Cz 1. Rodzaje oświetlenia a zużycie energii.

Od cza­su pierw­szej żarów­ki, doszło do powsta­nia wie­lu róż­nych form świa­tła opar­te­go na ener­gii elek­trycz­nej.
Korzy­sta­jąc ze świa­tła pła­ci­my za prąd, więc nie powin­no być nam obo­jęt­ne to ile zuży­wa­my prą­du i ile świa­tła zysku­je­my.
Cechą natu­ral­ną każ­de­go urzą­dze­nia jest jego spraw­ność.
Spraw­ność to sto­su­nek ener­gii wyko­rzy­sta­nej do cał­ko­wi­tej ener­gii zuży­wa­nej.
Nie­ste­ty nie moż­li­we jest zgod­nie z pra­wa­mi fizy­ki to aby uda­ło się pozy­skać samo świa­tło za pomo­cą prą­du elek­trycz­ne­go.

Gdy­by tak było, to świat był­by zupeł­nie inny i nie­sa­mo­wi­cie tani.
Jedy­ne co moż­na robić naj­lep­sze­go w tym kie­run­ku to dążyć do mini­ma­li­za­cji strat prą­du.
A tra­ci­my go pod­czas oświe­tla­nia tak samo jak przy każ­dy innym urzą­dze­niu elek­trycz­nym, w posta­ci wydzie­la­ne­go cie­pła.
Cza­sem są to też inne for­my strat.
Przy gor­szej jako­ści oświe­tle­nia i w sta­rych żarów­kach, moż­na usły­szeć nawet szmer wydo­by­wa­ją­cy się z lam­py a ener­gia aku­stycz­na też nie może brać się zni­kąd zgod­nie z zasa­dą zacho­wa­nia ener­gii.
Jed­nak ma to zni­ko­me zna­cze­nie w porów­na­niu do tego jak wie­le wydzie­la się cie­pła w sto­sun­ku do tych sła­bych dźwię­ków.
Dla­cze­go wydzie­la się cie­pło..? Otóż jest to sku­tek prze­pły­wu prą­du. Prąd elek­trycz­ny wyko­rzy­sty­wa­ny w naszych domach to prze­pływ elek­tro­nów wzdłuż prze­wod­ni­ka.
Te uwol­nio­ne elek­tro­ny swo­bod­ne nie poru­sza­ją się w próż­ni ale wewnątrz meta­lo­wych obwo­dów, co powo­du­je ocie­ra­nie i stu­ka­nie tych elek­tro­nów o ato­my meta­lu (naj­czę­ściej mie­dzi)
Przy każ­dym pocie­ra­niu czy stu­ka­niu wydzie­la się cie­pło. Łatwo moż­na to spraw­dzić poprzez pocie­ra­nie rąk czy stu­ak­nie mło­tem o kowa­dło, co szyb­ko pod­no­si tem­pe­ra­tu­rę.

Prze­pływ prą­du

Pierw­sze żarów­ki i te, któ­re wciąż są uży­wa­ne w domach, na pew­no nie moż­na zali­czyć do ener­go­osz­częd­nych.

Nie­wie­le osób sobie zda­je spra­wę z tego jak wie­le one tra­cą ener­gii. Otóż oko­ło 5% ener­gii elek­trycz­nej za któ­rą pła­ci­my idzie na oświe­tle­nie a 95% mar­nu­je się w posta­ci cie­pła.

Taka jest nie­ste­ty zasa­da dzia­ła­nia oświe­tle­nia bazu­ją­ce­go na żarzą­cym się dru­ci­ku. To dzia­ła jak ogni­sko, musi być tak roz­grza­ne, żeby dawać świa­tło.

Cie­pło uwal­nia­ne przez żarów­kę jest tak ogrom­ne, że nie­wie­le mate­ria­łów jest w sta­nie to wytrzy­mać. W tym celu sto­su­je się wol­fram, któ­ry to jest meta­lem o naj­wyż­szej tem­pe­ra­tu­rze top­nie­nia. Dzię­ki temu drut nagrze­wa się do ponad 3000 stop­ni Cel­sju­sza i się nie topi.

