Nguồn sáng (Phần 3)

Phần 3: ĐẶC TRƯNG CHỦ YẾU CỦA CÁC NGUỒN SÁNG

ĐÈN SỢI ĐỐT

Đèn sợi đốt nói chung là đèn có sợi đốt Wolfram tiêu chuẩn, chúng có nhiều dạng bóng đèn khác nhau (trong suốt, mờ, trắng đục, màu, v..v.). Phần lớn hiện nay là loại trắng đục có công suất trong khoảng 15 đến 1000 watts có đui xoáy hoặc đui ngạnh. Một số của đèn này thuộc loại để trang trí có hình dạng như ngọn nến hoặc hình chữ nhỏ. Những đèn này rất không hiệu quả, hiệu suất chỉ khoảng 11-19 lm/W. Thông thường chúng có thời gian sống tương đối ngắn khoảng 1000 giờ, nhưng chúng có giá thành ban đầu thấp và CRI=100, CT=2700K. Với những tiến bộ hiện thời của đèn huỳnh quang thu gọn và đèn sợi đốt pha hơi halogen thì việc tiếp tục sử dụng đèn sợi đốt thông thường là khó chấp nhận.

Đèn sợi đốt có lớp phản xạ là loại đèn sợi đốt Wolfram tiêu chuẩn có bóng đèn được tráng ở mặt trong hay mặt ngoài một lớp phản xạ để tăng cường tập trung ánh sáng theo một hướng nhất định. Đèn này thường có hai loại: Loại bóng có dạng chụm có lớp phản xạ nhôm và loại bóng phản xạ dạng nở xòe. Cũng giống như các đèn sợi đốt khác loại đèn này có thời gian sống ngắn, hiệu suất rất thấp. Công suất của đèn trong khoảng 40-300W

Đèn sợi đốt halogen sử dụng điện lưới thường có một hoặc hai đầu dùng ngay nguồn điện lưới không qua bộ biến đổi điện. Cũng thuộc loại đèn sợi đốt nên chúng có hiệu suất thấp so với các loại đèn khác. Tuy nhiên nhờ có các nguyên tử khí halogen nên so với đèn sợi đốt thông thường chúng có hiệu suất cao hơn 20% và đặc tính quang học cũng ổn định hơn với thời gian. Ngoài ra những đèn halogen loại mới với lớp tráng phản xạ tia hồng ngoại làm tăng hiệu suất của chúng lên đến 25-30% so với đèn halogen thông thường. So với đèn huỳnh quang thu gọn, hiệu suất của đèn halogen thấp hơn chúng làm việc không phụ thuộc vào nhiệt độ và định hướng của đèn. Ngoài ra chúng hướng được ánh sáng trên quãng đường dài và không quan tâm đến sự tương thích và chất lượng của nguồn điện.

Nguồn sáng điểm dùng sợi đốt Wolfram được dùng để tạo ánh sáng chiếu rọi và quảng cáo. Phần lớn loại đèn sợi đốt Wolfram pha halogen dùng được cho mục đích này nhất là khi việc điều khiển nghiêm ngặt để định hướng chùm sáng cần thiết. Một số ứng dụng tốt khác là chiếu hắt từ trần cao và chiếu rọi như đèn pha. Những đặc trưng chính của loại đèn này là: công suất 25-250 Watt (loại một đầu), 60-2000Watt (loại hai đầu); CT=3000 Kelvin, CRI=100, hiệu suất 11-17 lm/W (một đầu) và 14-23 lm/W (hai đầu), thời gian sống khoảng 2000 giờ (một đầu) và 3000 giờ (hai đầu)

Đèn huỳnh quang đường kính 38mm (còn gọi là T12)

Đó là loại đèn huỳnh quang ống dài có đường kính lớn nhất và là được thiết kế đầu tiên. Những đèn loại này đang lưu dùng hiện nay được tráng bột huỳnh quang halophosphate thông thường và nạp khí argon. Chúng là những đèn huỳnh quang hiệu suất thấp nhất và được khuyến cáo không nên lắp đặt mới và nên thay bằng đèn huỳnh quang có đường kính 26 mm. Đặc trưng của chúng như sau:

• Công suất P = 20 – 140 W
• CT=3000 – 4100 K
• CRI = 60 – 85, Hiệu suất = 45 – 100 lm/W (phổ biến là 70 lm/W dùng chấn lưu điện từ)
• Tuổi thọ trung bình – 8000 giờ.

