Характеристики люминесцентных ламп

Исходные данные для расчёта

47110101521 Лампы ртутные, ртутно-кварцевые, люминесцентные, утратившие потребительские свойства

Справочные данные по отходу:

Плотность:

Состав (%):

Ртуть, стекло, алюминий (
Банк данных об отходах по состоянию на 17.08.2014 г. )

Химический: Стекло – 92.00; мастика У 9М – 1.30; гетинакс – 0.30; люминофор КТЦ-626-1 – 2.048; алюминий – 1.69; никель металлический – 0.07; Pt – 0.006; Сu – 0.174; ртуть металлическая – 2.40; вольфрам – 0.012(
Приказ ГУПР и ООС МПР России по Ханты-Мансийскому автономному округу № 75-Э от 16 июня 2004 г. «Об утверждении примерного компонентного состава опасных отходов, присутствующих в ФККО, которые не нуждаются в подтверждении класса опасности для окружающей природной среды».)

Ртуть – 0.057; латунь – 0.652; вольфрам – 0.016; сталь никелированная – 0.071%; медь – 0.300%; люминофор – 1.632%; стекло – 90.845%; мастика – 2.981%; алюминий – 2.839%; припой оловянно-свинцовый – 0.291%; платинит – 0.009%; гетинакс – 0.307
( «Письмо ГУП «ЛИСМА» «О компонентном составе люминсцентных ламп» )

Ртуть — 0.02; латунь — 5.48; молибден — 0.11; вольфрам — 0.74; сталь никелированная — 1.46; медь — 0.25; люминофор — 1.52; кварцевое стекло — 8.23; стекло СЛ-40-1 — 72.91; мастика — 1.97; ниобий — 0.79; припой оловянно-свинцовый — 0.01; фарфор — 6.51 (
Паспорт опасного отхода, утвержденный Департаментом Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Центральному федеральному округу (3533010013011 Ртутные лампы, люминесцентные ртутьсодержащие трубки отработанные и брак))

Расчет норматива образования отхода
«47110101521 Лампы ртутные, ртутно-кварцевые, люминесцентные, утратившие потребительские свойства»

Расчет выполняется в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке объемов образования отходов производства и потребления, Москва, 2003, ГУ НИЦПУРО, по формуле:

М_p.л =∑ Кi_p.л × Чi_p.л × С × mi_p.л  / Нi_p.л × 10-6

где: Кi_p.л — количество установленных источников света, i — того типа, шт;Нi_p.л — нормативный срок горения одного источника света i — того типа, час;М_p.л — масса отработанных источников света, т/год;
10-6 — переводной коэффициент (из грамм в тонны);mi_p.л — масса источников света i — того типа, грамм;С — число дней в году для освещения;Чi  — время работы источника света, час/смена или час/сутки (4.57 ч при односменной работе, 12.57 при двусменной работе, 20.57 при трехсменной работе, 10,3 ч для наружного освещения).
Расчет представлен в таблице.

Плотность отхода: 0.550 тонн/куб.м

Расчет норматива образования отхода
«47110101521 Лампы ртутные, ртутно-кварцевые, люминесцентные, утратившие потребительские свойства»

Цветность и состав излучения ламп

Излучение люминесцентных ламп создается в основном за счет люминофора, трансформирующего ультрафиолетовое излучение разряда в прах ртути. Эффективность преобразования ультрафиолетового излучения в видимое зависит не только от параметров исходного люминофора, но и от свойств его слоя. В люминесцентных лампах слой люминофора покрывает практически полностью замкнутую поверхность трубки, причем свечение возбуждается изнутри, а используется снаружи. Кроме потока люминесценции суммарный световой поток люминесцентных ламп содержит видимое излучение линий ртутного разряда, просвечивающее сквозь слой люминофора. Световой поток люминесцентных ламп зависит, таким образом, как от коэффициента поглощения люминофора, так и от коэффициента отражения. Цветность излучения люминесцентной лампы не точно соответствует цветности используемого люминофора. Поток излучения ртутного разряда как бы сдвигает цветность лампы в синюю область спектра. Это смещение незначительно, поэтому поправка на цветность находится в пределах допуска на цветность ламп.

Для люминесцентных ламп, используемых в установках общего освещения, из многочисленных оттенков, которые можно получить с помощью люминофора галофосфата кальция, выбраны четыре, определяющие типы люминесцентных ламп: ЛД – дневного света, цветовая температура 6500 К; ЛХБ – холодно-белого света с цветовой температурой 4800 К; ЛБ – белого света с цветовой температурой 4200 К; ЛТБ – тепло-белого света с цветовой температурой 2800 К. Среди ламп указанных цветностей различают также лампы с улучшенным спектральным составом излучения, обеспечивающим хорошую цветопередачу. К обозначению таких ламп после букв, характеризующих цвет излучения, добавляется буква Ц (например, ЛДЦ, ЛХБЦ, ЛБЦ, ЛТБЦ). Для изготовления ламп с улучшенной цветопередачей к галофосфату кальция добавляют другие люминофоры, излучающие главным образом в красной области спектра. Контроль соответствия ламп по излучению заданной цветности осуществляют путем проверки цветности излучения с помощью колориметров.

