Na ile jest oszczędna żarówka energooszczędna?

Niedawna akcja Godzina dla Ziemi symbolicznie przypomniała to, co i tak było nam wiadome - że prąd dobrze jest oszczędzać. I podobnie jak inne antykonsumpcyjne akcje, ta zyskuje duże poparcie i prawie zerową skuteczność. Każdy wie, że prąd trzeba oszczędzać, więc niech to robią inni.

Jest jednak kwestia wiążąca się z oszczędzaniem, wokół której narosło wiele mitów - a jak bardzo są oszczędne żarówki energooszczędne? Bo mówi się, że częste włączanie i wyłączanie tylko bardziej szkodzi niż pożytkuje...

Żarówka klasyczna zgodnie ze swoją nazwą żarzy się. Składa się ze szklanej banieczki wypełnionej rozrzedzonym gazem obojętnym, i drucika z trudnotopliwego materiału - w pierwszych żarówkach Edisona było to przewodzące włókno węglowe, potem Auer wprowadził osm a dziś używa się stopów wolframu.  Drucik przewodzący jest bardzo cienki i zgodnie z prawem oporności, mając mały przekrój wykazuje duży opór elektryczny i silnie się nagrzewa, aż do świecenia.
Problemem takiej żarówki jest jednak to, iż podgrzanie stanowi wyjątkowo nieefektywną metodę wytwarzania światła - spośród energii zużytej przez żarówkę na wytworzenie światła przypada tylko 1-5%, reszta jest uwalniana jako podczerwień lub przekazywana jako ciepło. Wydajność tą można zwiększyć podwyższając temperaturę, lecz wtedy obniża się żywotność żarówki wywołana parowaniem wolframu.
Dodatek halogenu do gazu pozwala zmniejszyć te straty i podwyższyć temperaturę, dzięki czemu lampy halogenowe zużywają mniej energii na wydzielenie światła tak samo jasnego.

A jak działają kompaktówki?
Są to świetlówki składające się z rurki wypełnionej oparami rtęci. Przyłożenie wysokiego napięcia do końców rurki powoduje jonizację par pierwiastka - wzbudzone za sprawą zderzenia z elektronami atomy rtęci powracają do stanu podstawowego, wypromieniowując energię w formie ultrafioletu. Ultrafiolet pada na luminofor pokrywający wnętrze rurki, który naświetlony ultrafioletem zaczyna fluoryzować światłem białym. Bardzo niewiele energii jest przekształcane na ciepło, dlatego świetlówki nie nagrzewają się tak jak żarówki. Wydajność energetyczna przekształcenia pracy w światło wynosi zależnie od rodzaju 8 do 12 %, niektóre typy do 15%. Oznacza to, że na wytworzenie światła o takim samym natężeniu, świetlówka zużywa 4-5 razy mniej energii. Świetlówka o jasności opowiadającej żarówce 60 W zużywa 12-15 W.
Ich podstawową wadą jest zawartość rtęci, przez co nie powinno się ich wyrzucać do zwykłych śmietników, a w razie rozbicia w domu zebrać resztki do szczelnego woreczka i przewietrzyć mieszkanie. Z drugiej strony ilość potrzebnej rtęci została w ostatnich latach zminimalizowana do kilku miligramów - kiedyś czytałem książkę o doświadczeniach fizycznych z lat 70., w której fizyk jako przykład obserwacji bezwładności podawał ruch... kropel rtęci w świetlówkach oświetlających wagoniki metra, czyli że dawniej musiało jej być w świetlówce na tyle dużo że było naocznie zauważalna.

