有关节能灯寿命和节能效果的研究

林子渊

摘要 研究目的：节能灯开关频次对使用寿命及节能效果的影响；节能灯与白炽灯发光效率孰高孰低。研究方法：对比实验法。结论：节能灯发光效率高；节能灯频繁开关会导致使用寿命降低和节能灯节能效果降低。

关键词 节能灯；白炽灯；使用寿命；发光效率

中图分类号 TM5 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）14-0018-03

如今，节能和环保成为21世纪全世界关注的焦点。在我国，国家每年要投入大量的资金来建造大型发电厂和改造老电厂，每年消耗掉的煤炭以大于10%的速度增长。同时大量的发电机投运，导致二氧化碳排放量急剧上升，使得地球变暖，雾霾天气增加，人类的居住环境趋于恶劣。为了保护环境，政府在大力推广应用节能灯，在节能灯的使用中，仍有很多困惑困扰着人们，比如：随手关灯是好习惯，还是开关太勤？因为它的启动电流过大，反而费电？节能灯频繁开关会不会导致使用寿命降低？在相同的时间内节能灯比白炽灯发出光亮要大吗？

1工作原理

节能灯是利用气体放电的原理运作，它的术名叫自镇流荧光灯，除了白色冷光的外，现在还有黄色（暖光）的。一般来说，在同一瓦数之下，一盏节能灯比白炽灯节能80%，平均寿命延长8倍，热辐射仅20%。非严格的情况下，一盏5w的节能灯光照可视为等于25W的白炽灯，7W的节能灯光照约等于40W的，9w的约等于60W的。

节能灯的工作原理：主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在1160K温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温度2200K～2700K低很多，所以它的寿命也大提高，达到5000h以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦50流明以上。

普通的白炽灯的工作原理是当灯接入电路中，电流流过灯丝，电流的热效应，使白炽灯发出连续的可见光和红外线，此现象在灯丝温度升到700K即可觉察，由于工作时的灯丝温度很高，大部分的能量以红外辐射的形式浪费掉了，由于灯丝温度很高，蒸发也很快，所以寿命也大缩短了，大约在1000h。光效大约在每瓦10流明。根据白炽灯和节能灯的光效，及我家现正在使用的10W节能灯的亮度和40W白炽灯的亮度差不多。因此决定选40W白炽灯和lOW节能灯进行对比试验。

2试验过程的设计

试验材料：40W白炽灯（PHILIPS菲利普品牌）1个；lOW节能灯（OSRAM欧司朗品牌）5个；20W日光灯2个DD282型电度表1个；DH48S-S电子定时转换转换开关1个；MF-30型万能表1个；VC890D型数字式万能表1个；接线图如图1所示。

1）节能灯与普通白炽灯的节能效果比较：两种灯泡的比较正常开启情况下，万能表实际读数如表1所示。

正常使用时两种灯泡的比较如表2所示。

2）节能灯频繁开关与长久开启的节能效果比较：经常开关情况下两种灯泡的比较如表3所示。节能灯在不同开关频次的情况下的比较如表4所示。结论：节能灯在正常开启且长久点亮时节能效果明显，但如果节能灯频繁开关，反而浪费电，不起到节能的作用。

3）节能灯开关频次与寿命比较如表5所示。

3数据计算整理

1）能耗计算根据计算公式：IW/（uT）

式中：

I——电流，A（安培）

U——电压，V（伏特）

W——耗电量，kw.h（千瓦时）

（1）2种灯正常开启10h后，根据电度表实测耗电量计算其平均电流：

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

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

（2）2种灯开通5s，关闭5s时，开启12h后，根据电度表实测耗电量计算其平均电流：

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

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

（3）节能灯开通15s，关闭15s时，开启29.5h后，根据电度表实测耗电量计算其平均电流：

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

（4）节能灯开通30s，关闭30s时，开启48h后，根据电度表实测耗电量计算其平均电流：

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

2）寿命计算分析：根据表5数据，将开关频次与工作时间对应点在直角坐标系中标出，见图2。将这些点采用光滑连接后发现，这是一条反比例曲线，根据图中的对应点可以推导出开关频次f（次/分钟）与工作时间t（h）的函数关系式：

t=K/f+C

20.8=K/15+C①

7=K/60+C②

解得：K=276，C=2.4

因此：开关频次f与工作时间t的函数关系式为：

t=276/f+2.4

按节能灯包装盒上所述，节能灯的寿命为6000h，按函数关系式可以计算出它允许的开关频次f。endprint