В люминесцентных лампах излучение охватывает практически весь видимый диапазон с максимум в желтой, зеленой или голубой его части. Оценить цвет такого сложного излучения только по длине волны не предоставляется возможным. В этих случаях цвет определяют по координатам цветности x и y, каждой паре значений которых соответствует определенный цвет (точка на цветовом графике).

Правильное восприятие цвета окружающих предметов зависит от спектрального состава излучения источника света. В этом случае принято говорить о цветопередаче источника света и оценивать ее по значению параметра R_а, называемого общим индексом цветопередачи. Значение R_а является показателем восприятия цветного предмета при его освещении данным источником искусственного света по сравнению с эталонным. Чем больше значение R_а (максимальное значение 100), тем выше качество цветопередачи лампы. Для люминесцентных ламп типа ЛДЦ R_а = 90, ЛХЕ – 93, ЛЕЦ – 85. Общий индекс цветопередачи является усредненным параметром источника света. В ряде специальных случаев дополнительно к R_а используют индексы цветопередачи, обозначаемые R_i, которые характеризуют восприятие цвета, например, при его сильной насыщенности, необходимости правильного восприятия цвета человеческой кожи и тому подобного.

Пускорегулирующая аппаратура

Любые типы газоразрядных ламп не могут быть напрямую подключены к электрической сети. Находясь в холодном состоянии, они обладают высоким уровнем сопротивления и для создания разряда им требуется импульс высокого напряжения. После того как появляется разряд в осветительном устройстве возникает сопротивление с отрицательным значением. Для его компенсации нельзя обойтись простым включением сопротивления в цепи. Это приведет к короткому замыканию и выходу из строя источника освещения.

Для преодоления энергетической зависимости, вместе с лампами дневного света применяются балласты или пускорегулирующая аппаратура.

С самого начала и до сих пор в светильниках применяются устройства электромагнитного типа – ЭмПРА. Основой прибора служит дроссель, обладающий индуктивным сопротивлением. Он подключается вместе со стартером, обеспечивающим включение и выключение. Параллельно подключается конденсатор с высокой емкостью. Он создает резонансный контур, с помощью которого формируется продолжительный импульс, зажигающий лампу.

Существенным недостатком такого балласта является высокое потребление электроэнергии дросселем. В некоторых случаях работа устройства сопровождается неприятным гудением, возникает пульсация люминесцентных ламп, отрицательно влияющая на зрение. Данная аппаратура отличается большими размерами, имеет значительный вес. Она может не запуститься при отрицательных температурах.

Все негативные проявления, в том числе и пульсации люминесцентных ламп удалось преодолеть с появлением электронного балласта – ЭПРА. Вместо громоздких компонентов здесь использованы компактные микросхемы на основе диодов и транзисторов, что позволило заметно снизить их вес. Данное устройство также обеспечивает лампу электрическим током, доводя его параметры до нужных значений, снижая разницу в потреблении. Создается нужное напряжение, частота которого отличается от сетевой и составляет 50-60 Гц.

На некоторых участках частота достигает 25-130 кГц, что позволило устранить мигание, негативно влияющее на зрение и снизить коэффициент пульсации. Прогрев электродов осуществляется за короткий промежуток времени, после чего лампа сразу же загорается. Использование ЭПРА существенно увеличивает срок годности и нормальной эксплуатации люминесцентных источников света.

Конструкция люминесцентной лампы

Высокие показатели световой отдачи выдает дуговой разряд в ртутных парах, сочетаясь с ультрафиолетовым излучением, преобразующимся в слое люминофора. В результате, по сравнению с обычной лампочкой, получается более ровный и устойчивый свет, максимально приближенный к естественному освещению. Лампа линейная люминесцентная относится к газоразрядным светильниками низкого давления.

Основным конструктивным элементом является стеклянная колба со стандартными диаметрами 12, 16, 26 и 38 мм. В обычных лампах она имеет прямую форму, а в компактных применяется более сложная конфигурация. На концах цилиндра установлены стеклянные ножки, герметично впаянные в торцы. Они предназначены для размещения электродов, изготовленных из вольфрамовой проволоки. В свою очередь, электроды соединяются методом пайки со штырьками цоколя.