Đèn huỳnh quang đường kính ống 26mm (T8)

Đây là loại đèn huỳnh quang ống dài thông dụng nhất ở Châu Âu. Đường kính của chúng bằng 26 mm. Đèn T8 là một trong các nguồn sáng huỳnh quang hiệu suất cao. Hơn nũa giá của chúng hiện nay thấp hơn giá của đèn T12. Đèn T8 được phân ra làm ba loại tuỳ thuộc vào loại bột phosphor tráng lên mặt trong thành ống:

• Bột huỳnh quang halophosphate: Bột này được sử dụng đã nhiều năm nay nhưng có nhược điểm là để đạt được chỉ số hoàn màu tốt thì lại phải hy sinh chỉ tiêu về hiệu suất. Chỉ số hoàn màu trong khoảng từ 50 đến 75.
• Bột huỳnh quang ba màu (còn gọi là triphosphors): loại bột này vừa có chỉ số hoàn màu tốt vừa có hiệu suất cao tuy nhiên nó đắt hơn bột huỳnh quang thông thường. Chỉ số màu nằm trong khoảng từ 80 đến 85.
• Bột huỳnh quang đa màu: chúng có chỉ số hoàn màu cao nhưng hiệu suất hơi thấp hơn so với bột ba màu. CRI của chúng thường bằng 90 hoặc hơn.

Trong quá trình làm việc bột huỳnh quang già hóa và thông lượng của đèn giảm. Hai loại bột sau cùng thường già hóa chậm hơn so với loại đầu nên chúng duy trì được thông lượng ánh sáng lâu hơn.

Đèn đường kính 26mm tráng bột huỳnh quang thông thường phát cùng thông lượng ánh sáng tính trên một đơn vị độ dài như đèn đường kính 38 mm nhưng chúng tiêu thụ năng lượng ít hơn 8%. Cùng loại đèn nhưng tráng bột ba màu không những tiêu thụ năng lượng ít hơn 8% nhưng phát hơn 10% thông lượng và có CRI cao hơn.

Đèn dùng bột huỳnh quang đa màu có CRI rất cao thường dùng trong triển lãm, bảo tàng, phòng trưng bày tranh v..v. và những ứng dụng khác đòi hỏi chỉ số hoàn màu cao.

Đưới đây là những đặc trưng chính của đèn huỳnh quang T8:

P = 10 – 58 W,

CT = 2700 – 6500 K,

CRI = 50 – 98,

Hiệu suất

100 lm/W (bột ba màu, chấn lưu điện tử),

97 lm/W (bột ba màu, chấn lưu điện từ),

77 lm/W (bột halophosphate, chấn lưu điện từ),

Tuổi thọ trung bình 8000 giờ.

Đèn huỳnh quang đường kính 16mm (T5)

Xuất hiện trên thị trường năm 1995 loại đèn này là sản phẩm mới của đèn huỳnh quang ống dài đường kính chỉ có 16 mm.

Loại đèn nhỏ này có hiệu suất tăng hơn 7% so với T8 (hiệu suất của nó là 95 so với 89%của T8). Thêm vào đó T5 cũng có lớp phản xạ tráng cùng lớp bột huỳnh quang nên hiệu suất của nó cũng cao hơn so với loại T8 có lớp phản xạ. Đèn T5 yêu cầu ổ cắm, chấn lưu và máng đèn riêng của nó. Do vậy loại đèn này thường dùng để lắp đặt mới. Những thông số chủ yếu của nó là:

P =14 – 80 Watts,

CT =3000 – 6000 K,

CRI = 85,

Hiệu suất = 80 – 100 lm/W,

Tuổi thọ trung bình = 8000 hours.

Đèn huỳnh quang thu gọn chân cắm.

Đây là loại đèn huỳnh quang thu gọn có chân cắm vào chấn lưu điện tử.

