Żarówka vs świetlówka

Nie milkną echa zakazu sprzedaży klasyczny żarówek jaki wprowadzono rękoma urzędników UE. Kolejne miesiące od wejścia w życie nowych przepisów przyniosły wycofanie z handlu      i produkcji tradycyjnych żarówek o mocy 100 W. Kolejno ich los podzieliły te o mocy 75 i 60 W. Teraz radzić będziemy musieli sobie bez 40-stek i żarówek o mniejszych mocach. Ograniczenia, które wchodzą w całej Unii Europejskiej z dniem 1  września, obejmują nie tylko handel, ale i produkcję oraz import! W niniejszym artykule zebrałem szereg wypowiedzi i analiz, które rzucają inne (oby zdrowe!) światło na działania lobby świetlówkowego. Na początku nie wypada mi nie zacytować najlepszego specjalisty w Polsce od Techniki Świetlnej, prof. Wojciecha Żagana z Politechniki Warszawskiej.

Profesor W. Żagan „W obronie światła i żarówki”    (2007-03-09)

Zapowiada się niezła chryja! Mamy pożegnać się z żarówkami, bo trzeba oszczędzać energię elektryczną, a to źródło światła pod względem oszczędzania energii nie jest wzorem do naśladowania. Zgadzam się z tym, że żarówki są tanim luksusem, jaki rozwój cywilizacji i techniki zafundował człowiekowi. Proste, tanie, łatwe w użytku, przypominające oświetlenie naturalne źródło światła. Komu to przeszkadza? Produkcja żarówki to dziś technologia, na którą można sobie pozwolić w zasadzie w garażu. Czy można zarobić na żarówkach? No trochę można, ale na tych tzw. energooszczędnych można 20 razy więcej. Z tym, że produkcja energooszczędnych źródeł, to już zaawansowana technologia, a żarówki? Chyba zacznę sam je produkować w domku na działce. O co więc u diaska chodzi? Komu żarówki przeszkadzają? (...)

http://www.lighting.pl/index.php?akcja=news&n_id=499&s_id=5&typ=

Profesor W. Żagan „Nastała ciemność”    (2009-09-13)

Z dniem 1 września 2009 roku, w momencie, w którym rozpoczęło obowiązywać prawo o wycofaniu żarówek 100 W, nastała ciemność. Ciemność w sferze racjonalności: w ekologii, ekonomii, w zdrowiu, bilansie energetycznym. Jedna mała żarówka 100 W została wyłączona, a ciemność ogarnęła tak wielką przestrzeń życia człowieka. (...)

http://www.lighting.pl/index.php?s_id=1&akcja=news&n_id=1401&typ=

  

 Dzięki wysiłkowi internautów możemy zacząć od rozłożenia na czynniki pierwsze demonizowanej żarówki i świetlówki.

Żarówka – budowa:

1. Bańka szklana
2. Żarnik wolframowy
3. Dwa druty doprowadzające prąd do żarnika
4. Dwa lub trzy dodatkowe wsporniki żarnika
5. Ceramiczna stopka izolacyjna
6. Tuleja gwintowana, tzw. gwint edisonowski o średnicy 14mm lub 27mm (w bardzo dużych lampach 40 mm)
7. Kropelka lutowia cynowo-ołowiowego (stopka)
8. Odrobina kleju termoodpornego (klejenie bańki do gwintu)

Czynności produkcyjne:

1.Wykonanie bańki
2.Wykonanie dolnej części bańki+wtopienie wsporników i doprowadzeń
3.Montaż żarnika
4. Spawanie bańki ze szklaną częścią wsporczą
5. Odpompowanie powietrza+ewentualne napełnienie gazem obojętnym (90% argon + 10%azot)
6. Zatopienie bańki po odpompowaniu
7. Wykonanie części gwintowanej
8. Montaż izolatora ceramicznego
9. Doklejenie gwintu do bańki
9. Polutowanie doprowadzeń żarnika do stopki i gwintu.
10. Sprawdzenie
11. Pakowanie + transport

