白熾燈、鹵素燈、熒光燈、節能燈、LED燈,你分得清么
自從上次寫《六歲寶媽選護眼燈的經驗談》分享到媽媽群里後,朋友們紛紛表示帖子內容太少,大家最關心的頻閃、藍光等統統都沒說。這個怨我,因為涉及光源和護眼的內容實在太多了,看來要寫一個系列才行(笑~)。
接著前面那篇經驗談,如果在照度、色溫、照明高度、幅度這些基本的用光條件都差不多的情況下,檯燈光源的選擇還有什麼依據呢?白熾燈、鹵素燈、熒光燈、節能燈、LED燈,究竟哪種對孩子的眼睛最好呢?
在買燈之前我曾旁觀過很多討論,大致觀點是:
1、白熾燈最好,不過燈泡很難買;
2、鹵素燈是白熾燈的升級版,用鹵素燈最好;
3、用節能燈泡就可以,只要色溫能達標,可是貌似有輻射;
4、用手機照一下LED燈,只要手機屏幕上無閃爍就行。
到自己要給娃買燈的時候,我花了很多時間去搜索各種科普文章技術貼,發現以上觀點分別涉及到發光原理、國家政策、頻閃、色溫、……數了數一次說不完,看來想全部分享,真要寫一個系列。當然我不是專業人士,只是一個喜歡較真又愛娃心切的媽媽,如果分享的學習心得和經驗里有任何錯誤,歡迎隨時毫不留情地指出。
這次先介紹一下這幾種不同的電光源吧。
1、白熾燈
白熾燈(incandescent lamp),是將燈絲通電加熱到白熾狀態,利用熱輻射發出可見光的電光源。
我們小時候用的那種時間長了會很燙手、經常呼啦一下燒斷了燈絲的燈泡,就是白熾燈泡。
有個家喻戶曉的故事:愛迪生造電燈泡實驗999次都失敗,人們嘲笑他,他說,我至少知道999種方式是不行的了。
如果愛迪生聽到這個故事,可能會這樣回應:我沒說過這句話。
因為——早在愛迪生之前,英國電技工程師斯旺(j.Swan)從19世紀40年代末即開始進行電燈的研究。經過近30年的努力,斯旺最終找到了適於做燈絲的碳絲。1878年12月18日,斯旺試製成功了第一隻白熾電泡。
1879年,愛迪生也開始投入對電燈的研究,他認為 ,延長白熾燈壽命的關鍵是提高燈泡的真空度和採用耗電少,發光強、且價格便宜耐熱材料作燈絲,愛迪生先後試用了1600多種耐熱材料,結果都不理想。1879年10月21日的傍晚,愛迪生製成了碳化纖維(即碳絲)白熾燈,率先將電光源送入家庭。愛迪生採用碳化棉線作燈絲,把它放入玻璃球內,再啟動氣機將球內抽成真空。結果,碳化棉燈絲髮出的光明亮而穩定,足足亮了10多個小時(45個小時)。就這樣,碳化棉絲白熾燈誕生了,愛迪生為此獲得了專利。
之後愛迪生還一直致力於白熾燈的改進和大面積商用。後來的發明家們不斷改進白熾燈的材料和工藝,整個白熾燈的發展史是提高燈泡發光效率的歷史。
但是,在一百多年的時光里,這種努力並沒有達到理想的效果,白熾燈始終無法解決自身的原始缺陷:它所消耗的電能只有不到10%可轉化為光能(普通白熾燈只有2%),而其餘部分都以熱能的形式散失了。同時,燈絲溫度越高,鎢絲蒸發就越快,使得大多數白熾燈使用壽命都較短。
所以雖然白熾燈擁有很多優點——色光最接近於太陽光色,顯色性好,光譜均勻而不突兀——但是對能源的浪費巨大,自2007年初澳大利亞政府率先宣布以立法形式全面淘汰白熾燈開始,先後有十幾個國家和地區陸續發布了白熾燈淘汰計劃。我國也從2011年起逐步實行淘汰計劃,到2016年10月1日起,禁止銷售和進口15瓦及以上普通照明用白熾燈。
總結:想要用白熾燈作為檯燈光源,確實會出現購買困難。
2、鹵素燈
鹵素燈可以看做是白熾燈的升級版。
鹵素燈泡(英文:halogen lamp),簡稱為鹵素泡或者鹵素燈,又稱為鎢鹵燈泡、石英燈泡,是白熾燈的一個變種。原理是在燈泡內注入碘或溴等鹵素氣體,在高溫下,升華的鎢絲與鹵素進行化學作用,冷卻後的鎢會重新凝固在鎢絲上,形成平衡的循環,避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽(幾乎是白熾燈的4倍),同時由於燈絲可以工作在更高溫度下,從而得到了更高的亮度,更高的色溫和更高的發光效率。
作為白熾燈的升級版,鹵素燈擁有白熾燈的所有優點:色光最接近於太陽光色,顯色性好,光譜均勻而不突兀。但是鹵素燈也繼承了白熾燈的缺點:壽命短(儘管已經比白熾燈長)、發光效率低(儘管已經比白熾燈高),而且鹵素燈由於同樣是熱輻射光源,點燈中或剛熄燈後,因燈泡溫度仍然很高,絕對不可用手去觸摸。
