|
2.1 Izzólámpák Az izzólámpák Edison találmánya óta hatalmas technikai fejlődésen mentek keresztül, alapelvük azonban változatlan maradt: a villamos áram hőhatása által felmelegített izzószál bocsátja ki a látható sugárzást. Az izzó volfrámszál hőmérséklete 2800 K körül van, tehát az izzólámpák meleg színű fényforrások, és mivel az izzószál a gyakorlatban fekete testnek tekinthető, színvisszaadásuk is ideális. A nagy sorozatú tömeggyártás miatt igen olcsón állíthatók elő és tekintve, hogy működtetésükhöz nem szükségesek segédberendezések, az izzólámpás lámpatestek is igen egyszerű felépítésűek. A sok előny mellett a hátrányokról sem szabad elfeledkezni: az izzólámpák a villamos energiát igen rossz hatásfokkal alakítják át fénnyé, a felvett teljesítmény legnagyobb része hővé alakul. A mai normál izzólámpák fényhasznosítása mindössze 6 - 19 lm/W körüli értékű (emlékezzünk: az elméleti maximum 680 lm/W!). A magas hőmérsékleten izzó volfrámszál kristályszerkezete idővel átalakul, az izzószál helyenként elvékonyodik és törékennyé válik. Leginkább ez a jelenség okozza az izzólámpák kiégését. Az átlagosan 1000 óra élettartamú izzólámpák viszonylag sűrű cserére szorulnak, ami az izzólámpákkal világított épületek üzemeltetési költségeit növeli. Az általános célú izzólámpáknak a különféle igények kielégítésére számos változata alakult ki, a különböző buraváltozatok a nagy fénysűrűségű izzószálra való közvetlen rálátást megakadályozó opálbevonattal vagy homályosítással készülnek, illetve a fény irányítása érdekében tükörbevonattal vannak ellátva. Az általános célú izzólámpák leggyakoribb burakiviteleit a 2.1. ábrán mutatjuk be.
2.1. ábra Általános
célú izzólámpák burakivitelei
A halogénlámpák nagy családját a működési feszültségük alapján két fő csoportra oszthatjuk: a 230 V-os hálózati feszültségről közvetlenül csak a nagyobb teljesítményű lámpák működtethetők. Az épületvilágítások leginkább elterjedt típusai az általában 300 vagy 500 W teljesítményű, alakja után ceruzalámpáknak nevezett fényforrások. A hozzájuk tartozó belsőtéri lámpatestek a fényforrás erős fénye miatt általában indirekt módon világítanak, fény elsősorban a mennyezetre vagy a falra irányul. Fontos tartozéka az ilyen lámpatesteknek az a biztonsági üveglap, amely a környezetet védi a halogénlámpa esetleges szétrobbanásakor szétrepülő üvegcserepek káros hatása ellen. Ez a jelenség a lámpa buráján belüli gáztér nyomásával függ össze. Védőüveg nélkül, vagy sérült üveggel ezeket a lámpákat nem szabad működtetni. A kisebb, 20 - 50 W teljesítményű halogénlámpák nem alkalmasak közvetlenül a hálózati feszültségről történő működésre. Ezeknek a lámpáknak az üzemeltetéséhez törpefeszültség, általában 12 V szükséges, amelyet vasmagos vagy elektronikus transzformátorral állítanak elő. A biztonsági törpefeszültség használata miatt elfogadott az olyan lámpatest konstrukció is, ahol a lámpák szigeteletlen tartószerkezeten keresztül kapják a feszültséget. A kis feszültségnek azonban más veszélye van, a szükséges teljesítmény eléréséhez ugyanis igen nagy áramok