Żarówki wykonywane są jako próżniowe i gazowane. Gazowanie ma na celu ograniczenie parowania wolframu z żarnika. Żarówki halogenowe mają dodatek pierwiastka z grupy halogenów (np. jodu), który powoduje, że w wysokich temperaturach powstacje cykl regeneracyjny tj. odparowany z żarnika wolfram osadza się z powrotem na żarniku. Wydłuża to trwałość lampy a dodatkowo pozwala na pracę żarnika w wyższej temperaturze co pozwala na uzyskanie wyższej jasności. Żarówka zwykła pracuje z temperaturą żarnika wynoszącą ok. 2700 stopni Kelvina a żarówka halogenowa ok. 3200 stopni Kelvina. Średni czas pracy żarówki to 1000 godzin przy nominalnym napięciu zasilania 230V. Obniżenie napięcia sieciowego do 0.9 tej wartości wydłuża czas życia żarówki ok. 4 krotnie. Praca już przy napięciu podwyższonym o 20% obniża czas życia żarówki do  10-15% czasu średniego.

Przyczyną przepalania się żarówek jest złożenie dwóch zjawisk: nierównomiernego odparowywania wolframu z żarnika, co powoduje, że staje się on w niektórych miejscach cieńszy, a więc i mniej wytrzymały, oraz udaru prądowego przy włączaniu spowodowanego zmianami rezystancji wolframu pod wpływem temperatury (z resztą jak każdego metalu). Zimny żarnik (w temperaturze pokojowej) ma 13-14 razy mniejszą rezystancję niż żarnik gorący (temp. 2700 st K).
Przykładowo żarówka 100W ma na zimno rezystancję 40 omów a przy normalnej pracy (po rozgrzaniu) ok. 530 omów. Stan przejściowy (rozgrzewanie) trwa kilkadziesiąt milisekund (zależenie od mocy żarówki jest dłuższy lub krótszy) Po włączeniu zasilania, szczególnie, gdy trafimy na szczyt sinusoidy napięcia, przez żarówkę płynie bardzo duży prąd powodujący duże naprężenia w żarniku i jeżeli ma on jakieś wżery wynikające z parowania to jest duże prawdopodobieństwo, że ulegnie on przerwaniu.


Lampa z serii Philips Economy 20W (made in PRC ) - spis z natury (rozebrana lampa)

1. Rura świetlówkowa kilkuczęściowa
2. Luminofor (plus cała chemia związana z jego produkcją)
3. Kropelka rtęci (ok. 5 mg)
4. 2 żarniki na końcach rury świetlówkowej
5. Koszulki izolacyjne 4 sztuki (na przewodach od lampy do elektroniki zapłonnika)
6. Tuleja gwintowana E14 lub E27
7. Izolator ceramiczny (między stopką i tuleją z gwintem)
8. Kropla cyny na stopkę
9. Płytka z laminatu z nałożonymi ścieżkami połączeniowymi (płytka drukowana)
10. Lutowie cynowo-ołowiowe do polutowania ok. 50-60 punktów lutowniczych (montaż elementów elektronicznych do płytki drukowanej)  w żarówce były tylko 2 lutowania

Elementy elektroniczne (na płytce drukowanej):

11. Kondensator elektrolityczny filtru sieciowego
12. 4 diody prostownicze w mostku prostowniczym (układ Graetza)
13. 2 tranzystory do przetwornicy napięcia
14. 4 diody półprzewodnikowe w układzie przetwornicy
15. 9 rezystorów (oporników)
16. 2 kondensatory elektrolityczne w układzie przetwornicy
17. 4 kondensatory ceramiczne
18. Transformator sterujący w przetwornicy
19. Dławik przeciwzakłóceniowy
20. Transformator zapłonowy (podwyższający napięcie dla uzyskania zapłonu lampy)
21. 4 kołki stykowe (podłączenia końcówek rury świetlówkowej)
22. Dwuczęściowa obudowa plastikowa (osłona układu elektronicznego)

Dodatkowe materiały wynikające z procesu produkcji płytki drukowanej:

1. laminat papierowy + folia miedziana (chemia plus produkcja folii miedzianej w hucie)
2. Cięcie płytek (wykonuje się ileś tam na dużej płycie), ze względu na okrągły kształt płytki są cięte metodą frezowania
3. Środki do odtłuszczania i oczyszczania powierzchni miedzi z tlenków miedzi przed trawieniem,
4. materiał fotochemiczny do wykonania na miedzi zarysu ścieżek (naświetla się go ultrafioletem co powoduje, że pewne jego części stają się nierozpuszczalne, a resztę się wymywa dzięki czemu roztwór trawiący miedź ma do niej dostęp, a do miejsc pokrytych utwardzonym środkiem fotochemicznym nie.
5. środki chemiczne używane do trawienia miedzi w procesie wytwarzania ścieżek na laminacie (usuwa się zbędną miedź drogą trawienia chemicznego i pozostają ścieżki przewodzące)
6. Środki chemiczne używane do zmywania materiału fotochemicznego i płukania płytki.
7. Farba do sitodruku (na laminacie są nadrukowane opisy gdzie ma być jaki element)
8. Lakier elektroizolacyjny chemoutwardzalny (tzw. maska) nakładany na płytkę w celu ochrony ścieżek miedzianych przed wpływami atmosferycznymi (wilgoć, składniki reagujące z miedzią)
9. Wiertła do wiercenia otworów w płytce drukowanej dla przeprowadzenia przez nie końcówek elementów (jedna płytka to ok. 60 otworów do wywiercenia).

Utylizacja odpadów poprodukcyjnych (płyny do trawienia zużywają się i nie nadają się do spuszczenia wprost do kanalizacji, bo są silnie korodujące i szkodliwe dla otoczenia)

Do powyższych dochodzą jeszcze: zużycie prądu przez

- komputery sterujące montażem,
- zasilanie linii automatycznego montażu elementów na płytce
- stanowiska lutownicze montażu ręcznego (montaż całości w obudowie)
- zasilanie linii lutowniczej (na fali) - lutowanie elementów do płytki drukowanej

Dalej:

- elementy półprzewodnikowe (diody, tranzystory) to oddzielny zakład produkcyjny zużywający dużo energii na utrzymanie bardzo dużej czystości wymaganej przy produkcji półprzewodników. Dodatkowo, ze względu na wrażliwość procesu produkcji na drgania, takie zakłady umieszcza się daleko od miast by wyeliminować drgania powodowane komunikacją miejską. Powyższe powoduje konieczność transportu na duże odległości (oczywiście nie po jednej sztuce ale zawsze to transport i spaliny)
- kondensatory - następny zakład produkcyjny
- rezystory - kolejny zakład produkcyjny
- transformatory i dławiki - produkcja drutu nawojowego i emalii- huta miedzi, produkcja rdzeni (ferryt), nawijanie, składanie rdzenia, lutowanie doprowadzeń - to jeszcze inny zakład produkcyjny (praca częściowo ręczna + oświetlenie)
- laminat do płytek plus proces trawienia- następny zakład produkcyjny ewentualnie oddzielna linia technologiczna. 

Do tego dochodzi wymieniony już transport elementów (plus emisja spalin samochodowych) i gotowych wyrobów.
Po zużyciu dochodzi jeszcze proces specjalistycznej utylizacji wynikającej z konieczności odzyskania rtęci bez zanieczyszczania środowiska i luminoforu. Poza tym jeszcze trzeba zutylizować układ elektroniczny i plastiki obudowy.  

Jak widać żarówka z jej energochłonnością to pikuś przy tym, co mamy w takiej świetlówce kompaktowej (zużycie energii, masa użytej chemii, rtęć, luminofor, niezdrowe światło).
Żarówkę daje się produkować w jednym zakładzie, a świetlówka wymaga całego przemysłu współpracującego.