Prąd rozruchu (inrush current)
Tym co wzbudza największe kontrowersje i co stało się źródłem mitu o włączaniu, jest dla świetlówek prąd rozruchu. Jest to prąd pobierany w momencie włączenia, potrzebny do rozruchu urządzenia, mający postać nagłego ale chwilowego skoku natężenia pobieranego prądu. Jest to związane z koniecznością zainicjowania odpowiednich procesów w urządzeniu - w kondensatorach jest to prąd ładowania, czyli rozkładanie ładunku na powierzchni okładki. Wysoki prąd rozruchu mają na przykład żarówki - w pierwszym momencie, gdy włókno jest jeszcze zimne, ma dosyć wysoką przewodność elektryczną, toteż przez chwilę następuje duży przepływ energii  a prąd może osiągać wartość do kilkunastu amperów; potem włókno rozgrzewa się i zaczyna wykazywać duży opór.

Podobna sytuacja występuje w świetlówkach. Prąd rozruchu dla świetlówek kompaktowych to ok. 7-10 A. Ile jest to energii? Cóż, możemy to przeliczyć na moc, czyli waty. Moc P to napięcie U razy prąd I czyli:

P= U*I

Wiedząc że prąd w gniazdku to w Polsce 230 V i przyjmując wartość prądu rozruchu za 10A, możemy policzyć:

230V*10A=2300 W = 2,3 kW

Jak więc widzicie, pobór prądu jest gigantyczny. Z tego też powodu często się mówi że gdy świetlówka jest często włączana i wyłączana, to zżera więcej prądu niż zaoszczędza, przez co lepiej jest ją zostawić zapaloną niż włączać na krótko.

Jednak tym co dla nas jest najważniejsze, to nie pobór prądu, tylko koszty, a liczniki zliczają prąd w kilowatogodzinach, a więc liczą w ilość prądu pobraną w czasie. To ile kWh zużyje świetlówka na rozruchu,. zależy więc od tego jak długo ten rozruch trwa. Wraz z przestrogami przed częstym włączaniem po świecie krążą różne czasy - jedni mówią o kilku sekundach, inni o minucie a parę razy słyszałem że zwiększony pobór trwa całe pięć minut. Wystarczy jednak dobrze poszukać aby przekonać się, że jest to czas bardzo krótki. Nie minuta, nie sekunda ale zaledwie kilka milisekund. Zwykle, zależnie od typu świetlówki, jest to od 1 do 5 milisekund.[1] Impuls rozruchowy to nie jest to samo co czas rozgrzewania się świetlówki, w którym stopniowo osiąga ona właściwą jasność - w momencie pojawienia się pierwszego światła rozruch już ustał, teraz jedynie musi odparować więcej rtęci aby natężenie ultrafioletu było odpowiednie.

Jak łatwo się domyśleć, nawet gigantyczny pobór prądu w ciągu ułamku sekundy przełoży się ostatecznie na małe zużycie, liczone przez liczniki w kilowatogodzinach. Przyjmijmy wyliczoną wartość prądu rozruchu i przyjmijmy że impuls ten trwa 5 ms. 

5 ms = 0,005 s = 0,000083 h

2,3 kW * 0,000083 h = 0,00019 kWh

Oznacza to że świetlówka z bardzo dużym prądem rozruchu, ale trwającym ułamek sekundy, wywoła zużycie prądu obciążające naszą kieszeń o setne części grosza. To zupełnie niezauważalne. Tak na prawdę nawet jeśli świetlówka jest w miejscu, w którym co chwila się ją zapala i gasi, to zgaszenie jej na sekundę wywoła większą oszczędność energii, niż zużycie w momencie zapalenia.
Internetowe porady, mówiące, że lepiej żeby się długo paliła, niż żeby była kilka razy włączana są zatem szkodliwe.

Jeszcze wyższe prądy rozruchu mają lampy LED, sięgające w impulsie do 100-200 A. Przy tak wysokich skokach trzeba brać pod uwagę skoki poboru przy włączaniu na raz większej ilości lamp, bo automatyczne bezpieczniki mogą się wyłączać biorąc to za zwarcie.

Tak więc świetlówka energooszczędna naprawdę oszczędza.
------
*  http://www.wmae.pl/userfiles/file/Baza%20wiedzy/Publikacje/swietlowki_generatorem_oszczednosci.pdf
[1] http://www.electrical-installation.org/enwiki/Electrical_characteristics_of_lamps