Nhìn chung, so sánh với đèn sợi đốt đèn huỳnh quang thu gọn phát tmột thông lượng ánh sáng tương tự với tiêu phí năng lượng chỉ bằng 20 – 30%. Thời gian sống của đèn này lớn gấp 8 lần so với đèn sợi đốt, công bảo dưỡng do vậy được giảm đi mặc dù giá ban đầu của đèn cao hơn. Với việc sử dụng bột huỳnh quang loại mới đặc trưng màu của đèn huỳnh quang thu gọn được cải thiện rõ rệt và nó thôi bị xem xét như là một nguồn sáng “thô kệch” như trước đây. CT của chúng thay đổi trong khoảng 2700 K (trắng ấm như của đèn sợi đốt) đến 6000 K (trắng lạnh như của ánh sáng ban ngày). Thêm vào đó CRI của loại đèn này có thể đạt đến 98 (so với cực đại là 100). Thời gian sống của chấn lưu lâu hơn thời gian sống của đèn, một chấn lưu có thể phục vụ cho vài đèn. Giá của loại đèn này hiện nay đã được giảm nhiều và xu hướng vẫn tiếp tục hạ.

Vì những nguyên nhân nói trên những đèn huỳnh quang thu gọn được lắp đặt mới thường được dùng riêng với chấn lưu. Đèn huỳnh quang thu gọn được ứng dụng rất rộng rãi để chiếu sáng bên tường ngoài, chiếu hắt từ trần và để trang trí. Nằm trong xu hướng tiếp tục của các nhà sản xuất nhằm thu gọn loại đèn này nhỏ gọn hơn nữa và có thể dùng nó để chiếu điểm như chiếu sáng các bảng thông báo v..v. Tại những nơi nào nhiệt độ môi trường thấp cần nhớ rằng đèn huỳnh quang thu gọn làm việc ở nhiệt độ thấp hơn đèn sợi đốt.

Hiện nay có rất nhiều dạng đèn huỳnh quang thu gọn dùng chấn lưu rời. Do dùng chấn lưu rời nên không gian xếp đặt của chấn lưu rộng rãi hơn và dễ chỉnh hệ số công suất hơn nếu đó là chấn lưu điện tử. Hệ số công suất được chỉnh về gần giống như trong trường hợp nếu chấn lưu điện tử được sử dụng. Đèn huỳnh quang thu gọn dùng chấn lưu rời có ưu điểm tối ưu được phân bố ánh sáng và ngăn người dùng vô ý cắm nhầm đèn sợi đốt.

Những ứng dụng lắp đặt mới (xem đèn huỳnh quang chấn lưu gắn liền): Đui đèn chứa chấn lưu cắm thẳng vào ổ cắm, có thể cắm vào đui đèn này một vài loại dèn huỳnh quang thu gọn chân cắm để thay thế cho các đèn sợi đốt tiêu chuẩn đang dùng trong các bộ đèn. Giống như đèn huỳnh quang thu gọn chân liền, những đui đèn này có tuổi thọ thấp hơn chấn lưu và thường chỉ kéo dài đủ dùng với 5 đèn mà thôi.

Những đặc trưng chính:

P = 5 – 55 Watt,

CT = 2700 – 6000 Kelvin,

CRI =85 – 98,

Hiệu suất = 45 -87 lm/W ( 70 cho đèn tráng bột huỳnh quang 3 màu),

Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 giờ.

Đèn huỳnh quang thu gọn tích hợp chấn lưu. Loại đèn này gắn liền với chấn lưu và đui ngạnh hoặc xoáy để cắm thẳng vào ổ cắm của đèn sợi đốt tiêu chuẩn.

So với đèn sợi đốt đèn huỳnh quang thu gọn phát một thông lượng ánh sáng tương tự với tiêu phí năng lượng chỉ bằng 20 – 30%. Thời gian sống của đèn này lớn gấp 8 lần so với đèn sợi đốt, công bảo dưỡng do vậy được giảm đi mặc dù giá ban đầu của đèn cao hơn.

Đặc trưng màu của loại đèn này ngày càng được cải thiện. CT của chúng thay đổi trong khoảng từ 2700 K (trắng ấm như đèn sợi đốt) đến 4000 K (trắng lạnh).

