节能灯与普通白炽灯的比较

08051

节能灯节能效果与寿命的研究

金业迅

(上海闵行民办文绮中学，初二（2）班，上海市200240)

摘要：

随着社会的发展，能源的消耗制约着整个国民经济的发展。同时从环保的角度来讲，节约能源意味着减少二氧化碳的排放。目前政府大力推广节能灯的使用，那么节能灯与白炽灯比较，节能效果如何？频繁开关节能灯是否会增加能耗？以及寿命如何？经济性如何？带着这一系列问题，我进行了试验比较，得到相关数据和结论。

关键词：节能灯、白炽灯、寿命、电流

1．课题的提出

当今社会人们的生活质量不断提高，能源消耗也逐年攀升。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百分之十的速度增长。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，海平面上升，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，但是很多人怀有疑惑，认为节能灯售价较高，寿命较短，节约下的电还不够买灯钱。言下之意，节能灯节电但不省钱。我还在网上查到这样一则信息：一说起节约用电，很多市民脑中闪现的第一个印象就是随手关灯。随手关灯是好习惯，但对节能灯而言，不能开关太勤，因为它的启动电流过大，反而费电。另外还会影响寿命，一般来说，在一两个小时以内暂时离开就不必关灯。

果真如此吗？我想通过一系列的实验来进行开关时，消耗能量的情况和灯的寿命与节能灯和白炽灯消耗能量的研究。

2．节能灯和白炽灯的工作原理

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5瓦的节能灯光照可视为等于25瓦的白炽灯，7瓦的节能灯光照约等于40瓦的，9瓦的约等于60瓦的。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5000小时以上，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1000小时左右。光效大约在每瓦10流明左右。

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10W节能灯进行对比试验。3．试验过程的设计

试验材料：40W白炽灯（PHILIPS菲利普品牌） 1 个

10W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

接线图见图1.

图1

（1）节能灯与普通白炽灯的节能效果比较

a) 两种灯泡的比较正常开启情况下，万能表实际读数：（表1）

b) 正常使用时两种灯泡的比较（表2）

（2）节能灯频繁开关与长久开启的节能效果比较

c) 经常开关情况下两种灯泡的比较（表3）

d) 节能灯在不同开关频次的情况下的比较（表4）

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（表5）

4．数据计算整理

1）能耗计算

根据计算公式：I=W/（U*T）

式中：I——电流，A（安培）

U——电压，V（伏特）

W——耗电量，kW.h（千瓦小时）

a) 二种灯正常开启10小时后，根据电度表实测耗电量计算其平均电流:

10W节能灯：I=0.06/(220×10)=2.72×10-5 (A)=0.027（mA）

40W白炽灯：I=0.45/(220×10)=2.045×10-4 (A)=0.204（mA）

b) 二种灯开通5 S，关闭5 S时，开启12小时后，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÷2)=5.68×10-5 (A)=0.0568（mA）

40W白炽灯：I=0.270/(220×12÷2)=2.04×10-4 (A)=0.204（mA）

c) 节能灯开通15 S，关闭15 S时，开启29.5小时后，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÷2)=4.93×10-5 (A)=0.0493（mA）

d) 节能灯开通30 S，关闭30 S时，开启48小时后，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÷2)=4.61×10-5 (A)=0.0461（mA）

1）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。

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（小时）的函数关系式：t = K/f + C

20.8 = K/15 + C ①

7 = K/60 + C ②

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6000小时，按函数关系式可以计算出它允许的开关频次f。

6000 = 276/f + 2.4

得到：f =0.046次/分钟=2.76次/小时≈3次/小时从计算结果看，当开关频次小于每小时3次时，节能灯的寿命就能达到包装盒上所述的寿命。

5．试验发现

a) 万能表测量电流与实际计算不符

电灯稳定发光时的电流值比较，10W节能灯的万能表读数为6 mA，而实际计算出的电流为0.027 mA；40W白炽灯的万能表读数为42 mA，而实际计算出的电流为0.204 mA。

分析原因：万能表没有测量交流电流的功能，在测量时，只能将量程开关拔至直流电流50 mA，用此量程来测量交流电流肯定是不准的，此时的万能表表盘上的读数可能是交流电流的峰值；从电度表读取的耗电量为有效值，电压220V