Analýza vlastností kompaktných žiariviek

Analýza vlastností kompaktných žiariviek

Ing. Dionýz Gašparovský, PhD., FEI STU Bratislava,
Ing. Vladimír Dvořáček, S Lamp, s. r. o., Panenské Břežany

1. Úvod

Príspevok sa zaoberá analýzou vlastností kompaktných žiariviek s integrovaným elektronickým predradníkom a s päticou E27 a E14, ktoré slúžia ako priama náhrada žiaroviek. Analýza sa týka svetelnotechnických, elektrických aj technicko-ekonomických parametrov, pričom analýze bola podrobená široká vzorka kompaktných žiariviek dostupných na slovenskom trhu. Analýza bola zameraná najmä na aspekty energetickej efektívnosti týchto svetelných zdrojov vo vzťahu k cenovým reláciám pre rôzne výkonnostné a životnostné parametre.

Na trhu je v súčasnosti tak v Slovenskej, ako aj Českej republike dostupné nepreberné množstvo rôznych typov kompaktných žiariviek, najmä žiariviek s päticami E14 a E27, ktoré sú určené ako priama náhrada menej efektívnych žiaroviek. Trh ponúka množstvo druhov a typov žiariviek, s rôznymi príkonmi a rôznymi menovitými životmi. Najdôležitejším hľadiskom, ktoré určuje kúpu alebo nekúpu daného zdroja, je však jeho cena, keďže sa jedná o svetelné zdroje pre najširšiu verejnosť, teda pre laikov. Preto vyvstáva otázka, akú kvalitu ponúka trh pri súčasných relatívne nízkych cenách. Treba tu uviesť, že v niektorých prípadoch sa môžu oplatiť kvalitnejšie zdroje, hoci sú drahšie, v iných prípadoch zase lacnejšie zdroje s kratším životom. Ako vplýva menovitý život na cenu? Tieto otázky a mnohé ďalšie boli cieľom nášho výskumu v tejto oblasti. Jednou z najdôležitejších úloh však bolo preverenie pravdivosti údajov udávaných na škatuľkách svetelných zdrojov.

2. Ciele práce

Analýza vlastností kompaktných žiariviek (KŽ) bola zameraná tak na svetelnotechnické, ako aj elektrické a ekonomické parametre. Čiastkové ciele parametrov získaných meraním možno definovať v bodoch:

meranie merného výkonu rôznych typov KŽ,
porovnanie nameraného svetelného toku s menovitým tokom,
porovnanie nameraného svetelného toku danej KŽ so svetelným tokom ekvivalentnej žiarovky, ak takúto ekvivalenciu definuje výrobca,
meranie náhradnej teploty chromatickosti,
meranie spektra žiarenia,
meranie príkonu a prúdu,
meranie obsahu vyšších harmonických.

Z nameraných údajov možno odvodiť tieto ukazovatele a závislosti:

závislosť merného výkonu od príkonu zdroja,
úspory energie pri súčasných tarifách elektrickej energie,
návratnosť investícií (absolútna aj pomerná) pri súčasných cenových reláciách,
závislosť ceny zdroja od jeho života,
závislosť ceny zdroja od jeho príkonu.

3. Metodika

Skúšaniu svetelnotechnických a elektrických parametrov bolo podrobených viac ako 100 typov kompaktných žiariviek 30 rôznych výrobcov. Z každého typu boli vybrané tri vzorky, t. j. celkovo bolo zmeraných viac ako 300 žiariviek.

Merný výkon sa zisťoval meraním svetelného toku vo fotometrickom integrátore s priemerom 1,2 m. Všetky svetelné zdroje prešli štandardnou dobou zahorenia minimálne 100 h. Pred meraním svetelného toku boli zdroje stabilizované po dobu 20 min. Ako sa ukázalo, viaceré kompaktné žiarivky sa po 10 min svietenia zdali stabilizované, potom však ich svetelný tok začal náhle stúpať. Po 15 min už nárast svetelného toku nebolo pozorovať ani po dlhšej dobe. Merania sa vykonávali pri teplote okolia vo fotometrickom integrátore. Svetelné zdroje boli pri meraní v normálnej pracovnej polohe, t. j. päticou nahor.

Spektrum žiarenia sa meralo spektrometrom Ocean Optics USB 2000. Tento spektrometer má detektor typu SONY ILX511, čo je vlastne 2 048prvkový lineárny kremíkový snímač CCD, citlivý v oblasti 200 až 1 100 nm a je vhodný pre ultrafialovú, viditeľnú aj infračervenú oblasť. Optické rozlíšenie je 0,3 až 10 nm podľa rozsahu a citlivosť je 86 fotónov na integračnú jednotku. Pomer signálu k šumu je 250 : 1.