szükségesek. A nagy áram nagy vezeték-keresztmetszetet igényel, azért, hogy a vezetéken a feszültségesés még elfogadható értékű maradjon. Fokozott figyelmet kell fordítani arra, hogy a vezetékcsatlakozások kellően kis ellenállásúak legyenek, mert a rossz kontaktusok az átfolyó nagy áram hatására túlmelegedhetnek és tűzveszélyt jelenthetnek. A lámpa kisebb térfogata miatt a törpefeszültségű halogénlámpák lényegesen kevésbé hajlamosak a szétrobbanásra, ezért ezek a lámpák védőüveg nélkül is használhatók. Várható azonban, hogy a védőüveg használata itt is előbb-utóbb általánossá válik. A belsőtéri, főleg helyi vagy dekoratív világításra használt törpefeszültségű halogénlámpák közül a szabadon sugárzó típusokhoz megfelelő optikai rendszert tartalmazó lámpatest használata szükséges. A tükrös halogénlámpák esetében a fényforrást összeépítik egy optikailag tervezett tükörrel. A tükrös halogénlámpák ezért a fényt egy adott irányba sugározzák ki. Az ilyen lámpák fontos jellemzője a fél- vagy tizedértékszög. A lámpák katalógusadatai között szereplő érték azt a szögtartományt adja meg, amelyen belül a fényerősség meghaladja az optikai tengelyben mérhető legnagyobb érték felét (tizedét). Mivel a lámpa fényárama adott, a kisebb szögtartományban sugárzó tükör esetén a tengelyben mérhető fényerősség többszöröse lehet a szélesebb tartományban sugárzó típusokénál. Lámpacsere esetén ezért a teljesítményen kívül a megfelelő sugárzási szögre is ügyelni kell. A halogénlámpák tükre a legtöbb esetben ún. hidegtükör. A tükör üvegére felvitt optikai rétegek olyan tulajdonságúak, hogy a látható fényt a szabályos, tükröző visszaverés törvényei szerint visszaverik, de a nagyobb hullámhosszú hősugarakat áteresztik. Ennek eredménye az, hogy a nagy intenzitású fénynyaláb tengelyében sem jelentkezik túlzott hőhatás.
A fénycsövek olyan higanygőz-argongáz keverékével töltött, fényporbevonattal ellátott, két végén elektródokat tartalmazó kisülőcsövek, amelyekben a villamos kisülést használják fel fénykeltésre. Az elektródok közötti kisülőtérben az elektronok mozgásuk közben a higanyatomoknak ütköznek és gerjesztik őket. A higanyatomok az ütközés során felvett energia zömét ultraibolya sugárzás formájában adják le. Ezt az ultraibolya sugárzást a fénycső belső falára felvitt fényporréteg alakítja át látható fénnyé. A villamos kisülés megindításához az elektródokat elő kell fűteni ahhoz, hogy elektronokat bocsássanak ki. A működő fénycső esetén a kisülés már nem engedi kihűlni az elektródokat, így a működés folyamatossá válik. Ahhoz, hogy a kisülés létrejöjjön, egy nagyobb feszültséglökést kell az elektródok közé kapcsolni. Ha a kisülés megindult, a lámpa áramát korlátozni kell. Áramkorlátozás nélkül ugyanis a kisülőcsőben folyó áram minden határon túl egyre nőne, és ez áramnövekedés csak a fénycső tönkremenetelével érne véget. Ezeket a bonyolult fizikai folyamatokat viszonylag egyszerű eszközökkel tudjuk szabályozni: a fénycső működéséhez általában előtét és gyújtó szükséges. A fénycső begyújtását és működését a 2.2. ábra alapján követhetjük nyomon.