Przyczyny uszkadzania się świetlówek:

1. Przepięcia w sieci zasilającej - przeważnie niszczą kondensator filtru sieciowego
2.Część świetlówek w swej konstrukcji nie uwzględniała rozszerzonej tolerancji napięcia sieci, w szczególności górnej odchyłki wynoszącej kiedyś 5% a obecnie czasami i 10% - kondensator filtru miał zapas na +7%. Jeżeli pracuje tuż za swoim zakresem napięciowym to skraca jego życia a także nie ma zapasu na przepięcia w sieci (od chociażby z powodu burzy)
3. Przegrzanie elektroniki. Pracuje ona w zamkniętej obudowie, a do tego, gdy wisi świecącą częścią do dołu to ciepło lampy unosi się do góry, co pogarsza warunki pracy elektroniki nad lampą.
4. Starzenie się elementów elektronicznych (w podwyższonej teperaturze proces ten przebiega szybciej, szczególnie kondensatory elektrolityczne nie lubią zbytnio ciepła)
5. Impulsy prądowe w momencie włączania - ładowanie się kondensatora fltru sieciowego czasami powoduje uszkodzenie rezystora-bezpiecznika ograniczającego prąd ładowania.
6. Wilgoć układ elektroniczny nie jest hermetyczny a wilgoć osadzająca się na płytce przewodzi prąd a poza tym zwykle po odparowaniu zostawia osady, które z następną porcją wilgoci mogą zrobić zwarcie niszczące elektronike
7. Kurz - obniża janość lampy ale także powoduje pogorszenie warunków odprowadzania ciepła od elektroniki

Ogólnie też, im większa jest ilość elementów w danym wyrobie, tym większe jest prawdopodobieństwo uszkodzenia całości (kombinacja trwałości pozczególnych elementów)
Podawane trwałości lamp dotyczą wysublimowanych warunków pracy tj. znamionowego napięcia zasilania i częstości włączeń (np. 3 h włączona, 20 minut wyłączona), które to warunki trudno jest uzyskać w warunkach domowych, a to powoduje, że rzeczywisty czas życia lampy bardzo odbiega w dół od deklarowanego przez producenta.
I jeszcze jeden czynnik niekorzystny dla klienta: nigdy nie wiadomo, czy dana lampa nie jest podróbką lub nie zastosowano kolejnych oszczędnościowych posunięć przy produkcji np. użyto elementów od kooperantów, którzy oszczędzają na materiałach, testach, procesie produkcji, grubościach izolacji)

Jak widać szersze spojrzenie na problem zaburza trochę ideę, która stała oficjalnie za wprowadzeniem do obrotu tylko świetlówek „energooszczędnych”.

Idąc dalej dochodzimy do wniosku, że:

– Na naszym rynku trafiają się świetlówki kompaktowe, które niewiele mają wspólnego z energooszczędnością i niewiele przekraczają parametry tradycyjnych żarówek - powiedział prof. dr hab. inż. Wojciech Żagań, członek Polskiego Komitetu Oświetleniowego podczas konferencji „Energia i czyste technologie” .

- Każde źródło światła, w tym świetlówki kompaktowe i wycofywane żarówki, jest na tyle złożonym urządzeniem, że nie daje się go scharakteryzować ani ocenić za pomocą jednego parametru. Do pełnej oceny promieniowania widzialnego źródeł światła trzeba przyłożyć cały szereg miar fotometrycznych, kolorymetrycznych, użytkowych, ekologicznych, ekonomicznych i innych (...) A chcąc dokonać oceny świetlówek kompaktowych trzeba postrzegać zarówno te z najwyższych półek jak i te, które na pewno nie powinny być nazwane źródłami energooszczędnymi - tłumaczył dr. Żagań.

Świetlówkę, tak jak każde inne źródło światła, charakteryzuje cały zestaw cech oraz parametrów i dopiero pełne spojrzenie na wszystkie cechy pozwala ocenić źródło i określić jego przydatność do konkretnego zastosowania.

