有關節能燈壽命和節能效果的研究

林子淵

摘要 研究目的：節能燈開關頻次對使用壽命及節能效果的影響；節能燈與白熾燈發光效率孰高孰低。研究方法：對比實驗法。結論：節能燈發光效率高；節能燈頻繁開關會導致使用壽命降低和節能燈節能效果降低。

關鍵詞 節能燈；白熾燈；使用壽命；發光效率

中圖分類號 TM5 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2016）14-0018-03

如今，節能和環保成為21世紀全世界關注的焦點。在我國，國家每年要投入大量的資金來建造大型發電廠和改造老電廠，每年消耗掉的煤炭以大于10%的速度增長。同時大量的發電機投運，導致二氧化碳排放量急劇上升，使得地球變暖，霧霾天氣增加，人類的居住環境趨于惡劣。為了保護環境，政府在大力推廣應用節能燈，在節能燈的使用中，仍有很多困惑困擾著人們，比如：隨手關燈是好習慣，還是開關太勤？因為它的啟動電流過大，反而費電？節能燈頻繁開關會不會導致使用壽命降低？在相同的時間內節能燈比白熾燈發出光亮要大嗎？

1工作原理

節能燈是利用氣體放電的原理運作，它的術名叫自鎮流熒光燈，除了白色冷光的外，現在還有黃色（暖光）的。一般來說，在同一瓦數之下，一盞節能燈比白熾燈節能80%，平均壽命延長8倍，熱輻射僅20%。非嚴格的情況下，一盞5w的節能燈光照可視為等于25W的白熾燈，7W的節能燈光照約等于40W的，9w的約等于60W的。

節能燈的工作原理：主要是通過鎮流器給燈管燈絲加熱，大約在1160K溫度時，燈絲就開始發射電子（因為在燈絲上涂了一些電子粉），電子碰撞氬原子產生非彈性碰撞，氬原子碰撞后獲得了能量又撞擊汞原子，汞原子在吸收能量后躍遷產生電離，發出253.7nm的紫外線，紫外線激發熒光粉發光，由于熒光燈工作時燈絲的溫度在1160K左右，比白熾燈工作的溫度2200K～2700K低很多，所以它的壽命也大提高，達到5000h以上，由于它不存在白熾燈那樣的電流熱效應，熒光粉的能量轉換效率也很高，達到每瓦50流明以上。

普通的白熾燈的工作原理是當燈接入電路中，電流流過燈絲，電流的熱效應，使白熾燈發出連續的可見光和紅外線，此現象在燈絲溫度升到700K即可覺察，由于工作時的燈絲溫度很高，大部分的能量以紅外輻射的形式浪費掉了，由于燈絲溫度很高，蒸發也很快，所以壽命也大縮短了，大約在1000h。光效大約在每瓦10流明。根據白熾燈和節能燈的光效，及我家現正在使用的10W節能燈的亮度和40W白熾燈的亮度差不多。因此決定選40W白熾燈和lOW節能燈進行對比試驗。

2試驗過程的設計

試驗材料：40W白熾燈（PHILIPS菲利普品牌）1個；lOW節能燈（OSRAM歐司朗品牌）5個；20W日光燈2個DD282型電度表1個；DH48S-S電子定時轉換轉換開關1個；MF-30型萬能表1個；VC890D型數字式萬能表1個；接線圖如圖1所示。

1）節能燈與普通白熾燈的節能效果比較：兩種燈泡的比較正常開啟情況下，萬能表實際讀數如表1所示。

正常使用時兩種燈泡的比較如表2所示。

2）節能燈頻繁開關與長久開啟的節能效果比較：經常開關情況下兩種燈泡的比較如表3所示。節能燈在不同開關頻次的情況下的比較如表4所示。結論：節能燈在正常開啟且長久點亮時節能效果明顯，但如果節能燈頻繁開關，反而浪費電，不起到節能的作用。

3）節能燈開關頻次與壽命比較如表5所示。

3數據計算整理

1）能耗計算根據計算公式：IW/（uT）

式中：

I——電流，A（安培）

U——電壓，V（伏特）

W——耗電量，kw.h（千瓦時）

（1）2種燈正常開啟10h后，根據電度表實測耗電量計算其平均電流：

10W節能燈：I=0.06/220×102.72×10^-5（A）=0.027（mA）

40W白熾燈：I=0.45/220×102.045×10^-4（A）=0.204（mA）

（2）2種燈開通5s，關閉5s時，開啟12h后，根據電度表實測耗電量計算其平均電流：

10W節能燈：I=0.075/220×12÷25.68×10^-5（A）=0.0568（mA）

40W白熾燈：I：0.270/220×12÷22.04×10^-4（A）=0.204（InA）

（3）節能燈開通15s，關閉15s時，開啟29.5h后，根據電度表實測耗電量計算其平均電流：

10W節能燈：I=0.160/220×29.5÷24.93×10^-5（A）=0.0493（mA）

（4）節能燈開通30s，關閉30s時，開啟48h后，根據電度表實測耗電量計算其平均電流：

10W節能燈：I=0.245/220×48÷24.61×10^-5（A）=0.0461（mA）

2）壽命計算分析：根據表5數據，將開關頻次與工作時間對應點在直角坐標系中標出，見圖2。將這些點采用光滑連接后發現，這是一條反比例曲線，根據圖中的對應點可以推導出開關頻次f（次/分鐘）與工作時間t（h）的函數關系式：

t=K/f+C

20.8=K/15+C①

7=K/60+C②

解得：K=276，C=2.4

因此：開關頻次f與工作時間t的函數關系式為：

t=276/f+2.4

按節能燈包裝盒上所述，節能燈的壽命為6000h，按函數關系式可以計算出它允許的開關頻次f。endprint