Во внутреннем пространстве колбы создается вакуум, после чего сюда закачивается инертных газ, чаще всего аргон. К нему добавляется небольшое количество ртути или ртутного сплава. Поверхность электродов покрывается активными веществами, содержащими окислы бария, кальция, стронция и других элементов. Их работа заметно влияет на коэффициент пульсации.

Под действием приложенного напряжения в газовой среде возникает разряд электричества, значение которого ограничено компонентами пускорегулирующей аппаратуры. Одновременно из электродов начинает испускаться поток электронов, подвергающих ионизации атомы ртути. В результате, возникает видимое свечение и ультрафиолетовое излучение, невидимое обычным зрением. Далее, ультрафиолет попадает на слой люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность колбы. Под его воздействием возникает световое излучение в видимой части спектра.

Свечение лампы происходит за счет электрического разряда (в меньшей степени) и светящегося люминофорного покрытия, выдающего основную часть светового потока. В зависимости от состава люминофора можно получать любые цвета, начиная от обычного белого, и заканчивая разнообразными тонами и оттенками, количество которых постоянно увеличивается.

Особенности хранения, транспортировки, утилизации ртутных ламп

Стадии переработки мусора закреплены в соответствующей инструкции. Регламентируются правила хранения, сбора, транспортировки, ликвидации особоопасных выбросов:

Лампы, пришедшие в негодность, следует демонтировать с осторожностью. Запрещено выполнять действия, влияющие на целостность герметизационного устройства

Механическое повреждение ртутьсодержащей лампы или другого прибора требует выполнения мер, направленных на уменьшение интоксикации металла.
Хранение предполагает использование отдельно расположенных закрытых, специально оборудованных площадей. Контейнеры для складирования имеют специальную маркировку.
Транспортировка производится в транспортной упаковке. Вывозом и уничтожением токсичного мусора занимаются лицензированные организации. Транспортное средство, задействованное в перевозке опасного груза, должно иметь закрытый кузов и маркируется специальными знаками.
Обеззараживание отходов проходит путем демеркуризации.

Веществами 1-ого класса занимаются специализированные предприятия.

Особенности устройства

Конструкцией предусматривается несколько основных элементов:

• цоколь – контактная часть, а осветительные элементы с держателем Е40, Е27 легко установить в любой современный светильник;
• кварцевая колба – содержит инертный газ и некоторое количество ртути, соединена с электродами;
• внешняя колба – изготовлена из термостойкого стекла, по форме напоминает аналог накаливания, внутри находится кварцевая колба (горелка).

Газоразрядные источники света изнутри покрываются люминофором. Дуговая лампа содержит углекислый газ, который наполняет внешнюю колбу. Функционирует большинство подобных осветительных элементов посредством пускорегулирующего аппарата (ПРА), но есть и отдельный вид – газоразрядные лампы прямого включения, которые не требуют установки ПРА, а подключаются напрямую в сеть.

Интегрированный вспомогательный электрод означает, что ртутные лампы высокого давления не нуждаются в воспламенителе, но они должны работать на балласте. Лампы ртутного излучения высокого давления требуют нескольких минут горения и более длительного периода охлаждения до повторного зажигания после перебоев питания. Положение горения не ограничено.

Лампы ртутного излучения высокого давления выпускаются в различных формах; их наружные оболочки могут быть сферическими, эллиптическими или грибовидными, а в форме грибов — рефлекторными лампами. Светильники смешанного света соответствуют конструкции лампам ртутного излучения высокого давления; Однако во внешней стеклянной оболочке они имеют дополнительную нить, которая соединена последовательно с разрядной трубкой. Филамент принимает на себя роль токоограничивающего элемента, так что внешний балласт не требуется.

Конструкция лампы ДРЛ

Дуговые источники света функционируют на основе явления люминесценции. При этом свечение возникает под воздействием ультрафиолетового излучения. Его же продуцируют ртутные пары, которые входят в состав газообразного наполнения кварцевой колбы. Эти процессы возникают при условии, что через кварцевую горелку будет проходить электрический разряд.

Кроме того, теплый белый свет лампы накаливания дополняет отсутствующий красный компонент спектра ртути, так что улучшается цветопередача. Светильники смешанного света обычно имеют дополнительные люминофоры для дальнейшего улучшения светового и световой эффективности.

Смешанные световые лампы имеют сходные свойства с ртутными лампами высокого давления. Тем не менее, световая эффективность и срок службы значительно ниже, поэтому они не имеют особого значения при архитектурном освещении. Смешанные световые лампы испускают свет сразу после начала их подачи. Через несколько минут раскаленная часть возвращается назад, и разряд ртути достигает своей полной силы. Перед повторным зажиганием после прерывания питания лампам смешанного света требуется фаза охлаждения. Смешанные световые лампы не могут быть затемнены.