Svetelný tok sa meral kalibrovaným luxmetrom L-02. K meraní náhradnej teploty chromatickosti sa použil prístroj MINOLTA Color Meter II s rozsahom 1 600 až 40 000 K a s presnosťou ±20 K pri 3 200 K.

Elektrické parametre boli merané revíznym analyzátorom siete Eurotest 61557. Prístroj vykonáva harmonickú analýzu napätia aj prúdu do 21. harmonickej vrátane. Výsledok sa zobrazuje v percentách celkovej efektívnej hodnoty. Napätie sa pri harmonickej analýze meria s rozlíšením 1 V a s presnosťou ±(5 % meranej hodnoty + 3D). Prúd sa meria prúdovými kliešťami, v daných rozsahoch merania je rozlíšenie do 100 mA rovné 0,1 mA a presnosť ±(5 % meranej hodnoty + 3D), resp. do 1 A je rozlíšenie 1 mA a presnosť ±5 % meranej hodnoty. Celkové harmonické skreslenie THD sa meria s rozlíšením 0,1 % a s presnosťou ±(5 % meranej hodnoty + 5D). Z elektrických parametrov boli merané príkony činný P (W), jalový Q (var) a zdanlivý S (V·A), ako aj účinník cos j. V rámci daných rozsahov sa meralo s rozlíšením 0,1 W/var/V·A, resp. pod 10 W/var/V·A je rozlíšenie 0,01.

Z nameraných hodnôt boli zostavené vyhodnocovacie tabuľky v MS Excel. Na výpočet úspor energie U (Sk), ktoré počas svojho menovitého života dosiahne kompaktná žiarivka pri náhrade žiarovky s ekvivalentným svetelným tokom, bol použitý vzťah podľa (1)

kde N_Z, N_K sú náklady na kúpu (t. j. cena) žiarovky (index Z), popr. kompaktnej žiarovky (index K), Z_Z, Z_K život žiarovky (index Z), popr. kompaktnej žiarivky (index K), P_Z, P_K príkon žiarovky (index Z), popr. kompaktnej žiarivky (index K), N_E cena elektrickej energie v danej tarife.

Tab. 1. Svetelný tok neštandardných žiaroviek

Príkon neštandardné žiarovky (W)	Svetelný tok neštandardné žiarovky (lm)	Príkon odvodenej žiarovky (W)
45	485	40
50	540	40
55	670	60
65	790	60
70	900	75
85	1 090	75
90	1 240	100
120	1 565	100
125	1 725	100
145	2 130	150

Príkon a život kompaktnej žiarivky sú údaje vyznačené na škatuľke svetelného zdroja. Za príkon žiarovky sa dosádza ekvivalencia podľa výrobcu, teda údaj zo škatuľky (bez ohľadu na skutočne nameraný svetelný tok). Za život žiarovky možno štandardne dosadiť 1 000 h. Pre cenu elektrickej energie bola dosadená najfrekventovanejšia a najbežnejšia tarifa pre domácnosti D2 (v súčasnosti – cenová hladina 5/2004 je cena 3,85 Sk/kW·h). V sadzbe D1 sú úspory priaznivejšie.

Asi polovica kompaktných žiariviek žiariviek uvádzala ekvivalentný príkon nahrádzanej žiarovky mimo radu vyrábaných príkonov, napr. 45, 55, 65 W a pod., zrejme zo snahy čo najpresnejšie vystihnúť veľkosť svetelného toku žiarivky. V takomto prípade, nakoľko v katalógoch nemožno nájsť, o aký svetelný tok ide, sme použili najbližšiu vyrábanú žiarivku a jej tok prepočítali na neštandardnú žiarivku. Výsledky sú uvedené v tab. 1.

4. Výsledky a diskusia

Kompaktné žiarivky sú označené podľa výrobcu z dôvodu zachovania anonymity písmenami veľkej abecedy A až AD. Skúšané žiarivky možno rozdeliť do troch kvalitatívnych skupín:

tzv. značkové, vyrábané najväčšími tradičnými výrobcami svetelných zdrojov (A až D),
menej známe značky, ktorých výrobky sa vyznačujú parametrami obdobných kvalít, ako ponúkajú tradiční výrobcovia (E až R),
kompaktné žiarivky neznámych alebo menej známych značiek, ktoré svojimi vlastnosťami zaostávajú za predchádzajúcimi kategóriami (S až AD).

Kritériom rozdelenia bol zvolený nameraný merný výkon h (lm/W), pričom do druhej kategórie boli zaradené žiarivky s merným výkonom v rozsahu 50 až 60 lm/W, ostatné žiarivky patria do tretej kategórie.

