Lampade fluorescenti: parametri, struttura, schema, pro e contro rispetto ad altre

Le moderne lampade fluorescenti (LF) gestiscono perfettamente l'illuminazione di ampi locali residenziali, lavorativi e tecnici e consentono di ridurre il consumo totale di elettricità del 50-83%, riducendo così le bollette delle utenze.

In questo articolo esamineremo le caratteristiche di funzionamento delle LF, la loro struttura, analizzeremo i principali vantaggi e svantaggi rispetto ad altri tipi di apparecchi di illuminazione. Inoltre, forniremo foto e schemi tematici, nonché video sul principio di funzionamento delle lampadine fluorescenti e sulle caratteristiche del loro utilizzo.

Principio di funzionamento e struttura delle LF

Il dispositivo fluorescente è una sorgente luminosa a scarica di gas, dove nei vapori di mercurio la scarica elettrica genera un'intensa radiazione ultravioletta.

I moduli compatti di tipo fluorescente hanno un attacco standard, che li rende una comoda sostituzione per le lampade a incandescenza più luminose ma più dispendiose in termini energetici.

Come funziona una lampadina fluorescente?

La luce visibile all'occhio umano viene trasformata da una speciale sostanza chiamata luminoforo, composta da alofosfato di calcio mescolato con elementi aggiuntivi.

Dopo il collegamento alla rete elettrica centrale di una lampada fluorescente, all'interno del bulbo di vetro è necessario mantenere una cosiddetta scarica luminescente.

Ciò permette di garantire l'emissione luminosa dello strato di luminoforo in modo continuo, anche durante brevi interruzioni dell'alimentazione elettrica centrale.

In passato, la classica lampada fluorescente aveva la forma di un tubo sigillato su entrambi i lati, all'interno del quale si trovano vapori di mercurio. Oggi i dispositivi vengono prodotti in forme e configurazioni più varie.

Caratteristiche costruttive del dispositivo

La lampada fluorescente tradizionale è un cilindro di vetro con diametro esterno di 12, 16, 26 e 38 mm, solitamente presentato come:

• tubo dritto allungato;
• modulo a forma di U curvo;
• anello;
• figura complessa.

I piedini sono saldati ermeticamente ai bordi terminali. Sul loro lato interno sono posizionati elettrodi di tungsteno, che strutturalmente ricordano i corpi a spirale doppia (bispirale) integrati nelle lampadine 'Il'ič'.

In alcuni tipi di lampade fluorescenti vengono utilizzate trispiramidi più avanzate, che consistono in una bispirale arrotolata. I dispositivi dotati di queste presentano un livello maggiore di efficienza e una soglia di perdita di calore inferiore, aumentando notevolmente l'efficienza complessiva del flusso luminoso.

Sulla parte esterna, gli elementi dell'elettrodo sono saldati ai perni metallici del zoccolo metallico, a cui viene applicata la tensione di lavoro.

I dispositivi a forma di U e quelli lineari sono solitamente dotati di portalampade G5 e G13, dove la codifica letterale indica il tipo a perno dell'elemento di base, mentre la cifra mostra a quale distanza sono posizionati gli elementi operativi l'uno dall'altro.

Il mezzo elettricamente conduttivo all'interno del bulbo di vetro possiede una resistenza negativa. Quando tra due elettrodi opposti si verifica un aumento di corrente che richiede una limitazione, essa si manifesta e riduce la tensione di lavoro.

Nel circuito di accensione di una normale lampada fluorescente è incluso un reattore o ballast. Esso è responsabile della creazione di una tensione impulsiva di alto livello necessaria per il corretto avvio della lampada.

La figura mostra la disposizione interna di una lampada di tipo fluorescente e spiega chiaramente il principio di base di funzionamento dei suoi componenti principali.

Oltre a questo componente, il ballast elettromagnetico è dotato di un avviatore. Esso è un elemento a scarica luminescente, all'interno del quale si trovano due elettrodi, circondati da un mezzo di gas inerte.

Uno di essi è costituito da una lamina bimetallica. In modalità di riposo, entrambi gli elettrodi si trovano in stato aperto.

Tipi comuni di tali lampadine

La classificazione primaria dei prodotti a base fluorescente viene effettuata in base al livello di pressione di base. I dispositivi ad alta pressione vengono utilizzati per installazioni di illuminazione di grande potenza e per l'illuminazione stradale esterna.

