot szolgáltat, cseréljük ki 23 W-os kompakt fénycsőre, amely még több fényt is sugároz, 1500 lm-t. 2 W veszteséget számolva a beépített előtétre az előző összegnek éppen negyedét kell számítani az egy éves fogyasztásra, vagyis 719 Ft-ot. Egy lámpára eső évi megtakarítás tehát 2156 Ft. Ennek a lámpának jelenleg 2190 Ft az ára, mely így kb. 1 év alatt térül meg. Lényeges megemlíteni, hogy ennek a kompakt fénycső típusnak az élettartama 15.000 óra! Természetesen az üzemeltetési idő növekedésével a megtakarítás arányosan növekszik, a megtérülési idő pedig csökken. |
Az átállást természetesen nem lehet egyszerre megvalósítani. Az Európai Bizottság az izzólámpák fokozatos kivonására vonatkozóan az alábbi ütemezést írta elő:
|
2009. szeptember 1. |
100 W-os normál izzólámpa, valamint a bevont burájú izzólámpák függetlenül a teljesítménytől és formától |
|
2010. szeptember 1. |
75 W-os |
|
2011. szeptember 1. |
60 W-os |
|
2012. szeptember 1. |
40 W-os |
|
2013. szeptember 1. |
25 W-os normál izzólámpa |
A kivonás 2016-tól a hálózati feszültségen működő halogénlámpákra is kiterjed. A törpefeszültségű spotlámpák továbbra is alternatívaként szerepelhetnek, a kompakt fénycsövek és a LED-ek mellett az otthonok világításában.
Dr. Borsányi János
fényforrás szakmérnök
ny. főiskolai docens
Köszönet Nagy Jánosnak és Dr. Borsányi Jánosnak, a Világítástechnikai Társaság elnökének és alelnökének, a cikk megírásában nyújtott segítségükért!