2.2. ábra - A fénycső
alapkapcsolása
A viszonylag egyszerű működtető szerelvényekkel együtt járó kompromisszumok miatt a hagyományos fénycsöves világítás sokakban ellenérzést vált ki. A parázsfénykisüléses elven működő fénycsőgyújtók csak több-kevesebb próbálkozás után tudják a lámpát begyújtani, ami bekapcsoláskor felvillanásokkal jár. Az élettartamának végén lévő gyújtó vagy fénycső állandóan, sikertelenül próbálkozik a gyújtással, aminek eredménye a fénycsövek "pislogása". Olyan helyen, ahol a karbantartás, az azonnali gyújtó- és fénycsőcsere nem oldható meg, ez a jelenség napokig is idegesítheti a helyiségben tartózkodókat. A már begyújtott és rendeltetésszerűen működő fénycső fénye is vibrál, ezt a jelenséget az 50 Hz-es hálózati feszültség okozza. Hálózati periódusonként a cső ugyan kétszer gyullad ki és alszik el, és ebből 100 Hz frekvenciájú villogás következne, amit az emberi szem már nem érzékel. A fénycső két végén, az elektródák közelében azonban (az anód és katód szerepének félperiódusonkénti megcserélődése következtében) ez a villogás már megegyezik a hálózati váltakozó áram 50 Hz-es frekvenciájával, ami az arra érzékeny személyek esetében kellemetlen közérzetet, fáradékonyságot okozhat. A megoldást az utóbbi időben egyre inkább terjedő elektronikus előtétek használata jelenti. Az ilyen előtétek a csövet azonnal és kíméletes módon gyújtják be, ami a fénycsövek élettartamának megnövekedésével is jár. A lámpa a hálózati frekvencia helyett kb. 30 kHz frekvencián működik, gyakorlatilag teljesen villogásmentesen. Ilyen frekvencián a fénycső energetikai hatásfoka is javul, azonos teljesítmény mellett 5-10%-kal nagyobb fényáramot ad le, illetve azonos fényáram esetén ennyivel kevesebb teljesítmény szükséges a lámpa működtetéséhez. Az elektronikus előtétek saját vesztesége is csak tört része az induktív előtétekének, ezért az elektronikus előtétek többletköltsége az energiamegtakarításból előbb-utóbb megtérül. Elektronikus előtétek segítségével a fénycsövek fényáramszabályzása (dimmelése) is könnyen megoldható. Az elektronikus előtétek egyre nagyobb arányú elterjedésével együtt a ma még viszonylag magas áruk is várhatóan csökkenni fog. A hagyományos, egyenes fénycsövek leggyakoribb típusainak műszaki adatait a 2.1. táblázatban foglaltuk össze. Talán nem érdektelen megemlíteni, hogy a fénycsövek (és minden más kisülőlámpa) működésénél nem a feszültség, hanem a lámpa árama az irányadó érték, amit az előtét határoz meg, ezért értelmetlen "220 V-os" fénycsőről beszélni. A korábban általánosan használt 38 mm átmérőjű 20, 40, 65 W-os fénycsövek ma már elavultnak tekinthetők. Helyükre minden további nélkül betehetők a 2.1 táblázat szerinti 26 mm-es fénycsövek, amelyek fényárama, hossza és a hozzájuk szükséges előtét típusa megegyezik a régebbi vastagabb fénycsövekével, de teljesítményfelvételük 10 %-kal kisebb.
2.1. táblázat - A legelterjedtebb fénycsövek műszaki adatai A fénycsövek fényárama az alkalmazott fénypor tulajdonságaitól függ, ezért a pontos értékek tekintetében a gyártmánykatalógusokra utalunk. Legkorszerűbbek az ún. háromsávos fényporral készült fénycsövek, amelyek energiafelhasználása és színvisszaadása is kedvezőbb. Az egyenes fénycsövek hosszú méretei számos alkalmazás esetén kizárják azok használatát. Ezt a hátrányt a kompakt fénycsövek megjelenése szüntette meg. Az ötlet egyszerű: a hosszú üvegcsövet "hajtogassuk össze" minél kisebbre. Az egyszerű ötlet megvalósítása természetesen számos technikai nehézséggel járt, de mára már rendkívül nagy számban léteznek kompakt fénycsövek, amelyekkel ez az energiatakarékos világítási mód gyakorlatilag már bárhol megvalósítható. A kompakt fénycsövek egyes típusainál a működtető elektronikát beépítik a lámpa fejrészébe, így ezek a lámpák közvetlenül becsavarhatók az izzólámpák menetes foglalataiba. Jelenleg a kompakt fénycsövek jelentik a fényforrások leggyorsabban fejlődő területét. A fejlődés legújabb eredménye az elektróda nélküli fénycső, az úgynevezett indukciós lámpa megjelenése. A kisülést itt nem az elektródákból kilépő elektronok, hanem a kisülőcső belsejében létrehozott nagyfrekvenciás elektromágneses tér hozza létre. Valójában ez a lámpa úgy képzelhető el, mintha egy rádióadó lenne a lámpafejbe beleépítve, amely teljes teljesítményét a kisülőcsőbe sugározza és a lámpa ennek hatására világít. Mivel a fénycsövek kiégését a legtöbb esetben az elektródok tönkremenetele okozza, a lámpák élettartama az elektródák elmaradásával sokszorosára növelhető. Ennek főleg olyan területeken van jelentősége, ahol a lámpák cseréje nem oldható meg egyszerűen.
