Компактная люминесцентная лампа (ртутная лампа низкого давления) является газоразрядным источником света. Конструктивно она представляет собой стеклянную трубку с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем люминофора. В торцы трубки введены вольфрамовые спиральные электроды; для повышения эмиссионной способности на электроды наносится оксидная суспензия, изготовляемая из карбонатов или перекисей щелочноземельных металлов.
Внутри лампы находятся разреженные пары ртути и инертный газ (аргон). Давление ртутных паров в люминесцентная лампа зависит от температуры стенок лампы и составляет при нормальной рабочей температуре 40 °С примерно 0,13...1,3 Н/м2 (10~2...10~3 мм рт. ст.). Такое низкое давление обеспечивает интенсивное излучение разряда в ультрафиолетовой области спектра (преимущественно с длиной волны 184,9 и 253,7 нм). Под действием электрического напряжения (поля), приложенного к электродам, в лампе возникает газовый разряд. При этом проходящий через пары ртути ток вызывает ультрафиолетовое излучение. На внутреннюю поверхность лампы нанесен слой особого вещества (люминофор). Наиболее распространенным люминофором является галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем. Изменяя соотношение активаторов, можно получить люминофоры разных марок и изготавливать лампы разной цветности.
Ультрафиолетовое излучение, воздействуя на люминофор, заставляет его светиться, т. е. люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Стекло, из которого выполнена люминесцентная лампа, препятствует выходу ультрафиолетового излучения из лампы, тем самым предохраняя наши глаза от вредного для них излучения. Исключением являются бактерицидные и ультрафиолетовые лампы; при их изготовлении применяется увиолевое или кварцевое стекло, пропускающее ультрафиолет.
Широкое распространение на сегодня получают люминесцентные лампы с амальгамами In, Cd и других элементов. Более низкое давление паров ртути над амальгамой дает возможность расширить температурный диапазон оптимальных световых отдач до 60 °С вместо 18...25 °С для чистой ртути.
При повышении температуры окружающей среды сверх допустимой нормы (25 °С для чистой ртути и 60 °С для амальгам) возрастают температура стенок и давление паров ртути, а световой поток снижается. Еще более заметное уменьшение светового потока наблюдается при понижении температуры, а, значит, и давления паров ртути. При этом резко ухудшается и зажигание ламп, что делает невозможным их использование при температурах ниже -10 °С без утепляющих приспособлений. В связи с этим представляют интерес безртутные люминесцентная лампа с разрядом низкого давления в инертных газах. В этом случае люминофор возбуждается излучением с длиной волны от 58,4 до 147 нм. Поскольку давление газа и безртутных люминесцентных ламп практически не зависит от окружающей температуры, неизменными остаются и их световые характеристики.
На сегодняшний день проблема работы люминесцентных ламп при низких температурах решена использованием люминесцентных ламп нового поколения, так называемых ламп Т5 (с диаметром трубки 16 мм), компактных люминесцентных ламп и применением для питания люминесцентных ламп высокочастотных электронных пускорегулирующих аппаратов (ПРА).
Световая отдача люминесцентной лампы повышается при увеличении размеров (длины) за счет снижения доли анодно-катодных потерь в общем световом потоке. Поэтому рациональнее использовать одну лампу на 36 Вт, чем две по 18 Вт. Срок службы люминесцентная лампа ограничен дезактивацией и распылением (истощением) катодов. Отрицательно сказываются на сроке службы также колебания напряжения питающей сети и частые включения и выключения ламп. При использовании ЭПРА эти факторы сведены к минимуму.
Широкое использование люминесцентных ламп связано с тем, что они имеют ряд значительных преимуществ перед классическими лампами накаливания.
Высокая эффективность:
КПД — 20...25%. (у ламп накаливания около 7%);
светоотдача (т. е. количество излучаемых люменов на единицу потребляемой мощности) 70...105 лм/Вт (у ламп накаливания 7...12лм/Вт).
Длительный срок службы — 15000...20000 ч (у ламп накаливания — 1000 ч и сильно зависит от напряжения питания).
Имеют люминесцентные лампы и некоторые недостатки.
Как правило, все разрядные лампы для нормальной работы требуют включения в сеть совместно с балластом. Балласт, он же пускорегулирующий аппарат (ПРА), — электротехническое устройство, обеспечивающее режимы зажигания (но не всегда само зажигание) и нормальной работы люминесцентной лампы.