Đèn với chấn lưu liền được thiết kế để thay đèn sợi đốt. Giá của chúng giảm nhiều trong thời gian gần đây khiến việc thay thế của chúng ngày càng thuận lợi. tuy nhiên để lắp đặt đèn mới thì loại chấn lưu rời nói ở trên vẫn được ưa chuộng hơn.

Những đặc trưng chính như sau:

P =3 – 23 Watt, CT =2700 – 4000 K, CRI = 85, Hiệu suất = 30 – 65 lm/W, Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 giờ.

Những ảnh bên trên trình bày phân bố phổ của đèn huỳnh quang.

Standard High Pressure Mercury Lamps. Không giống như các loại pha trộn, đèn thủy ngân cao áp tiêu chuẩn không có điện cực khởi động. Do chúng có hiệu suất thấp, CRI thấp và ảnh hưởng không tốt lên môi trường do chứa thủy ngân nên loại đèn này hiện đã trở nên lỗi thời.

Đặc trưng chính: P = 50 – 1000 W, CT = 3900 – 4300 K, CRI = 33 – 50, Hiệu suất = 32 – 60 lm/W, Tuổi thọ trung bình 10000 – 24000 giờ.

Đèn Metal Halide (MH)

Đây là loại đèn phóng điện mà phần lớn ánh sáng được phát bởi hỗn hợp hơi thủy ngân và các sản phẩm phân ly của muối kim loại nhóm halogen (halide). So với đèn thủy ngân cao áp, đèn halide có hiệu suất cao hơn nhiều.

So với đèn Natri cao áp đèn halide có cùng nhiều ưu điểm nhưng có các đặc trưng khác nhau. Hiệu suất của MH tương đương của đèn HPS, chúng có công suất trong khoảng rộng từ 50 đến 2000 W. MH có ánh sáng trắng và lạnh hơn đèn HPS và có tính hoàn màu tốt hơn HPS và do đó được dùng ở những chỗ đòi hỏi hiệu suất và tính chất hoàn màu của đèn. Tuy nhiên với thời gian ánh sáng của MH cũng thay đổi. Những nhược điểm của MH so với HPS là chúng có thời gian sống ngắn hơn để trả giá lại cho việc có tính hoàn màu tốt hơn.

Những đặc trưng chính: P = 35 – 3500 W, CT = 2900 – 6000 K, CRI = 60 – 93, Hiệu suất = 65 – 120 lm/W (tiêu biểu là 70), Tuổi thọ trung bình khoảng 3000 – 20000 giờ.

Standard High Pressure Sodium Lamps (HPS)

Trong các loại HPS thì loại HPS tiêu chuẩn có đặc trưng màu cơ bản nhất (ngược với loại HPS trắng thông thường). Loại đèn này có hiệu suất tốt hơn và thời gian sống dài hơn so với đèn MH nhưng màu của chúng ít lạnh và ít trắng hơn và độ hoàn màu cũng không tốt bằng. So với đèn thủy ngân cao áp chúng có hiệu suất cao hơn. So với đèn Natri thấp áp hiệu suất của chúng thấp hơn nhưng độ trả màu tốt hơn.

Đèn HPS tiêu chuẩn có công suất trong khoảng từ 50 đến 1000 W. Những đèn công suất cao được đặt trong vỏ bảo vệ để dùng trong các môi trường công nghiệp. Tính chất hoàn màu của các đèn trong dải công suất nói trên làm tăng thêm khả năng ứng dụng của chúng. Những đèn HPS có màu ấm, thời gian bật lại ngắn, tuổi thọ dài. Chúng tương thích với các bộ đèn đường tầng cao và tầng thấp và có thể dùng để chiếu sáng tầng cao và hắt từ trần nhà trong các công sở công nghiệp. Đồng thời có thể dùng chúng trong các gian thể thao, bể bơi, tập nhịp điệu và để chiếu sáng ngoài trời ngay cả trong các bãi đỗ xe.

Những đặc trưng chính của đèn như sau: P = 50 – 1000 W, CT = 1700 – 2200 K, CRI = 20 – 65, Hiệu suất = 65 – 150 lm/W (thông thường là 110), Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 – 24000 giờ.