Le lampade a bassa pressione vengono utilizzate in ambito domestico per fornire luce in ambienti produttivi, tecnici e residenziali di vario genere.

Tipo #1 — moduli ad alta pressione

I dispositivi ad alta pressione producono un flusso luminoso saturo di buona densità. La superficie interna dell'elemento a bulbo ha un rivestimento speciale di fosforo a base di fluorogermanato o arseniato di magnesio.

La potenza operativa di tali lampade fluorescenti varia nell'intervallo 50-2000 W.

I moduli a vapori di mercurio ad alta pressione necessitano, per un corretto funzionamento, di una tensione di rete nominale di 220 watt. Il loro fattore di ondulazione è generalmente compreso tra il 61% e il 74%.

L'accensione completa del modulo di illuminazione avviene entro 3 secondi. La durata dei dispositivi da 80-125 watt è di circa 6 000 ore, mentre le lampade da 400 W e oltre possono funzionare fino a 15 000 ore, a condizione che vengano rigorosamente osservate le norme operative stabilite dal produttore.

Tipo #2 — prodotti a bassa pressione

Le lampade fluorescenti a bassa pressione vengono utilizzate per fornire flusso luminoso in ambienti residenziali, tecnici e industriali.

Strutturalmente, il dispositivo è un tubo di vetro resistente contenente argon sotto una pressione di 400 Pa e una piccola quantità di mercurio o amalgama. Sul mercato è disponibile in diverse varianti ed è dotato di due elementi elettrodici.

La temperatura più bassa che le lampade fluorescenti a bassa pressione possono sopportare è di -15 °C. Pertanto, per l'uso in aree esterne, queste fonti luminose sono considerate inadatte.

Il bulbo di vetro può avere diametri molto vari. Il livello di resa luminosa varia in base alla potenza del dispositivo. Per il suo corretto funzionamento è necessario un starter di tipo a reattore. La durata media è di 10 000 ore.

Caratteristiche delle LF compatte

Le lampade fluorescenti compatte sono dispositivi ibridi che combinano alcune caratteristiche specifiche delle lampade a incandescenza con le proprietà delle lampade fluorescenti.

Grazie alle tecnologie avanzate e alle accresciute capacità innovative, hanno un diametro ridotto e dimensioni contenute, tipiche delle lampadine di Il'ič, oltre a un elevato livello di efficienza energetica, caratteristico della gamma di dispositivi fluorescenti.

Le lampade fluorescenti compatte vengono prodotte per gli attacchi tradizionali E27, E14, E40 e stanno attivamente sostituendo sul mercato le classiche lampade a incandescenza, grazie alla capacità di fornire una luce di qualità con un consumo energetico notevolmente inferiore.

Le lampade fluorescenti compatte (LFC) sono nella maggior parte dei casi dotate di reattore elettronico e possono essere utilizzate in apparecchi di illuminazione di tipo specifico. Vengono inoltre impiegate per sostituire le semplici e familiari lampade a incandescenza in apparecchi nuovi e d'epoca.

Nonostante tutti i vantaggi, i moduli compatti presentano alcuni svantaggi specifici, come:

• effetto stroboscopico o sfarfallio – le principali controindicazioni riguardano le persone affette da epilessia e varie malattie oculari;
• effetto sonoro pronunciato – durante l'uso prolungato si verifica un fondo acustico che può causare un certo disagio alla persona presente nella stanza;
• odore – in alcuni casi i dispositivi emettono aromi pungenti e sgradevoli che irritano l'olfatto.

L'ultima condizione si osserva più spesso in prodotti anonimi di origine cinese, mentre le prime due colpiscono spesso anche apparecchi di marca, realizzati secondo tutte le regole e i requisiti moderni. La classifica dei migliori produttori di lampade fluorescenti compatte (CFL) è riportata in questo articolo.

Spettro base delle temperature di colore

Il colore della luce è uno dei parametri più importanti, che dipende direttamente dalla composizione del fosforo, che trasforma la radiazione ultravioletta in luce.

