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荧光灯本文重定向自 熒光燈

(重定向自光管)
不同款式的荧光管

荧光灯(Fluorescent lamp),或称日光灯灯管荧光管光管,是一种照明装置,属于气体放电灯的一种。它使用电力气中激发水银蒸气,形成等离子并发出短波紫外线,紫外线被磷质吸收后,磷会发出可见的光以照明,这样发出可见光的方式属于荧光

一般的荧光管以玻璃制造,在两端装有插口以连接电源及固定荧光管的位置。

电灯泡不同,荧光管必须设有镇流器,与启辉器配合产生让气体发生电离的瞬间高压。

为了取代传统白炽灯,近年来发展出将灯管、镇流器启辉器结合在一起,配合使用白炽灯灯座的改良型荧光灯泡,称为节能灯、“节能灯”或“悭电胆”,可以在不更换灯具基座的情况下,直接取代白炽灯使用。

原理

荧光管的光谱分析图

荧光管内充满了低压氩气或氩氖混合气体及水银蒸气,而在玻璃荧光管的内侧表面,则涂上一层磷质荧光漆,在灯管的两端设有由制成的灯丝线圈(这个钨丝线圈上会涂上"电子粉",其成分是由锶、钡等碱土金属化合物组成的)。当电源接通后,首先电流通过灯丝加热并释放出电子(这里的电子是由电子粉释出的),电子会把管内气体变成等离子(plasma),并令管内电流加大,当两组灯丝间的电压超过一定值之后灯管开始产生放电,使水银蒸气发放出253.7nm及185nm波长的紫外线,荧光管内侧表面的磷质荧光漆会吸收紫外线,并释放出较长波长的可见光。发出的光线颜色由磷质成分的比例控制,而玻璃管则避免有害的紫外线及其他有害物质如水银泄漏出来。

荧光管的放电电流与导通电阻之间存在一个正反馈关系:当更多电流流进荧光管后使得更多气体被离子化,使得管内的导通电阻不断降低,如此便会令更多电流入荧光管内。如果将荧光管直接接到固定电压的电源,荧光管将会因电流不断上升而很快被烧毁,因此需要以一个辅助电路控制进入荧光管的电流在一固定水平,而这个电流控制电路通常被称为镇流器。传统镇流器实际上是一个电感,当导通电阻降到很低的时候,镇流器固定的感抗和铜耗使导通电流近似于定值,开始稳定工作。传统镇流器需搭配一个称为启辉器(Starter,俗称“士赖达”、“跳泡”)的小元件才能使灯丝间的压差达到使荧光管足以放电的程度,最新的电子式镇流器则不需要启辉器,因为启动工作已被包含在镇流器内。

规格

日光灯管如果照直径来分类,可分成T2、T3.5、T4、T5、T6、T8、T9、T10、T12等规格,所谓的T5就是直径为5/8英寸(约16毫米)的日光灯管;T8直径为1英寸(约25毫米);T9直径为9/8英寸(约29毫米)的日光灯管。目前全世界的主流为T5、T6和T8,目前台湾的主流为T8,厂商主要推广的是T5灯管。

命名规则

F54T5 835 HO

  • F代表光管(Fluorescent)
  • 54代表功率(实际使用49W光管)
  • T5代表直径是5/8英寸
  • 8代表演色性指数是80
  • 35代表色温是3500K
  • HO代表高输出(High Output)

T8、T9和白炽灯的比较

优点

T8、T9荧光管与同一光度的传统电灯泡(白炽灯)相比有更高的发光效率,因为更高比例的电能被转化为可见光,所以同一亮度的荧光管比白炽灯温度要低。白炽灯一般只能把大约2%的输入能量转化为可见光,同一亮度的T8、T9荧光管一般只需前者消耗的约1/3至1/4的电能,使用寿命亦较传统灯泡更长。

荧光灯管可以提供多种色温选择,相较于白炽灯及卤素灯色温多介于2700~3300k之间,荧光灯还可以买到6500k、5500k、5000k、4000k等多种色温。

虽然T8、T9荧光灯的购买成本略高于白炽灯,但它可节省更多能源及电费,较长的寿命亦令其更换成本相对下降,对商业而言亦可节省更换灯泡的人力成本。

缺点

荧光管未能提供稳定的光源,而是闪烁的光源,其闪烁频率与驱动电压的频率有关,虽然人眼不易察觉,但可产生闪光灯效应(strobe effect),在一些工作环境可能造成危险,例如转动的风扇,假如其频率与荧光管相同,就会看似停止不动。荧光管亦会令摄录机拍摄的片段出现闪烁,虽然传统灯泡亦会出现闪烁,但其强度则较低。荧光管亦不能使用标准的亮度调节开关。