4.1 Svetelný tok a merný výkon
Merný výkon je ukazovateľom účinnosti svetelného zdroja, okrem iného je tiež funkciou príkonu. V tab. 2 sú uvedené hodnoty nameraného merného výkonu, vybrané závislosti prezentuje obr. 1.

Z tabuľky je zrejmé, že väčšina kompaktných žiariviek má merný výkon väčší ako 50 lm/W, tieto zdroje sú teda asi päťkrát účinnejšie ako žiarovky. Vo viacerých prípadoch sa dosahuje merný výkon aj nad 60 lm/W. Naopak kompaktné žiarivky tretej kategórie dosahujú merný výkon v priemere okolo 30 lm/W. To je teda polovica oproti kvalitnejším kompaktným žiarivkám. Najhoršie dopadli KŽ značky F, ktoré majú merný výkon iba 16 lm/W. Kompaktné žiarivky príkonu 3 a 5 W nemožno týmto spôsobom porovnávať, pretože ide o svetelné zdroje na dekoračné, a nie na osvetľovacie účely.

Závislosť merného výkonu od príkonu zdroja sa pri priemerných hodnotách takmer neprejavuje. Ale ani v jednotlivých prípadoch táto závislosť nie je zrejmá.

Ohľadom svetelného toku nás tiež zaujímalo porovnanie nameraných hodnôt s menovitými hodnotami udávanými na škatuľke. Výsledky sú uvedené v tab. 3 ako percentuálne vyjadrenie nameranej hodnoty z menovitej. Avšak vzhľadom na obmedzený priestor boli do tabuľky vybrané len najpočetnejšie príkonové kategórie. V tejto tabuľke sú tiež uvedené výsledky verifikácie svetelného toku udávanej ekvivalentnej žiarovky.

Tab. 2. Prehľad merných výkonov kompaktných žiariviek

Typ žiarivky	Príkon (W)
	3	5	7	9	11	13	15	16	17	18	20	21	23	24	25	27
	Merný výkon (lm/W)
A						55,7		52,6
B				54,7	54,4		63,7				58,5
C	17,8	21,7	59,1	54,3	52,7		63,7				66,4		68
E			58,7		53,5	61,6			54,2			52,9
F			66,7		55,4	60				16	59,3
G			47,7	51,8	54,8	51,4	52			55,6
H					61,5						52,9
I						49,6		56,5
J							52,6
K				53,1	52,6		49,8				55,7
L						58,6
M				55,6	39,1		56,2				52					52,8
N							56,7
O					55,5
P					46,8								55,9
Q						51,4			57,3			52
R			54,2	55,6	60,8		65,6				61,8
S					34	31,5					24,1				24,6
T							45,7
U											37
V					39,1						34,1		36,6
W					48,9
X														35,2
Y				49		44,8
Z					31,4		32,2							30,5
AA				35,1	30,1					32,7
AB				37,9	55,6					42,3
AC					43,7	49,7				49,9	47,3			57,1
AD				31,6	31,4		30,6							29,9
priem 1	17,8	21,7	59,1	54,5	53,6	55,7	63,7	52,6			62,5		68
priem 2			56,8	54	53,3	55,4	55,5	56,5	55,8	35,8	56,3	52,5	55,9			52,8
priem 3				38,4	39,3	42	36,2			41,6	35,6		36,6	38,2	24,6

Tab. 3. Nameraný svetelný tok v percentách menovitého svetelného toku a v percentách toku ekvivalentnej žiarovky

Typ	Príkon žiarivky (W)								Príkon žiarivky (W)
	7	9	11	13	15	18	20	24	7	9	11	13	15	18	20	24
	Svetelný tok nameraný/nominálný (%)								Svetelný tok nameraný/tok ekvivalentnej žiarovky (%)
A				93,6								87,8
B		100,5	99,8		106,1		101,8			114,5	82		99,5		84,9
C	118,2	99,8	92,1		106,1		110,6		188	113,7	107,1		99,5		96,2
E	108,2			108,2					95,6			109,7
F									124,6		91	98,8		23,7	85,9
G	98,3	97,1	98,8	87,9		88,5			89,1	96,1	89,9	84,5	81,1	80,7
H			123				88,1				92,7				76,6
J													82,2
K		106,1	105,1		99,6		101,3			111,1	79,2		98,6		80,7
L								67,8								44,2
M		96,2	71,7		93,7		79,1			103,1	59		87,8		75,4
O			101,7								83,6
P			85,8								70,5
Q				85,6								91,5
R	90,4		94,1				117,8		88,3	103,3	91,7		102,4		89,6
S			61,7	63			43,8				51,2	45,5			35,7
T													71,4
U															53,6
V			71,7				62				59				50,7
W											73,7
X																51
Y		95,8								100,1
Z			76,7		71,6			67,8			47,3		44,3			44,2
AA		114,7	100,3			98,3
AB			101,9							70,3	83,7			61,4
AC			87,3	99,4		89,8	86,1	122,3			71,7	81,8		72,4	68,6
AD		70,2	76,8		68,1			66,5		58,6	47,4		42,1			43,3