Дуговые металлогалогенные источники света (ДРИ)

Особенность таких ламп заключается в излучающих добавках, отсюда происходит и обозначение: ДРИ (дуговые ртутные осветительные элементы с излучающими добавками). По внешним признакам этот источник света сходен с аналогом ДРЛ.

Металлические галогенные лампы требуют как зажигания, так и балластов для работы. Вам необходимо время горения в течение нескольких минут и более продолжительный период охлаждения перед повторным зажиганием после прерывания питания. Для некоторых форм с двумя концами возможно немедленное повторное зажигание со специальными воспламенителями или электронным балластом. Металлические галогенные лампы обычно не тускнеют. Положение горения обычно ограничено.

Металлические галогенные лампы выпускаются в виде трубчатых ламп с одно — или двухсторонним основанием, в виде эллиптических ламп и отражающих ламп. Металлические галогенные лампы доступны в теплых белых, нейтральных белых и дневных светлых тонах. Как и пар ртути, спектр излучаемого света может быть расширен за счет увеличения давления паров даже при разрядах паров натрия. При достаточно высоком давлении получается приблизительно непрерывный спектр с улучшенными свойствами цветопередачи; Вместо монохромного желтого света лампы низкого давления на натриевом паре с очень плохой цветопередачей получается желтоватый до теплого белого света с умеренной и хорошей цветопередачей.

Ртутные лампы ДРИ

Отличие между ними заключается в том, что состав ДРИ включает в себя еще и специализированные компоненты, которые строго дозируются: галогенид натрия, индия и некоторые другие. Это способствует значительному повышению эффективности излучения.

Колба может иметь форму эллипсоида или цилиндра. Ртутные лампы данного вида сегодня все чаще содержат керамическую горелку вместо кварцевого аналога. Также газоразрядные источники света этой группы имеют более совершенную конструкцию, в частности, форма внутренней колбы может быть шарообразной. Ртутные лампы ДРИ требуют включения в цепь дросселя.

Однако улучшение цветопередачи сопровождается уменьшением световой эффективности. Лампы накаливания высокого давления аналогичны по своей структуре и функциям для ртутных ламп высокого давления, они также имеют небольшую емкость с палочкой в ​​виде стержня, которая окружена другой стеклянной оболочкой. В то время как выпускной сосуд сделан из кварцевого стекла в ртутных парах высокого давления, разрядный сосуд в натриевых лампах высокого давления изготовлен из оксида алюминия, поскольку на стекло нападают агрессивные пары натрия при высоком давлении.

Применяются газоразрядные осветительные элементы данного вида при организации наружного освещения: парков, улиц, площадей, их задействуют в качестве подсветки зданий, торговых и выставочных залов, а также крупных площадок (спортивных, футбольных полей).

Отработанные ртутьсодержащие лампы

Метод расчёта объёмов образования отходов

Расчёт количества отработанных люминесцентных ламп трубчатых и ртутных ламп для наружного освещения проводится по формуле:

N = Sn_i x t_i/k_i, шт./год

M = Sn_i ×m_i ×t_i ×10-6/k_i, т/год

где: n_i — количество установленных лампi-той марки, шт.;         t_i — фактическое количество часов работы лампi-той марки, час/год;         k_i — эксплуатационный срок службы лампi-той марки, час;         m_i — вес одной лампы, г.

Усредненный состав ртутьсодержащих ламп:

• стекло — 92 %;
• ртуть — 0.02 %
• другие металлы — 2 %
• прочее — 5.98 %

Исходные данные для расчета. 

Литература

1. Каталог«Лампы разрядные низкого давления люминесцентные», Информэлектро, 1986 г.
2. Каталог«Лампы разрядные высокого давления», Информэлектро, 1986 г.
3. Каталог«Лампы разрядные низкого давления люминесцентные типов ЛБ40-1Э, ЛБЦ 40-1Э», Информэлектро, 1988 г.
4. Каталог«Лампы разрядные низкого давления эритемные», Информэлектро, 1986 г.
5. Каталог«Лампы разрядные низкого давления ультрафиолетового излучения», 1986 г.
6. Лампы разрядные низкого давления09.50.01-90. М., Информэлектро, 1990.
7. В.В. Федоров. Люминесцентные лампы. М., Энергоатомиздат, 1992.
8. В.Ф. Ефимкина, Н.Н. Софронов. Светильники с газоразрядными лампами высокого давления. М. Энергоатомиздат, 1984.
9. Временные методические рекомендации по расчёту нормативов образования отходов производства и потребления. СПб., 1998.