目前电子式镇流器已经基本解决这个问题。传统的电感式镇流器采用市电(频率为50~60Hz)直接驱动荧光管,而电子式镇流器采用高频振荡反馈式镇流(高频开关切换式谐振电路限流),其输出的驱动电压频率已大大提高,荧光管的闪烁频率也相应提高,人的肉眼已经不会被这种高频闪烁影响。

目前国际大厂[哪个/哪些?]已经开始陆续停产T9灯管,改推荐T5灯管,仅剩下台湾灯管品牌仍在大量生产,可以预期在供给量减少的情况下,T9灯管会比较少见。然T8灯管因为没有T9灯管的主要缺点--汞含量过高,但T8灯管较T5耗电也逐渐减少,若非T5灯具与光源显著降价,T8,T9还是会被大量使用。

荧光灯管的演色性较低,传统白炽灯及卤素灯有100的演色性,市售荧光灯管的演色性大多超过80,演色性超过90的荧光灯管就比较难购买;因此荧光灯管的光线较为不自然不舒适。

补充

光源对物体的显色能力,即光源使物体呈现其本身色彩的能力,称为显色性,是通过与同色温的参考或基准光源(白炽灯或画光)下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色,但同样光色可由许多,少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成,对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成,光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时,会使颜色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大,光源对该色的显色性愈差。显色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。

能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源,其数值接近100,显色性最好。要鲜明地强调特定色彩,表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。采用低色温光源照射,能使红色更加鲜艳;采用中等色温光源照射,使蓝色具有清凉感;采用高色温光源照射,使物体有冷的感觉。

T8、T9和节能灯的比较

优点
相对于相同亮度的节能灯,灯管的价格较为便宜。
最高级的T8灯管可以达到99的高演色性,而最高级的节能灯的演色性只能超过90,演色性高的光源会让颜色自然,且对视力及健康有利。不少人会因为认为日光灯/节能灯是劣质光线而使用白炽灯或卤素灯,但若使用演色性达99的灯管,则会有更多人能接受荧光灯管,则可以减少发热光源的需求。
缺点
随着科技不断进步,目前的节能灯已较年代久远的T8、T9日光灯配合传统镇流器省电,特别是螺旋状的日光灯。然新一代T8灯管配上预热型电子镇流器,仍远较节能灯省电。节能灯的发光效率约每瓦55~60流明,而配合电子镇流器的新一代T8灯管,其发光效率可达每瓦80流明以上。
许多T8/T9灯管的演色性差,多数节能灯能达到80以上的演色性。
节能灯更换容易。

T5日光灯

电子式镇流器电路图

T5日光灯最早出现于1995年,是目前已商业化生产的日光灯中,最为省电的一种,然而其灯具和T8、T9的管并不相容,必须花钱采购专用灯具,此为其普及的障碍之一。

理论上T5管必须配合电子镇流器使用,在T8配合电子镇流器可以在理论上在接近T5管的效率,但实际环境下仍是T5管明显地有较高效率,原因是两者的最佳工作温度不同。 T5使用固态汞,其最佳工作温度约为摄氏35度,而T8使用的是液态汞,其最佳工作温度大约是25℃。根据香港机电工程署的一份测试报告 ,荧光灯在操作时,其本身温度会比环境温度高约10℃,若有加灯罩的情况下更会比环境温度高15℃。因此在一般有空调的环境中,加上萤火灯自身的发热后,萤火灯的工作温度约在35至40℃之间,刚好是T5萤火灯的最高效率的工作温度内;而在更高温度的环境中(无空调的地方),T5也比T8有更高效率。

不过,T5灯有高输出和高效率两种,前者在同样长度、同瓦数时较亮,后者较省电,选购时要略为注意。

T5管内在磷的表面加上了一层薄膜,这层薄膜防止汞被磷吸收,因此T5管使用的汞较少;同时也防止了因为磷吸收了汞后效率降低,所以T5管在长期使用后光度比较稳定,在工作经过其寿命的40%后,光度也只有5%的下跌。