Зависимость устойчивой работы и зажигания лампы от температуры окружающей среды (допустимый диапазон 5...55 °С, оптимальной считается 20 °С). Хотя этот диапазон постоянно расширяется с появлением ламп нового поколения и использованием электронных балластов (ЭПРА).
Остановимся несколько подробнее на достоинствах и недостатках люминесцентных ламп.
Известно, что оптическое излучение (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное) оказывает на человека (его эндокринную, вегетативную, нервную системы и весь организм в целом) значительное физиологическое и психологическое воздействие, в основном благотворное. Дневной свет — самый полезный. Он влияет на многие жизненные процессы, обмен веществ в организме, физическое развитие и здоровье. Но активная деятельность человека продолжается и тогда, когда солнце скрывается за горизонтом. На смену дневному свету приходит искусственное освещение. Долгие годы для искусственного освещения жилья использовались (и используются) только лампы накаливания — тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета. Кроме того, лампы накаливания, как уже упоминалось, неэффективны, их коэффициент полезного действия 6...8%, а срок службы очень мал — не более 1000 ч. Высокий технический уровень освещения с этими лампами невозможен. Вот почему вполне закономерным оказалось появление люминесцентной лампы — разрядного источника света, имеющего в 5... 10 раз большую световую отдачу, чем лампы накаливания, и в 8... 15 раз больший срок службы. Преодолев различные технические трудности, ученые и инженеры создали специальные люминесцентные лампы для жилья — компактные, практически полностью копирующие привычный внешний вид и размеры ламп накаливания и сочетающие при этом ее достоинства (компактность, комфортную цветопередачу, простоту обслуживания) с экономичностью стандартных люминесцентных ламп.
В силу своих физических особенностей люминесцентные лампы имеют еще одно очень важное преимущество перед лампами накаливания: возможность создавать свет различного спектрального состава — теплый, естественный, белый, дневной, что может существенно обогатить цветовую палитру домашней обстановки. Не случайно существуют специальные рекомендации по выбору типа люминесцентных ламп (цветности света) для различных областей применения (они будут приведены ниже). Наличие контролируемого ультрафиолета и специальных осветительно-облучательных люминесцентных ламп позволяет решить проблему профилактики «светового голодания» для городских жителей, проводящих до 80% времени в закрытых помещениях. При использовании этих ламп следует помнить, что для обеспечения безопасности необходимо строго соблюдать инструкции изготовителя облучательного оборудования.
Таким образом, люминесцентная лампа, обеспечивающие достаточно много света в квартире, сохраняют тем самым, зрение, снижают утомляемость, повышают работоспособность и поднимают настроение; кроме того, спектральный состав их излучения легко варьируется по цвету. Все это делает такие лампы исключительно привлекательными для потребителя.
А теперь остановим внимание на недостатках люминесцентного освещения, к которым многие причисляют его пресловутую «вредность для здоровья». Природа газового разряда такова, что, как уже было сказано выше, любые люминесцентные лампы имеют в спектре небольшую долю ближнего ультрафиолета. Известно, что при передозировке даже естественного солнечного света могут возникнуть неприятные явления; в частности, избыточное ультрафиолетовое облучение может привести к заболеваниям кожи, повреждению глаз. Однако, сравнив воздействие на человека в течение жизни естественного солнечного и искусственного люминесцентного излучения, мы поймем, сколь необоснованно предположение о вреде излучения люминесцентных ламп. Было доказано, что работа в течение года (240 рабочих дней по 8 часов в день) при искусственном освещении люминесцентная лампа холодно-белого света с очень высоким уровнем освещенности в 1000 лк (это в 5 раз превышает оптимальный уровень освещенности в жилье) соответствует пребыванию на открытом воздухе в г. Давос (Швейцария) в течение 12 дней летом по одному часу в день в полдень.
Следует заметить, что реальные условия в жилых помещениях бывают в десятки раз более щадящими, чем в приведенном примере. Следовательно, о вреде обычного люминесцентного освещения говорить не приходится. К аналогичным выводам пришли медики, гигиенисты и светотехники, принявшие участие в проводившейся в Мюнхене развернутой научной дискуссии на тему «Влияние освещения люминесцентных ламп на здоровье человека». Все участники дискуссии были единодушны: строгое соблюдение правил грамотного устройства освещения, которые включают ограничение прямой и отраженной блескости, ограничение пульсации светового потока, обеспечение благоприятного распределения яркости и правильной цветопередачи полностью устранит существующие еще жалобы на люминесцентное освещение.