Oggi, le più comuni sono 7 definizioni delle tonalità del flusso prodotto dalle lampade fluorescenti:

• LEB – bianco naturale con una marcata tonalità fredda;
• LDC – bianco diurno naturale con qualità di resa cromatica migliorata;
• LTB – bianco caldo;
• LD – bianco diurno tradizionale;
• LB – bianco classico;
• LEC – naturale con la massima qualità di resa delle tonalità;
• LHB – bianco freddo semplice.

Per gli ambienti residenziali, dove una persona trascorre molto tempo, sono adatte le tonalità della gamma calda o le lampade diurne naturali con un elevato livello di resa cromatica.

I toni bianchi e diurni sono generalmente presenti in uffici, ambienti di lavoro, industriali, studi e aule. Favoriscono la concentrazione, aumentano l'attività cerebrale e migliorano la capacità di apprendimento e la produttività del lavoro.

Le tonalità più fredde vengono utilizzate in strutture mediche, laboratori, ospedali e locali tecnici. Conferiscono agli oggetti una maggiore nitidezza e migliorano l'acuità visiva.

I fluorescenti per le vetrine della carne nei negozi alimentari si distinguono per uno spettro di emissione rosa appositamente selezionato. Esso mette in risalto le tonalità naturali dei prodotti, rendendoli più attraenti agli occhi dei clienti.

I componenti cromatici aggiunti al fosforo permettono di ottenere tonalità di lampada rosa, azzurro, verde e altre insolite.

Tali apparecchi vengono utilizzati per scopi di design, pubblicitari e commerciali. Con il loro aiuto si crea una luce originale, necessaria per un caso specifico.

Maggiori informazioni sulla temperatura del colore della luce, sulle caratteristiche della percezione del colore da parte dell'uomo e sulle sfumature di scelta sono state scritte nel seguente articolo.

Punti di forza e debolezza dei dispositivi

Come per qualsiasi dispositivo tecnico destinato all'illuminazione di ambienti domestici e lavorativi, le lampade fluorescenti hanno i loro punti di forza e di debolezza.

Sulla base di queste informazioni si può determinare dove sia più ragionevole utilizzarle e in quali casi sia preferibile optare per fonti di luce di altro tipo.

Aspetti positivi delle lampade

Il principale vantaggio delle lampade fluorescenti è considerato l'elevata resa luminosa e il buon rendimento. Esse forniscono all'ambiente un'illuminazione che non affatica la vista e dimostrano una normale resistenza anche in condizioni di utilizzo intensivo.

Il modulo supera di circa 5 volte la potenza di base di una normale lampadina di Il'ič. Un fluorescente da 20 watt fornisce un flusso luminoso pari a quello di una lampada a incandescenza da 100 watt.

Le diverse temperature delle tonalità di luce, vicine per gamma alla luce solare naturale, consentono di scegliere l'apparecchio di illuminazione adatto a vari scopi e per ambienti di qualsiasi destinazione.

Il flusso luminoso emesso dal modulo non è diretto ma diffuso. Una luce calma e piacevole per l'occhio proviene non solo dal filamento di tungsteno all'interno, ma anche dall'intera superficie esterna del bulbo.

Ciò consente di utilizzare le fonti fluorescenti sia per creare un'illuminazione di fondo generale, sia per organizzare una luce zonale.

Non sono adatti per l'uso in luoghi dove l'illuminazione viene accesa automaticamente in base ai segnali dei sensori di movimento. Hanno un limite sul numero di accensioni consentite in un determinato periodo di tempo e, se attivati troppo frequentemente, possono guastarsi.

La durata di vita delle lampade fluorescenti varia a seconda del modello e arriva fino a 20.000 ore o fino a 5 anni.

Tuttavia, l'acquirente deve sapere che questa durata viene raggiunta solo se vengono rispettate le seguenti condizioni:

• disponibilità di un volume sufficiente di alimentazione elettrica di qualità senza sbalzi e fluttuazioni;
• ballast di qualità;
• un numero determinato di attivazioni, di solito non più di 2000 nei primi 2 anni di utilizzo, pari a sole 5 accensioni al giorno.

La violazione di queste condizioni di base ridurrà significativamente l'efficienza dell'apparecchio di illuminazione e ne accorcerà notevolmente la durata.

I moduli possono essere utilizzati per l'illuminazione delle serre. Forniscono una luce naturale, il più possibile simile a quella solare, non consumano molta energia elettrica e mostrano una buona resistenza alle fluttuazioni di tensione tipiche delle reti di alimentazione suburbane.