A nagynyomású kisülőlámpák családjának legrégebbi típusai a higanylámpák. A higanylámpák kisülőcsövében a lámpa üzemi hőmérsékletén több atmoszféra nyomású higanygőz van, a fényt a gerjesztett higanyatomok bocsátják ki. A számottevő ultraibolya sugárzás látható fénnyé való átalakításához itt is fényporra van szükség, amit a kvarcüvegből készült kisülőcsövet körülvevő elliptikus üvegbura belső falára visznek fel. A fénypor és az üvegbura azt is megakadályozza, hogy a szemre káros ultraibolya sugarak kijussanak a lámpából. Ezért, ha a külső üvegbura eltörött, a lámpát nem szabad tovább működtetni. A lámpában lévő higany teljes elpárolgásához, gőzzé alakulásához néhány percre van szükség, a lámpa csak ezután világít teljes fényével. A kikapcsolt lámpa viszont csak akkor gyújtható be újra, he teljesen lehűlt. Ez a jelenség minden nagynyomású lámpánál fennáll, így gyakori ki- bekapcsolás esetén ezek a lámpatípusok nem alkalmazhatók. Higanylámpákat szinte kizárólag csak a régebben létesített közvilágítások esetén használnak, mára már ez a lámpafajta elavultnak tekinthető. Korszerű utódjaik a fémhalogénlámpák, ahol a higanyhoz különböző ritka földfémek halogénvegyületeit adalékolják. Ezek hatására a lámpa fényhasznosítása és színvisszaadása is javul. Épületvilágítási célokra főleg az újabban kifejlesztett, 50 - 150 W közötti teljesítményű változataik alkalmasak, amelyekkel különféle dekoratív, kiemelő világítási feladatok oldhatók meg. A jelenleg legjobb fényhasznosítású lámpák a nátriumlámpák. Míg kisnyomású típusaik a kibocsátott fény monokromatikus, tehát színek nélküli volta miatt épületek világításánál szóba sem jöhetnek, a nagynyomású változataik a közvilágításon kívül épületek homlokzati díszvilágítására is használhatók. A viszonylag rossz színvisszaadású, sárgás fényű nátriumlámpák mellett ma már léteznek javított színvisszaadású változatok is, amelyeket belső terekben is lehet alkalmazni. Felhasználási területük megegyezik a fémhalogénlámpákéval. A közönséges nátriumlámpák sárgás fénye azonban kertek, parkok világítása esetén kerülendő, mert a növényzet zöld színét fakóvá teszi. Ilyen feladatokra inkább fémhalogénlámpát célszerű választani. A legelterjedtebb fényforrásokat a következő képen mutatjuk be:
 
2.3. ábra. A legelterjedtebb
fényforrások
Láttuk az eddigiekben, hogy milyen sokféle lámpa létezik. Ha ehhez hozzávesszük, hogy a különböző gyártók különböző típusjelzéseket adnak a műszaki szempontból azonos fényforrásoknak is, akkor könnyen beláthatjuk, hogy mennyire áttekinthetetlenné válik egy adott lámpafajta pontos meghatározása. Hogy a feladat egy kissé egyszerűsödjön, létrehoztak egy nemzetközi osztályozási rendszert, az ILCOS kódokat. (ILCOS = International Lamp Coding Sytem, Nemzetközi Lámpa Kódrendszer). A rendszer használata napjainkban kezd elterjedni, az ILCOS kódokat a fényforrásgyártók katalógusaiban megtalálhatjuk és a lámpatestek adattábláin is egyre inkább így jelölik az alkalmazható fényforrásokat. A kódok két részből állnak: egy betűsor a lámpa általános leírását, egy számsor pedig a műszaki adatait adja meg. A legfontosabb ILCOS kódok jelentését az alábbiakban ismertetjük. 2.4.1 Izzólámpák: I 2.4.2 Fénycsövek, F 4.4.3 Higanylámpák, Q 4.4.4 Fémhalogénlámpák, M 4.4.5 Nagynyomású nátriumlámpák: S 4.4.6 Halogén izzólámpák: H
[ Kezdőlap | Következő fejezet ] |