Z tab. 3 vyplýva, že kompaktné žiarivky prvej kategórie sú vo veľmi dobrej zhode s udávaným svetelným tokom a v podstate je dobre vystihnutá aj ekvivalencia so žiarovkami. Zaujímavým zistením je, že pre kompaktné žiarivky B boli spolu s príkonom nahrádzanej žiarovky uvádzané aj príslušné svetelné toky týchto žiaroviek, avšak vo svojom katalógu mal výrobca pre tieto žiarovky nezanedbateľne vyššie hodnoty. Teda z tohto pohľadu boli kompaktné žiarivky zámerne nadhodnotené.

V druhej a tretej kategórii sú problémom najmä porovnania so žiarovkou. Z tabuľky je zrejmé, že vo väčšine prípadov sa skutočný svetelný tok blíži menovite udávanému, avšak kompaktné žiarivky sú prehodnotené z pohľadu nahrádzaných žiaroviek. Rekordérom sú kompaktné žiarivky S, ktoré svietia na polovicu udávaného toku alebo ekvivalentnej žiarovky.

K tab. 2 a tab. 3 je ešte potrebné poznamenať, že niektorí výrobcovia ponúkajú širšiu škálu kompaktných žiariviek pre najrozličnejšie aplikácie. Okrem klasických trubicových žiariviek sú to žiarivky s difúznym krytom a pod. Aj keď takéto zdroje musia mať menší svetelný tok, výrobca pre ne uvádza nadhodnotené parametre. V uvedených tabuľkách tieto typy nie sú zvlášť vyznačené.

4.2 Náhradná teplota chromatickosti a spektrum
Väčšina výrobcov udáva náhradnú teplotu chromatickosti svojich žiariviek 2 700 K, ako svetlo teplobiele, blízke svetlu žiarovky. Iné hodnoty sa na škatuľkách posudzovaných kompaktných žiariviek nevyskytli, teda ostatní výrobcovia neuvádzali žiadnu hodnotu teploty chromatickosti. Meraním bolo zistené, že takmer žiaden z meraných zdrojov nespĺňa menovité hodnoty. Väčšina hodnôt sa pohybuje v okolí 3 000 K, nezriedka sú však tieto hodnoty aj vyššie. Vybrané namerané hodnoty sú prezentované v tab. 4, a to pre tie zdroje, ktoré uvádzali hodnotu 2 700 K ako menovitú.

O náhradnej teplote chromatickosti možno nepriamo usudzovať aj zo spektra žiarenia kompaktných žiariviek. Za všetky namerané zdroje je na obr. 2 uvedený príklad jedného zdroja. Spektrá ostatných zdrojov sa líšia od uvedeného len neveľmi, väčšinou v oblasti okolo 600 nm, popr. býva väčšia špička v modrej oblasti spektra (porovnateľná s dvomi špičkami na obr. 2).

Tab. 4. Namerané hodnoty náhradnej teploty chromatickosti T_cp (K)

Typ	Príkon (W)
Typ	3	5	7	9	11	13	15	16	17	18	20	21	23	24	25	27
B				2780	3050		2880				3130
F			2770		3000	2940					3050
G			3170	3030	3030	3030	3050			3030	3470
I					2990			2900
K				3030	3030		3030				3350
M				2950	3060		2830				3030					3050
P					2970								3060
Q									2930
R					2950						3000
V					3480						3440		3550
W					2990
Y				2890	3100

Tab. 5. Namerané hodnoty prúdu v percentách menovitého prúdu

Typ	Príkon (W)
	3	5	7	9	11	13	15	16	17	18	20	21	23	24	25	27
	Nameraný/menovitý prúd (%)
A						168,3		120,7
B				81,3	97,9		110,8				195,4
F			70,3		65,8	66,5				245	140,6
G			112,6	49,1	51,3	59,9				129,3
H					200,3						327
I					129,1			138,5
J							114,1
K				62,4	142,5		82,4				123,4
L						51,5
O					121,6
P					226,8						Sdílet: Facebook Twitter LinkedIn Kontakt Napište nám Odběr novinek © 2014 - 2024 - FCC Public s. r. o. Created & designed by Residit s.r.o.