żar dru­tu wol­fra­mo­we­go

Pozo­sta­je jed­nak jesz­cze kwe­stia tego, że samo szkło może się sto­pić, dla­te­go każ­da żarów­ka wewnątrz jest próż­nio­wa. To unie­moż­li­wia prze­wo­dze­nie cie­pła przez mate­rię. Nie nagrze­wa się powie­trze, któ­re potem nagrza­ło by szkło. Jedy­na dro­ga jaką cie­pło może się prze­miesz­czać to pro­mie­nio­wa­nie ciepl­ne w próż­ni.

Dużo cza­su minę­ło do momen­tu, kie­dy ludzie zaczę­li szu­kać lep­szych roz­wią­zań i bar­dziej oszczęd­nych. Bo jak uni­kać strat w posta­ci cie­pła, sko­ro jedy­na wte­dy tech­ni­ka pole­ga­ła na roz­grze­wa­niu do tak wyso­kiej tem­pe­ra­tu­ry aby doszło do pro­mie­nio­wa­nia tak moc­ne­go, że dla oka ludz­kie­go jest widzial­ne jako świa­tło.

Roz­wój prze­my­słu oświe­tle­nio­we­go nie szedł w kie­run­ku oszczę­dza­nia. Za to wymy­śla­no coraz to moc­niej­sze źró­dła świa­tła do celów oświe­tla­nia więk­szych powierzch­ni.

Lam­py halo­ge­no­we, dużej mocy, są w sta­nie oświe­tlić bar­dzo dużą prze­strzeń za pomo­cą bar­dzo moc­ne­go i jasne­go świa­tła. Ale tu cie­pła wydzie­la się jesz­cze wię­cej, toteż takie lam­py czę­sto wyko­rzy­sty­wa­ne są w zimie do pra­cy, gdyż nie tyl­ko oświe­tla­ją ale i mogą ogrze­wać zmar­z­nię­tych ludzi nawet z odle­gło­ści kil­ku metrów.

Lam­pa halo­ge­no­wa dużej mocy

Nowo­cze­sna lam­pa halo­ge­no­wa

Czym się róż­ni taka halo­ge­nów­ka od zwy­kłej żarów­ki?

Cze­mu świe­ci tak jasno i cze­mu wydzie­la aż tyle cie­pła?

Powo­dów jest kil­ka:

• Nie ma tutaj próż­ni a zamiast tego wypeł­nia się prze­strzeń gazem szla­chet­nym (Hel, neon, kse­non, argon), któ­re to nie reagu­ją z żad­ny­mi pier­wiast­ka­mi, więc nie ma oba­wy o zapłon.
• Jed­no­cze­śnie te gazy szla­chet­ne zmie­sza­ne są z jakimś pier­wiast­kiem z gru­py flu­orow­ców, któ­re są flu­ore­scen­cyj­ne. Dzię­ki temu nie tyl­ko świe­ci żarzą­cy się wol­fram ale rów­nież pobu­dzo­ny ener­gią gaz.
• Ostat­ni powód to sama kon­struk­cja takiej lam­py. W przy­pad­ku zwy­kłej lam­py z tra­dy­cyj­ną żarów­ką, świa­tło roz­pra­sza się na wszyst­kie stro­ny a w przy­pad­ku halo­ge­nów­ki skon­cen­tro­wa­ne jest w jed­ną stro­nę. Wszyst­kie pro­mie­nie, któ­re lecą w inne stro­ny, zosta­ją odbi­te od powierzch­ni lustrza­nej a to wszyst­ko razem daje bar­dzo duże wzmoc­nie­nie

To wszyst­ko spra­wia, że jasność tych lamp nale­ży do naj­więk­szych. Wyno­si oko­ło osiem­na­stu lume­nów na metr kwa­dra­to­wy.