Đèn HPS ánh sáng trắng

So với đèn tiêu chuẩn loại đèn này có ánh sáng trắng hơn. Đèn HPS có hiệu suất thấp hơn đèn HPS tiêu chuẩn nhưng tiêu thụ công suất ít hơn và có đặc trưng màu cải thiện hơn. Do vậy mà chúng được sử dụng trong các ứng dụng giống như đèn MH kể cả các cửa hàng bán lẻ tư nhân.

Đặc trưng của chúng là: P = 35 – 100 W, CT = 2500 K, CRI = 80, Hiệu suất = 57 – 76 lm/W (thông thường là 65), Tuổi thọ trung bình khoảng 15000 giờ.

Đèn Natri áp suất thấp (LPS)

Đây là một trong các đèn phóng điện. Áng sáng phát ra do bức xạ của hơi natri. LPS là loại đèn hiệu suất cao nhất hiện nay có giá trị đến 200 lm/W. Bởi vì ánh sáng của đèn là màu vàng đơn sắc nên chỉ dùng chúng ở những chỗ không cần đến sự phân biệt màu sắc. Thông thườnh chúng dùng để chiếu sáng đường.

Những đặc trưng chính: P = 18 – 185 W, Hiệu suất = 100 – 200 lm/W, Tuổi thọ trung bình là 12000 – 24000 giờ.

Đèn cảm ứng tích hợp

Đây là đèn loại cảm ứng yêu cầu tích hợp hình học đặc biệt. Chúng có hiệu suất tốt cao đến 71 lm/W và chỉ số hoàn màu tốt (cao hơn 80). Do không có điện cực nên đèn có thể khởi động nhanh và có thể bật tắt nhiều lần mà không gây già hóa như trong trường hợp đèn có điện cực. Tuổi thọ của chúng khoảng 60000 giờ dài hơn nhiều so với loại đèn cảm ứng dùng chấn lưu gắn liền.

Những lĩnh vực ứng dụng là chiếu sáng ngoài trời cũng như trong nhà ở những chỗ mà việc thay đèn rất tốn phí hoặc rất nguy hiểm. Do những cải tiến mới đây (kích thước nhỏ hơn, giá hạ hơn) và hình dạng của chúng nên ánh sáng phát ra dễ điều khiển hơn so với trường hợp đèn huỳnh quang ống dài và cho phép tự do hơn trong việc thiết kế bộ đèn khiến chúng đôi khi được ưn chuộng hơn đèn huỳnh quang thông thường. Vì vậy, hiện nay, chúng có mặt tại các ứng dụng truyền thống như trong cửa hàng, thư viện, ở đâu mà phí tổn bảo dưỡng là quan trọng.

Những đặc trưng của đèn: P = 100 – 150 W, CT = 2700 – 3000 – 4000 K, CRI = 85, Hiệu suất = 71 lm/W, Tuổi thọ trung bình 60000 giờ.

Một dạng khác của loại đèn này là đèn cảm ứng chấn lưu liền. Chúng là những đèn cảm ứng liền với mạch tích hợp. Hiệu suất của chúng gần khoảng 50 lm/W cao hơn nhiều so với đèn sợi đốt và giống đèn huỳnh quang hiệu suất thấp. Tuy nhiên do không có điện cực nên chúng bền hơn và cho phép bật tắt rất nhiều lần so với trường hợp đèn có điện cực. Tuổi thọ của chúng khoảng 10.000 giờ nhỏ hơn loại đèn cảm ứng nói ở phần trên, nguyên nhân là do khó khăn trong việc điều khiển nhiệt độ của một vài phần tử quan trọng trong mạch của chấn lưu.

Do những đặc trưng của chúng (thời gian sống cỡ 10.000 hours, CT = 3000K, CRI = 82), những đèn này thường sử dụng tốt ở những chỗ mà việc động chạm đến đèn là khó khăn. Loại có chấn lưu gắn liền được coi như loại đèn hiệu suất cao để thay thế đèn sợi đốt có phản xạ trong nhiều ứng dụng cần đến chiếu sáng rộng. Đèn cảm ứng có thể làm ở dạng giống như đèn sợi đốt mà nó thay thế.