В приведенном выше перечне важное место занимает вопрос ограничения пульсации светового потока. Дело в том, что традиционные линейные трубчатые люминесцентные лампы, подключенные к сети с помощью электромагнитного пускорегулирующего аппарата (чаще всего применяемого в светильниках), создают свет не постоянный во времени, а «микропульсирующий», т. е. при имеющейся в сети частоте переменного тока 50 Гц пульсация светового потока лампы происходит 100 раз в секунду. И хотя эта частота выше критической для глаза и, следовательно, мелькание яркости освещаемых объектов глазом не улавливается, пульсация освещения при длительном воздействии может отрицательно влиять на человека, вызывая повышенную утомляемость, снижение работоспособности, особенно при выполнении напряженных зрительных работ: чтении, работе за компьютером, рукоделии и т. д. Вот почему появившиеся достаточно давно светильники с электромагнитным низкочастотным ПРА рекомендуется использовать в так называемых «нерабочих» зонах (подсобных помещениях, подвалах, гаражах, лестничных площадках и т. д.). В светильниках с электронным высокочастотным ПРА указанная особенность работы люминесцентных ламп полностью устранена, но даже такие светильники с линейными люминесцентная лампа достаточно громоздки и для местного (рабочего) освещения не всегда удобны. Поэтому для традиционного освещения жилья люстрами, настенными, напольными, настольными светильниками целесообразно применять упомянутые выше компактные люминесцентные лампы.
И, наконец, последнее небольшое замечание, связанное с эксплуатацией светильников с люминесцентными лампами. В лампу для ее работы вводится капля ртути — 30...40 мг (в компактных люминесцентных лампах — 2...3 мг, а в некоторых типах амальгамных компактных люминесцентных ламп ртути в чистом виде практически нет — она находится в связанном состоянии). Если вас это пугает, вспомните, что в термометре, имеющемся в каждой семье, содержится 2 г (т. е. в 100 раз больше, чем в люминесцентная лампа) этого жидкого металла. Разумеется, если лампа разобьется, поступить следует так же, как мы поступаем, когда разбиваем термометр, — тщательно собрать и удалить ртуть, однако содержание в лампе столь ничтожного количества ртути не представляется поводом для серьезного беспокойства.
В заключение хочется еще раз подчеркнуть, что люминесцентная лампа в жилье — это не только более экономичный, чем лампа накаливания, источник света. грамотное освещение люминесцентными лампами имеет множество преимуществ перед традиционным: экономичность, обилие и красочность света, равномерность распределения светового потока, особенно в случаях высвечивания протяженных объектов линейными лампами, меньшая яркость ламп и значительно меньшее выделение тепла.
На сегодняшний день наиболее качественную продукцию и широкий ассортимент на нашем рынке представляют следующие отечественные и мировые светотехнические брэнды:
* американская GE Lighting (General Electric).
* голландская PHILIPS;
* российская фирма КОСМОС;
* украинская фирма Люммакс;
* германская фирма OSRAM;
Они предлагают широчайший выбор высококачественных люминесцентных ламп на любой вкус и цвет.
Свои люминесцентные лампы производители разделяют на две большие категории:
люминесцентные лампы — Fluorescent Lamps (FL);
компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) — Compact Fluorescent Lamps (CFL).
По своему спектральному составу излучения все люминесцентные лампы можно условно разделить на три группы:
стандартные;
с улучшенной цветопередачей;
специальные.
Помимо цветовой температуры, спектра излучения и цветопередачи люминесцентные лампы различаются:
по электрической мощности:
слабомощные — до 18 Вт;
средней мощности — 18...58 Вт;
мощные — свыше 58 Вт;
по диаметру трубки:
Т2 — 7 мм;
Т5 — 16 мм;
Т8 — 26 мм;
Т12 — 38 мм;
по форме и длине трубки:
прямые (линейные);
U-образные;
кольцевые;
по светораспределению:
с ненаправленным светоизлучением;
с направленным светоизлучением (рефлекторные, щелевые, панельные и др.).
Основными характеристиками и параметрами люминесцентных ламп, которые указывают фирмы-производители в своих технических каталогах и которые необходимы потребителю для правильного выбора той или иной лампы, являются:
мощность лампы (Вт);
класс энергопотребления;
срок службы (ч);
световой поток (лм);
светоотдача (лм/Вт);
цветовая температура или ССТ — Correlated Color Temperature (К);
индекс цветопередачи, Ra или CRI — Color Rendering Index;
габаритные размеры и исполнение.