To te lam­py z jupi­te­rów oświe­tla­ją całe sta­dio­ny. Te lam­py wyko­rzy­sty­wa­ne są przez woj­sko czy latar­nie mor­skie i takie lam­py mon­to­wa­ne są na pojaz­dach tere­no­wych.

War­to wie­dzieć, że halo­gen ozna­cza gaz, któ­rym jest wypeł­nio­na lam­pa halo­ge­no­wa, pod­czas gdy potocz­nie halo­gen ozna­cza całą lam­pę halo­ge­no­wą.

War­te uwa­gi i komen­ta­rza są jesz­cze inne lam­py, któ­re pole­ga­ją na akty­wo­wa­niu ener­gii w gazach szla­chet­nych.

Są to popu­lar­ne świa­tła, któ­re oświe­tla­ją nam: dwor­ce, szko­ły, gabi­ne­ty i róż­ne więk­sze pomiesz­cze­nia a tak­że two­rzą świetl­ne rekla­my.

Są to lam­py wyła­dow­cze, potocz­nie zwa­ne też jarze­niów­ka­mi lub świe­tlów­ka­mi. Mają tę zale­tę, że dają dość dużo świa­tła i nie nagrze­wa­ją się tak ja tra­dy­cyj­ne żarów­ki ani halo­ge­nów­ki.

Jed­nak jak wszyst­ko inne musi mieć to swo­je wady.

Otóż tutaj świa­tło powsta­je na zasa­dzie wyła­do­wań w gazach, któ­ry­mi są wypeł­nio­ne.

Każ­da taka lam­pa posia­da dwie elek­tro­dy a róż­ni­ca poten­cja­łów pomię­dzy ano­dą i kato­dą powo­du­je elek­try­zo­wa­nie i wzbu­dza­nie się ato­mów tych lamp.

Lam­py jarze­nio­we wypeł­nio­ne są gazem szla­chet­nym takim jak argon ale z domiesz­ką cie­kłe­go meta­lu, jakim jest rtęć. Ina­czej się nie da, gdyż metal jest nie­zbęd­ny do pro­ce­su jarze­nia a zna­ny jest tyl­ko jeden metal, któ­ry przy naszych tem­pe­ra­tu­rach jest cie­czą paru­ją­cą. Więc też jedy­ny metal, któ­ry moż­na mieć w posta­ci gazu.

To jed­nak nie­sie za sobą poważ­ny pro­blem natu­ry eko­lo­gicz­nej, gdyż pier­wiast­ki tak cięż­kie jak rtęć są zara­zem bar­dzo szko­dli­we dla zdro­wia.

Nale­żą jed­nak one do lamp ener­go­osz­częd­nych, dla­te­go wła­śnie tak wyko­rzy­sty­wa­ne są na dwor­cach czy w przej­ściach pod­ziem­nych, gdzie mają świe­cić godzi­na­mi, przez cały rok a wymia­ny doko­nu­je się raz na kil­ka mie­się­cy dłu­giej pra­cy.

War­to też wie­dzieć w przy­pad­ku takich lamp, że nie two­rzą one wca­le świa­tła bia­łe­go, któ­re widzi­my. Wyła­do­wa­nie w argo­nie daje świa­tło mono­chro­ma­tycz­ne (jed­no­barw­ne) o dłu­go­ści fali odpo­wia­da­ją­cej fio­le­to­wi i ultra­fio­le­to­wi (UV) a efekt świe­ce­nia na bia­ło uzy­sku­je się wsku­tek przej­ścia przez lumi­no­for.

Dla­te­go w przy­pad­ku takich żaró­wek nie widzi­my nigdy tego co jest w środ­ku a co jest moż­li­we w przy­pad­ku zwy­kłych żaró­wek.

Jasna war­stwa pokry­wa­ją­ca szkło to wła­śnie lumi­no­for, któ­ry zamie­nia świa­tło fio­le­to­we, ultra­fio­le­to­we i nie­bie­skie na kolor bia­ły.