T5日光灯省电效果也比现今的传统灯泡节能灯LED都来的好,;由于直径比较小,故使用的玻璃荧光粉都较传统的T8、T9节省,可以说是目前最省电也相对环保的照明工具,但缺点是价格较高(但仍比LED便宜很多很多)。 T5灯管的演色性比不上演色性最高的T8灯管。

T5日光灯最好是采用预热型启动电子镇流器,但仍有些产品采用传统的电感式镇流器或是瞬时启动无预热型电子镇流器,此类产品较为耗电、易产生闪烁,而且也使荧光灯的寿命缩短,购买时宜特别留意。

而T5灯管的最大对手是CCFL灯管,CCFL灯管的效率或许略低于T5灯管、但也相差不远,CCFL寿命极长、耐点灭、单支含汞量已经很低、整体汞消耗量则更低,因此整体环保效益更佳。

对目前仍使用传统型镇流器配合T8灯管之使用者而言,最具成本效益的升级方式乃是更换成新型的预热式电子镇流器(优点是不闪烁、省电、相对耐点灭、延长灯管寿命,缺点是要1~2秒才能点亮),如果需要高品质光线则是在换了镇流器后、再换成演色性大于90甚至达98的T8灯管,如果想要长寿命、最低汞污染及经常点灭则是换成CCFL灯管,而不是换成T5灯。

效率

型式 光源效率
(LM/W)
平均寿命
(小时)
特性 使用范围
管型灯管
Tubular-lamp
60至104 5000至12000 有各种不同的光色可以选择,可达到高照度并兼顾经济性 办公室,商场,住宅,一般公共建筑
PL灯管
PL-LAMP
46至87 8000至10000 体积小,寿命长,效率高,省电 局部照明,安全照明方向指标照明
SL省电灯管 39至50 6000 若演色性要求不高、能直接取代普通白炽灯泡 大部分使用普通白炽灯泡的场所均可以使用

比较

荧光灯的光效类似于一体式荧光灯(CFL)。

灯泡性能与开支比较(美国电价,相当于60瓦白炽灯亮度)
白炽灯 卤素灯 节能灯 LED
售价 $0.41 $1.17 $0.99 $3.99
功率瓦特 60 43 14 8.5
平均光通流明 860 750 775 800
光效(流明/瓦特) 14.3 17.4 55.4 94.1
色温(开尔文) 2700 2920 2700 2700
演色性(CRI) 100 100 82 80
寿命(小时) 1,000 1,000 10,000 15,000
可用年数(每天6小时) 0.46 0.46 4.6 6.8
20年电费(0.11美元/KWh $289 $207 $67 $41
20年总开支 $307 $259 $70 $53
(按白炽灯亮度比例折合) $307 $297 $78 $57
基于每日六小时用量计算(20年共43,800小时)


竞争者

除了节能灯外,目前最强力的竞争者为高强度气体放电灯,长远来看最有潜力的竞争者则是冷阴极荧光灯管或者发光二极管固态照明技术。

冷阴极荧光灯管为目前大多数液晶显示器所采用的背光光源,其寿命为一般荧光灯的三倍以上,且具有反复启动也不易光衰的特性。然此项技术目前多在LCD厂商手中,传统三大照明厂目前均不打算推展此项商品,为其普及的障碍。

鉴于荧光灯的适用场所大都为较低空间的室内一般性照明,HID并非其主要竞争对手。

目前来看,LED是其最主要的也是最有潜力的替代者。市场已经开始采用LED照明产品来替代荧光灯的尝试,LED寿命已经远超荧光灯,在造价方面也相差无几。

环境问题

荧光管内有水银成分,对人体有害。胡乱弃置荧光管会对环境造成损害,因此处理弃置的荧光管成为一个问题。目前只有少数国家或地区(例如:韩国、巴西、台湾、澳门)会对废弃的荧光管实行回收,并把荧光管安全地处理掉。由于在荧光管内仅能使用水银蒸气,实际的水银含量是很低的(少于1mg),回收时要先抽气也造成回收的困难度。而固态汞荧光灯管的逐渐普及则可以减轻这方面的难度。

参见


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