Il livello di consumo energetico delle lampade fluorescenti è quasi 5 volte inferiore rispetto ai prodotti tradizionali, quindi possono essere classificati come fonti luminose a risparmio energetico.

Con il loro aiuto sarà possibile illuminare efficacemente un grande ambiente senza spendere ingenti somme per le bollette.

La temperatura di funzionamento sulla superficie del bulbo non supera i 50 gradi. Ciò consente di utilizzare la lampada in ambienti dove vengono richiesti elevati standard di sicurezza antincendio.

Principali svantaggi dei moduli

Il primo grande svantaggio dei prodotti è l'eccessiva sensibilità agli sbalzi di temperatura. Reagiscono fortemente ai movimenti della colonna di mercurio e possono smettere di funzionare quando la temperatura scende sotto i -20 °C.

Il caldo che supera i +50 °C non influisce positivamente sul funzionamento e limita seriamente la gamma di utilizzo di queste fonti luminose.

Anche la sensibilità all'umidità non è un vantaggio e non consente un uso diffuso dei prodotti in bagni e locali sanitari.

Con il tempo il fosforo nei bulbi delle lampade si degrada e lo spettro di emissione cambia. Contemporaneamente diminuisce il livello di resa luminosa dell'apparecchio e l'efficienza si riduce notevolmente.

A volte tra gli svantaggi viene annoverato anche il flusso luminoso stesso, che ha uno spettro lineare e irregolare, distorcendo le tonalità naturali degli oggetti presenti nella stanza.

Non tutti lo percepiscono visivamente, ma per coloro che avvertono questo difetto in modo troppo evidente, sono disponibili lampade con fosforo vicino a un colore spettrale continuo e più naturale. Tuttavia, la loro resa luminosa è notevolmente inferiore.

Capita che le lampade fluorescenti tremolino al doppio della frequenza della rete di alimentazione. Questo problema può essere risolto con un miglioramento del dispositivo, in particolare, utilizzando un ballast elettronico con un livello adeguato di capacità del condensatore di livellamento della corrente raddrizzata all'ingresso dell'inverter.

Ma il fatto che i produttori cerchino di risparmiare e non dotino gli apparecchi di condensatori della capacità necessaria è un po' deludente.

I modelli di lampade fluorescenti domestici funzionano meglio quando la temperatura ambiente si mantiene tra +5 e +35 °C. Quando il termometro mostra valori inferiori, l'avvio del dispositivo risulta notevolmente difficoltoso e la durata operativa si riduce sensibilmente.

La necessità di un dispositivo di avviamento aggiuntivo riduce leggermente la popolarità delle lampade. Richiedono necessariamente o un reattore eccessivamente rumoroso e piuttosto ingombrante con uno starter di bassa affidabilità, oppure un EPRA più avanzato, con funzione di regolazione della potenza ma dal costo elevato.

Un altro punto debole delle lampade fluorescenti è l'elevata sensibilità all'accensione. Durante l'attivazione diretta della lampada, sugli elettrodi si brucia e si stacca una speciale composizione che garantisce la stabilità della scarica e protegge il filamento interno di tungsteno dal surriscaldamento.

L'accensione frequente riduce significativamente la durata dell'apparecchio. Inoltre, si verifica uno sfarfallio fastidioso e visibile, e i bordi del bulbo della lampada si scuriscono e perdono estetica.

Minaccia chimica per la salute

Uno dei principali svantaggi delle fonti luminose fluorescenti è il pericolo chimico. Il bulbo della lampada contiene mercurio altamente tossico, la cui quantità varia da 1 a 70 mg.

I vapori di questa sostanza possono nuocere alla salute delle persone che permangono costantemente in ambienti illuminati da apparecchi di tipo FL.

Non si deve rompere l'integrità della lampada esausta, altrimenti il mercurio tossico si disperderà nell'ambiente. Per lo smaltimento non autorizzato è prevista una multa, quindi è meglio affidare il prodotto a un centro che si occupa del riciclaggio di elementi pericolosi per la natura e l'uomo.

Quando il modulo si guasta, non deve in alcun caso essere rotto o gettato in un normale cestino. Deve essere smaltito secondo le norme e le regole chiaramente descritte nella legislazione vigente.