另外,白熾燈和鹵素燈都有少量紫外線(UV)和紅外線(IR)輻射問題。如果要達到理想的護眼色度,必須使用大功率的燈泡,這樣紅外發熱量大又長時間近距離用,容易導致面部皮膚問題,加上紫外線輻射,甚至有可能導致日晒性皮炎等極端情況。所以如果要使用鹵素燈作為檯燈用光源的話,至少需要有UV保護處理——簡單的說就是燈頭出光的部分最好有一層磨砂或者部分磨砂且抗UV的玻璃面板。
3、普通熒光燈
我們小時候用的那種長長的燈管,就是熒光燈,也叫日光燈。傳統型熒光燈即低壓汞燈,是利用低氣壓的汞蒸氣在通電後釋放紫外線,從而使熒光粉發出可見光的原理髮光,因此它屬於低氣壓弧光放電光源。
普通熒光燈管塗鹵素熒光粉,填充氬氣、氪氬混合氣體。光色為:冷白日光色熒光燈管,暖白日光色熒光燈管。雖然熒光燈相比白熾燈,不會發燙,發光效率高很多,但是這兩種光色的熒光燈管,顯色性能較低,顯色指數R值小於40。遠遠小於太陽光,顯色指數R=100的標準值。觀看彩色物體表面顏色,產生色偏。色彩偏青、偏灰,色彩暗淡不鮮艷。這兩種熒光燈不屬於高效節能電光源,不符合綠色照明技術要求。
一般檯燈用光源很少使用普通熒光燈,所以簡單略過。
4、節能燈(CFL燈)
節能燈這個名字被廣泛濫用在除了白熾燈鹵素燈以外的電光源上,比如到處可見的用詞「LED節能燈」。這裡說的節能燈是緊湊型三基色電子熒光燈(國外簡稱CFL燈),是一種緊湊型、自帶鎮流器的日光燈。
詳細點說,CFL燈是一種單端緊湊型節能熒光燈。這種熒光燈的燈管、鎮流器和燈頭緊密地聯成一體(鎮流器放在燈頭內),除了破壞性打擊,無法把它們拆卸,故被稱為「緊湊型」熒光燈。由於無須外加鎮流器,驅動電路也在鎮流器內,故這種熒光燈也是自鎮流熒光燈和內啟動熒光燈。整個燈通過E27等燈頭直接與供電網連接,可方便地直接取代白熾燈。這種熒光燈大都使用稀土元素三基色熒光粉,因而具有節能功能,所以被稱為「節能燈」。
節能燈體積小,比白熾燈節省能源,壽命也比白熾燈長。但是缺點也很明顯:作為熒光燈的一種,燈管內添加了汞,在目前沒有好的回收機制的情況下,造成的環境污染是不可忽視的。另外節能燈使用的鎮流器在產生瞬間高壓時,會產生一定的電磁輻射。
作為檯燈用光源,CFL燈最關鍵的問題在於色溫和顯色性。這個會在後面的系列文里講。
5、LED燈
LED是英文 light emitting diode (發光二極體)的縮寫。發光二極體,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。
LED的心臟是一個半導體的晶片,晶片的一端附在一個支架上,一端是負極,另一端連接電源的正極,使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它裡面空穴佔主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用於這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴複合,然後就會以光子的形式發出能量,這就是LED發光的原理。
因為LED燈發熱量不高,把電能量儘可能地轉化成了光能,所以LED等經常也被稱為「LED節能燈」。在購買節能燈的時候,一定要區分清楚LED和CFL這兩種完全不同的光源。
同樣被稱為節能燈,相對於CFL燈,LED燈環保不含汞,可回收再利用,這恐怕是各國大力開發LED燈的一大動力。
LED燈擁有很多優點,放在檯燈光源上主要是以下幾點:
①綠色環保:眩光小,無輻射,使用中不產生有害物質。
②壽命長、性能穩定,不存在燈絲髮光易燒、熱沉積、光衰等缺點。
③多變換:LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理,在計算機技術控制下,產生不同的顏色、強度以及色溫。——在不同的使用環境和光線背景下,這一點很重要(請參考上一篇《六歲寶媽選護眼燈的經驗談》)。
但是LED燈也有眾所周知的缺點:藍光、頻閃問題,這也是眾多護眼燈大做文章的地方。
不好意思,這次大家最關心的頻閃、藍光等問題,又沒說。下一篇一定一定,後面還會加上色溫、顯色性兩個重要的內容。感謝各位寶媽的信任和鼓勵。
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