Đèn Sulphur

Đèn Sulphur là loại đèn không có điện cực, ánh sáng phát ra do bức xạ của các nguyên tử sulphur trong môi trường khí argon khi bị kích thích bởi sóng vi ba.

Đèn này không chứa thủy ngân, bền màu không ai sánh bằng, già hóa hầu như bằng không, thời gian khởi động rất ngắn, bức xạ hồng ngoại cực ít, bức xạ cực tím cũng rất yếu, hiệu suất cao (khoảng 100 lm/W), công suất cao, rất sáng và phân bố phổ đầy trong vùng nhìn thấy (xem hình trên). Đây là đèn lý tưởng để chiếu sáng trong nhà tại những nơi diện tích rộng như nhà máy, kho hàng, trường đấu và phố buôn bán. Nó cũng lý tưởng cho chiếu sáng ngoài trời và tiềm tàng cho ứng dụng chiếu sáng kiến trúc và an ninh.

Hai đèn sulphur lắp đặt tại tổng cục điện năng Washington là những nguồn sáng chất lượng cao mà lại rất tiết kiệm năng lượng đầu tiên. “Ống sáng” cũng là một thành tựu mới biểu diễn một khái niệm mới trong việc phân bổ ánh sáng. Ống sáng hoạt động như một nguồn “tưới tiêu” ánh sáng. Chúng dẫn ánh sáng đến đúng nơi mà ta muốn.

Đèn sulphur có thể điều chỉnh độ sáng về đến mức 30% cung cấp ánh sáng có nhiệt độ màu đến 6.000 Kelvin với CRI = 80. Do không có dây tóc nên loại đèn này không thay đổi màu và cường độ sáng với thời gian và hoàn màu gần đúng màu của các vật mà chúng chiếu sáng.

Đèn sulfur không điện cực được phát minh năm 1990 (ta nhớ lại rằng đèn điện đàu tiên được phát minh vào năm 1879 đánh dấu sự ra đời của chiếu sáng dùng điện, đèn huỳnh quang được trình diến lần đầu tiên vào năm 1933 và đến năm 1950 trở thành sự lựa chọn của đông đảo người dùng). Đèn sulfur được trình diễn lần đầu tiên vào năm 1994) bởi các nhà nghiên cứu làm việc cho hãng Fusion Systems Corporation đóng tại Rockville, Maryland. Công nghệ này hiện nay được phát triển như mặt hàng riêng của hãng mới mang tên Fusion Lighting cũng có trụ sở tại Rockville, Maryland.

Liệt kê danh sách để lựa chọn các đèn hiện có xung quanh ta là điều nhàm chán. Làm sao để thông tin cho người tiêu dùng có sự lựa chọn đúng? Đèn đã lựa chọn liệu có phải là tốt nhất chưa? Đèn mới thay liệu có mang lại tiện ích hơn đèn vừa thay thế không? Nhà quản lý cần phải xem xét ít nhất bảy đặc trưng trọng điểm trong quá trình lựa chọn đèn. Tầm quan trọng của mỗi đặc trưng phụ thuộc cụ thể vào trạng thái của các thiết bị và cơ quan sử dụng. Mỗi khi nhà quản lý và người chịu trách nhiệm đã xem xét bảy đặc trưng một cách kỹ càng họ sẽ dễ dàng và đúng đắn hơn để thiết lập sự ưu tiên và lựa chọn đèn. Bảy đặc trưng trọng điểm này (theo thứ tự) là: Giá, CRI, Thông lượng ánh sáng, Hiệu suất, Tuổi thọ, Bảo dưỡng và CT.

Để có một cách nhìn chung về sự lựa chọn đèn dùng trong chiếu sáng công cộng ta liệt kê dưới đây những giá trị chung của các tham số để so sánh các nguồn sáng. Những giá trị này được xem như là đại diện cho các loại đèn.

Giá thành của một số đèn tính cho việc chúng cấp 1200 triệu lumen-giờ

Giả thiết: Giá điện $0.07/kWh, thời gian phí tổn thay một bóng đèn là 5 phút, tiền công thuê khoán lắp đặt $20/giờ