- W zasadzie tylko dwie cechy: energooszczędność i trwałość, zdecydowanie przemawiają za świetlówkami kompaktowymi, ale pod jednym warunkiem, że ich jakość wykonania będzie bardzo wysoka. Pozostałe parametry nie uzasadniają powszechności stosowania świetlówek kompaktowych i ich pełnego zastępstwa za żarówki, szczególnie dotyczy to świetlówek niskiej jakości. Zatem głosy zawiedzionych użytkowników świetlówek kompaktowych narzekających na nieprawdziwe informacje handlowe i marketingowe, sprawdzone w rzeczywistych warunkach eksploatacji w domu czy ogrodzie są uzasadnione, szczególnie wobec nieograniczonego otwarcia rynku produktów elektrycznych na wszelkie złe i dobre jakościowo produkty oświetleniowe. Należy także przypomnieć, że według uznanej wiedzy z zakresu techniki świetlnej źródło światła powinno być zawsze dobierane do konkretnych potrzeb. Dopiero takie postępowanie jest racjonalne - tłumaczył dalej profesor Wojciech Żagan. 

Polski Komitet Oświetleniowy opracował szczegółowe zalecenia, co do obiektów i obszarów zalecanych i niezalecanych do stosowania świetlówek kompaktowych.
Niezalecane są m.in. tereny zewnętrzne, gdzie niskie temperatury utrzymują się przez znaczną część roku (oświetlenie otoczenia domostw, numerów administracyjnych, rejony wejść do domów i do klatek schodowych); skupiska mieszkaniowe, bloki, osiedla o niezorganizowanej akcji odbioru zużytych świetlówek kompaktowych; obiekty i wnętrza o szczególnych walorach kolorystycznych (salony w mieszkaniach, witryny sklepowe); wnętrza w obiektach do których uruchomienia oświetlenia używane są czujniki ruchu (korytarze w hotelach, łazienki); obiekty i wnętrza o bardzo krótko wykorzystywanym oświetleniu (garaże, piwnice, sypialnie); obiekty wymagające pewnej i szczególnej ochrony przed promieniowaniem UV.

Zalecane zastosowania, to wnętrza oświetlane przez cały lub większą część dnia, wnętrza o niezbyt wyrafinowanej kolorystyce, wysokie wnętrza o utrudnionym dostępie do wymiany źródeł światła, a także niskie pomieszczenia wymagające skutecznej ochrony przed olśnieniem.

- Powyższe zalecenia sformułowano w oparciu o cechy najwyższej jakości świetlówek. Nawet przy ich wysokim poziomie rozwiązań technicznych i tak są obszary nieuzasadnionego ich wykorzystania. Zupełnie inaczej wyglądałoby to zestawienie, gdyby brać pod uwagę właściwości słabych świetlówek kompaktowych, których cechy nie dorównują tym najlepszym. Trudno byłoby wówczas znaleźć dla nich obszar zalecanego zastosowania. Dopuszczając do obrotu i używania dobre i złe świetlówki kompaktowe wyrządza się krzywdę tym najlepszym, gdyż raczej na bazie tych negatywnych doświadczeń klienci budują opinię o źródłach światła. 

Świetlówki niewiadomego lub niesprawdzonego producenta pod żadnym względem nie zbliżają się do parametrów technicznych osiąganych przez czołowych producentów świetlówek kompaktowych. Istnieje racjonalne i ekonomiczne uzasadnienie dla niektórych zastosowań świetlówek kompaktowych we wnętrzach mieszkalnych, ale pod warunkiem, że prezentują one najlepsze cechy fotometryczne, kolorymetryczne i użytkowe- podsumował członek Polskiego Komitetu Oświetleniowego.

Źródło: wnp.pl

Podsumowanie:

Skomplikowany proces produkcji, problem utylizacji, dużo słabsza jakość światła stawiają pod znakiem zapytania sens działań na rzecz wycofania żarówek i zastąpienia ich świetlówkami. W mojej ocenie za pomocą działań lobbystycznych doprowadzono do sytuacji, w której pozornie dbając o środowisko, zadbano o kieszenie producentów świetlówek.

Na szczęście rozwój techniki nie daje o sobie zapomnieć i przebojem rynki zdobywa kolejna generacja źródeł światła: „diodówki” czyli diody LED zaadaptowane do oświetlenia.
Im poświęcę oddzielny artykuł, ponieważ one zasługują na miano oszczędnych i stanowią przyszłość tego segmentu rynku.