Nowo­cze­sne świe­tlów­ki pokry­te jasnym lumi­no­fo­rem

Mie­sza­jąc bar­wy moż­na uzy­skać nowe kolo­ry. Mie­szan­ka wszyst­kich kolo­rów daje kolor bia­ły. Ale nie trze­ba korzy­stać z całej pale­ty barw tęczy, tyl­ko wystar­czą 3 pod­sta­wo­we kolo­ry. Dwa skraj­ne dla oka ludz­kie­go: czer­wo­ny i fio­le­to­wy, oraz jeden pośrod­ku tęczo­wej gamy — kolor zie­lo­ny. To samo co dziś wyko­rzy­stu­je się w tele­wi­zo­rach i moni­to­rach, czy­li tech­ni­ka RGB (red gre­en blue). Każ­dy poje­dyn­czy pik­sel na ekra­nie ma moż­li­wość świe­ce­nia tyl­ko w tych trzech bar­wach. Jed­nak każ­da z tych barw może przy­jąć tysią­ce moż­li­wych natę­żeń a ste­ro­wa­nie elek­tro­nicz­ne potra­fi wytwo­rzyć z tego dla oka ludz­kie­go tysią­ce roz­po­zna­wal­nych barw.

Efek­ty nakła­da­nia się trzech pod­sta­wo­wych barw w sys­te­mie RGB

Nato­miast jeśli w tego typu lam­pach zastą­pi się argon neo­nem, to uzy­sku­je­my świe­cą­ce w innych kolo­rach lam­py neo­no­we, tzw neo­nów­ki. Taka typo­wa neo­nów­ka naj­le­piej nada­je się na świa­tło rekla­mo­we i do tego przede wszyst­kim słu­ży.

Współ­cze­sna rekla­ma z lamp neo­no­wych

Cze­mu zatem wie­dząc jak duża jest oszczęd­ność współ­cze­snych lamp jarze­nio­wych, nie wyko­rzy­stu­je­my takich świe­tló­wek w naszych domach?

Otóż był nawet taki pro­jekt Unii Euro­pej­skiej aby wyco­fać z ryn­ku wszyst­kie sta­re żarów­ki i aby od pew­ne­go momen­tu poja­wi­ły się tyl­ko i wyłącz­nie świe­tlów­ki ener­go­osz­częd­ne.

No cóż, współ­cze­sny świat opar­ty na pie­nią­dzu ma to do sie­bie, że każ­dy szla­chet­ny cel od razu jest wyko­rzy­sty­wa­ny w celu zysków i opie­ra się na kłam­stwie w celu two­rze­nia pra­wa wspie­ra­ją­ce­go naj­więk­sze kor­po­ra­cje.

Chy­ba może­my się cie­szyć, że do takiej rewo­lu­cji jesz­cze nie doszło i zosta­ło to tro­chę wstrzy­ma­ne. Pro­blem pole­gał na tym, że usta­wa naj­praw­do­po­dob­niej opie­ra­ła się na wiel­kiej korup­cji ze stro­ny naj­więk­szych pro­du­cen­tów żaró­wek na świe­cie czy­li Phi­lips i Osram.

Nie uwzględ­nio­no wie­lu fak­tów.

• Pierw­szy z nich. Czy jeśli żarów­ka zuży­wa dzie­sięć razy mniej ener­gii ale kosz­tu­je dwa­dzie­ścia razy wię­cej pie­nię­dzy, to jaka wte­dy jest oszczęd­ność…? Oczy­wi­ście to zale­ży wte­dy od cza­su eks­plo­ata­cji takiej żaró­wecz­ki.
• Dru­gi powód, co jeśli będą same świe­tlów­ki, wypeł­nio­ne rtę­cią a ludzie nie będą ich skła­do­wa­li w odpo­wied­ni spo­sób i doj­dzie za ileś lat do ogrom­nej kata­stro­fy eko­lo­gicz­nej. Rtęć w każ­dym domu i  w każ­dej szko­le, rtęć na każ­dym podwór­ku i bar­dzo dużo rtę­ci  na wysy­pi­skach, prze­ni­ka­ją­cej do gle­by i wód grun­to­wych. Chy­ba w celu prze­ży­cia pozo­sta­ła by nam już tyl­ko uciecz­ka do miejsc gdzie cywi­li­za­cja nie docie­ra, takich jak sybe­ria. No ale po tylu zsył­kach na Sybe­rię jak byśmy mie­li tam ucie­kać z wła­snej woli, to dopie­ro był­by zadzi­wia­ją­cy kaprys histo­rycz­ny.