Ad esempio, portarli in discariche dove vengono accettati materiali tossici dalla popolazione per la loro corretta distruzione o riciclaggio.

Confronto con altre fonti luminose

I prodotti di tipo FL differiscono notevolmente sia dalle lampade a incandescenza in via di obsolescenza, sia da quelle a LED progressive.

Rispetto alle prime consumano 5 volte meno elettricità, fornendo al contempo lo stesso livello di intensità del flusso luminoso. Tuttavia, sono leggermente inferiori ai dispositivi a LED per potenza in combinazione con il consumo energetico.

La tabella mostra in modo chiaro e con numeri quanto sia più conveniente utilizzare, al posto delle tradizionali lampadine di Edison, fonti più moderne di illuminazione di qualità.

È vero, la lampada a incandescenza brucia con la stessa intensità per tutto il periodo di funzionamento, mentre le lampade fluorescenti perdono parte dell'intensità a causa dell'esaurimento dello strato interno che riflette i raggi ultravioletti.

I prodotti a LED nel corso dell'uso acquistano una certa opacità a causa del degrado dei diodi operativi. Inoltre, in alcuni modelli è possibile regolare la luminosità dell'illuminazione tramite un dimmer.

Nelle lampade a incandescenza o fluorescenti questa funzione non è prevista. Ma questa comoda modalità nei dispositivi a LED non è gratuita e per essa bisognerà pagare un importo aggiuntivo.

Per livello di fragilità strutturale, le lampade a incandescenza e quelle fluorescenti sono simili, avendo un bulbo di vetro. I moduli a LED in questo senso sono più resistenti agli urti e ai danni meccanici. Inoltre, l'assenza al loro interno di elementi nocivi e tossici li rende molto più appetibili per l'uso domestico.

I costi più elevati per l'intero periodo di esercizio sono causati dall'uso di lampadine a incandescenza. I fluorescenti consumano energia entro limiti ragionevoli, mentre i LED permettono di ridurre i costi ai livelli minimi.

Per quanto riguarda l'aspetto finanziario, inizialmente la lampadina a incandescenza costa meno delle altre. Tuttavia, considerando la sua vita utile di sole 1.000 ore, difficilmente si può considerare un chiaro vantaggio.

Il prezzo base dei fluorescenti è più alto, ma durano anche molto più a lungo. Come dicono i produttori affidabili, durano dalle 10.000 alle 15.000 ore se il numero di accensioni giornaliere non supera le 5-6 volte.

I moduli a LED possono vantare prestazioni ancora migliori, ma per questo piacere si dovrà pagare molto di più, e non è consigliabile in tutti i casi. Sebbene la tendenza a sostituire alcune fonti di luce con altre sia osservata ovunque. Sulla necessità di sostituire le lampade fluorescenti con quelle a LED e sulla procedura per eseguire questo lavoro, abbiamo scritto qui.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Secondo quale principio funzionano i fluorescenti. Spiegazione dettagliata di tutte le sfumature del funzionamento di dispositivi di illuminazione economici ed energeticamente efficienti:

Quali sono le principali differenze tra gli elementi fluorescenti e le normali e tradizionali lampadine a incandescenza. Confronto di potenza, flusso luminoso e consumo energetico di due moderni prodotti per illuminazione:

Cosa sono le lampadine fluorescenti compatte a risparmio energetico. Come funzionano, quanti watt consumano e per quali scopi vengono utilizzate:

Un dispositivo fluorescente è un equivalente pratico della classica lampadina a incandescenza. Con il suo aiuto è possibile garantire un flusso luminoso di qualità in ambienti di qualsiasi dimensione, riducendo al contempo il consumo energetico. Durerà a lungo e non causerà alcun problema significativo ai proprietari.

Poi, quando le lampade avranno esaurito la loro vita utile, sarà necessario smaltirle e acquistare nuovi moduli più avanzati.

E che tipo di lampadine preferisce Lei e cosa pensa delle lampadine fluorescenti? Condivida con gli altri utenti la Sua opinione, ci dica quali sono, secondo Lei, i principali vantaggi delle lampade fluorescenti e cosa, personalmente per Lei, è un difetto significativo di questi dispositivi.

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