有關(guān)節(jié)能燈壽命和節(jié)能效果的研究

林子淵

摘要 研究目的：節(jié)能燈開(kāi)關(guān)頻次對(duì)使用壽命及節(jié)能效果的影響；節(jié)能燈與白熾燈發(fā)光效率孰高孰低。研究方法：對(duì)比實(shí)驗(yàn)法。結(jié)論：節(jié)能燈發(fā)光效率高；節(jié)能燈頻繁開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致使用壽命降低和節(jié)能燈節(jié)能效果降低。

關(guān)鍵詞 節(jié)能燈；白熾燈；使用壽命；發(fā)光效率

中圖分類(lèi)號(hào) TM5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2016）14-0018-03

如今，節(jié)能和環(huán)保成為21世紀(jì)全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。在我國(guó)，國(guó)家每年要投入大量的資金來(lái)建造大型發(fā)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(zhǎng)。同時(shí)大量的發(fā)電機(jī)投運(yùn)，導(dǎo)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(lèi)的居住環(huán)境趨于惡劣。為了保護(hù)環(huán)境，政府在大力推廣應(yīng)用節(jié)能燈，在節(jié)能燈的使用中，仍有很多困惑困擾著人們，比如：隨手關(guān)燈是好習(xí)慣，還是開(kāi)關(guān)太勤？因?yàn)樗膯?dòng)電流過(guò)大，反而費(fèi)電？節(jié)能燈頻繁開(kāi)關(guān)會(huì)不會(huì)導(dǎo)致使用壽命降低？在相同的時(shí)間內(nèi)節(jié)能燈比白熾燈發(fā)出光亮要大嗎？

1工作原理

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

節(jié)能燈的工作原理：主要是通過(guò)鎮(zhèn)流器給燈管燈絲加熱，大約在1160K溫度時(shí)，燈絲就開(kāi)始發(fā)射電子（因?yàn)樵跓艚z上涂了一些電子粉），電子碰撞氬原子產(chǎn)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(chǎn)生電離，發(fā)出253.7nm的紫外線，紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光，由于熒光燈工作時(shí)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(dá)到5000h以上，由于它不存在白熾燈那樣的電流熱效應(yīng)，熒光粉的能量轉(zhuǎn)換效率也很高，達(dá)到每瓦50流明以上。

普通的白熾燈的工作原理是當(dāng)燈接入電路中，電流流過(guò)燈絲，電流的熱效應(yīng)，使白熾燈發(fā)出連續(xù)的可見(jiàn)光和紅外線，此現(xiàn)象在燈絲溫度升到700K即可覺(jué)察，由于工作時(shí)的燈絲溫度很高，大部分的能量以紅外輻射的形式浪費(fèi)掉了，由于燈絲溫度很高，蒸發(fā)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(jù)白熾燈和節(jié)能燈的光效，及我家現(xiàn)正在使用的10W節(jié)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(jié)能燈進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

2試驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料：40W白熾燈（PHILIPS菲利普品牌）1個(gè)；lOW節(jié)能燈（OSRAM歐司朗品牌）5個(gè)；20W日光燈2個(gè)DD282型電度表1個(gè)；DH48S-S電子定時(shí)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1個(gè)；MF-30型萬(wàn)能表1個(gè)；VC890D型數(shù)字式萬(wàn)能表1個(gè)；接線圖如圖1所示。

1）節(jié)能燈與普通白熾燈的節(jié)能效果比較：兩種燈泡的比較正常開(kāi)啟情況下，萬(wàn)能表實(shí)際讀數(shù)如表1所示。

正常使用時(shí)兩種燈泡的比較如表2所示。

2）節(jié)能燈頻繁開(kāi)關(guān)與長(zhǎng)久開(kāi)啟的節(jié)能效果比較：經(jīng)常開(kāi)關(guān)情況下兩種燈泡的比較如表3所示。節(jié)能燈在不同開(kāi)關(guān)頻次的情況下的比較如表4所示。結(jié)論：節(jié)能燈在正常開(kāi)啟且長(zhǎng)久點(diǎn)亮?xí)r節(jié)能效果明顯，但如果節(jié)能燈頻繁開(kāi)關(guān)，反而浪費(fèi)電，不起到節(jié)能的作用。

3）節(jié)能燈開(kāi)關(guān)頻次與壽命比較如表5所示。

3數(shù)據(jù)計(jì)算整理

1）能耗計(jì)算根據(jù)計(jì)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(shí)）

（1）2種燈正常開(kāi)啟10h后，根據(jù)電度表實(shí)測(cè)耗電量計(jì)算其平均電流：

10W節(jié)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(kāi)通5s，關(guān)閉5s時(shí)，開(kāi)啟12h后，根據(jù)電度表實(shí)測(cè)耗電量計(jì)算其平均電流：

10W節(jié)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(jié)能燈開(kāi)通15s，關(guān)閉15s時(shí)，開(kāi)啟29.5h后，根據(jù)電度表實(shí)測(cè)耗電量計(jì)算其平均電流：

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

（4）節(jié)能燈開(kāi)通30s，關(guān)閉30s時(shí)，開(kāi)啟48h后，根據(jù)電度表實(shí)測(cè)耗電量計(jì)算其平均電流：

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

2）壽命計(jì)算分析：根據(jù)表5數(shù)據(jù)，將開(kāi)關(guān)頻次與工作時(shí)間對(duì)應(yīng)點(diǎn)在直角坐標(biāo)系中標(biāo)出，見(jiàn)圖2。將這些點(diǎn)采用光滑連接后發(fā)現(xiàn)，這是一條反比例曲線，根據(jù)圖中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)可以推導(dǎo)出開(kāi)關(guān)頻次f（次/分鐘）與工作時(shí)間t（h）的函數(shù)關(guān)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(kāi)關(guān)頻次f與工作時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系式為：

t=276/f+2.4

按節(jié)能燈包裝盒上所述，節(jié)能燈的壽命為6000h，按函數(shù)關(guān)系式可以計(jì)算出它允許的開(kāi)關(guān)頻次f。endprint