Na szczę­ście to jesz­cze nie koniec współ­cze­snych tech­no­lo­gii oświe­tle­nio­wych. Furo­rę robią teraz lam­py opar­te na dio­dach świe­cą­cych, czy­li LED — Ligh­ting Emit­ting Dio­de, czy­li dio­dy emi­tu­ją­ce świa­tło.

Te oka­zu­ją się być naj­lep­sze ze wszyst­kich. Opar­te na tech­no­lo­gii, któ­ra wca­le z zało­że­nia nie mia­ła temu słu­żyć. Zaczę­ło się od diód jako czę­ści obwo­dów elek­tro­nicz­nych, któ­re mia­ły prze­pusz­czać prąd w jed­ną stro­nę i blo­ko­wać w dru­gą, jako pro­sty prze­łącz­nik i ele­ment ste­ru­ją­cy.

Następ­nie zaczę­to wyko­rzy­sty­wać pół­prze­wod­ni­ki w elek­tro­ni­ce a przy tym odkry­to ich wła­ści­wo­ści kwan­to­we, któ­re umoż­li­wia­ły wydzie­la­nie świa­tła.

Jako takie malut­kie lamp­ki posłu­ży­ły one przede wszyst­kim do sygna­li­za­cji. Świe­cą nam dio­dy na kom­pu­te­rze oznaj­mia­jąc co dzia­ła a co nie.

dio­dy świe­cą­ce LED

Czer­wo­ne dio­dy oznaj­mu­ją­ce, że coś jest nie tak i zie­lo­ne, któ­re wska­zu­ją, że wszyst­ko jest ok — taki był ich jedy­ny cel.

Ale szyb­ko się prze­ko­na­no, że tak uzy­ski­wa­ne świa­tło jest znacz­nie tań­sze i niż tra­dy­cyj­ne.

Pro­blem w tym był, że dio­dy świe­cą kon­kret­nym kolo­rem a nie na bia­ło. Kolor z kolei zale­ży od mate­ria­łu wyko­rzy­sta­ne­go: albo krzem albo ger­man albo też arse­nek galu. W dodat­ku dio­dy są tak malut­kie, że na pew­no nie zastą­pią dużych żaró­wek.

Trwa­ło to tro­chę cza­su zanim doszło do bia­łe­go oświe­tle­nia za pomo­cą tej tech­no­lo­gii. Trwa­ło wcze­śniej nie­zmier­nie dłu­go zanim uda­ło się uzy­skać nie­bie­ski kolor tą meto­dą i było to zale­d­wie kil­ka lat temu, gdy poja­wi­ły się pierw­sze napę­dy optycz­ne ste­ro­wa­ne lase­rem — blue ray.

Dopie­ro kolor nie­bie­ski w połą­cze­niu z lumi­no­fo­rem daje moż­li­wość uzy­ska­nia świa­tła bia­łe­go, któ­re przy współ­cze­snym postę­pie tech­no­lo­gicz­nym spo­wo­do­wa­ło, że cud tech­ni­ki sprzed kil­ku lat jest już powszech­ny w wie­lu domach na całym świe­cie.

Tego typu lam­py skła­da­ją się z wie­lu małych dio­dek świe­cą­cych razem. Ale nawet set­ki diod świe­cą­cych nie zuży­wa­ją tyle prą­du co jed­na zwy­kła żarów­ka.

żarów­ka LED-owa z widocz­ny­mi mały­mi dio­da­mi

Odwołania:

Sprawność energetyczna — wikipedia