Titel/onderzoeksdoel
Wij doen in dit verslag weergave van ons onderzoek naar het rendement van spaarlampen in verhouding tot dat van gloeilampen, en welke van de twee lampen op de lange duur goedkoper en/of milieuvriendelijker is.
Inleiding
Met dit praktisch onderzoek hebben wij geprobeerd aan te tonen dat het gebruik van een spaarlamp voor normale verlichting milieuvriendelijker is dan het gebruik van de gebruikelijke gloeilamp. Met milieuvriendelijk bedoelen wij onder andere een zo hoog mogelijk rendement, een lange levensduur, lage productiekosten en zo min mogelijk schadelijke stoffen verwerkt in de lamp. De levensduur kunnen wij moeilijk zelf meten, net als de productiekosten en of er al dan niet schadelijke stoffen in de lamp verwerkt zijn. Hiervoor moeten wij afgaan op wat de producent vermeldt. Wat wij wel zelf kunnen meten is het rendement van een lamp. Een lamp zet namelijk de toegevoerde energie om in warmte, zichtbaar licht, en onzichtbaar licht als ultraviolette straling of infrarode straling. Hoe hoger het rendement, hoe minder de warmte die de lamp uitzendt of hoe meer zichtbaar licht wordt uitgezonden. Door nu óf de hoeveelheid warmte óf de hoeveelheid zichtbaar licht te meten is het rendement (ongeveer) uit te rekenen. Je vergelijkt dan deze energie, de nuttige energie, met de energie die erin gestopt wordt. Wij kozen voor de lichtmeting. Er zijn een aantal manieren voor het meten van licht. De manier die wij gebruikt hebben is de meting van de verlichtingssterkte met behulp van een digitale luxmeter. Hiermee wordt de fotometrische (lumineuze) flux gemeten per oppervlakte-eenheid, uitgedrukt in lux of het aantal lumen per vierkante meter. Een andere manier voor lichtmeting is door een spectrofotometer te gebruiken, die de intensiteit van de straling per golflengte meet. Wij hadden deze helaas niet tot onze beschikking, dus moesten wij het doen met de betrekkelijk ruige meting van een luxmeter. Een ander nadeel van lichtmeting op deze manier, is, behalve de ruige meting, dat met de uitkomst lastig te rekenen valt. De lumen kan je bijvoorbeeld niet omzetten in joules en zo makkelijk het rendement berekenen. Wat je wel kan doen is gaan vergelijken. Je berekent wat de lichtstroom is van een lamp en deelt deze door het vermogen. Zo krijg je de specifieke lichtopbrengst (het lichtrendement) in lumen per watt. Deze waarde kun je per lamp berekenen, tegen elkaar uitzetten en zo verkrijg je een beeld van het rendement van een lamp in vergelijking met andere lampen. Dat is wat wij gedaan hebben in deze proef.
Gloei- en spaarlampen
Een gloeilamp is een lamp waarvan het licht afkomstig is van een verhit onderdeel.
Een weerstandsdraad (gloeidraad) wordt door electrische stroom verhit. De gloeidraad kan hierbij temperaturen van 2500-3400 K bereiken en moet om verbranding te voorkomen in een afgesloten glazen ballon geplaatst worden, die vroeger vacuüm werd gezogen, maar tegenwoordig met een inert gas wordt gevuld. In dat laatste geval is de verdampingssnelheid minder waardoor de levensduur van de gloeidraad beperkt wordt. Daarom wordt de gloeidraad gemaakt van wolfram, een metaal met zeer hoog smeltpunt. Het verdampingsproces veroorzaakt het zwart worden van de glazen ballon door het neerslaan van het metaal. Na verloop van tijd wordt de draad dunner en breekt. Om een zo gunstig mogelijk rendement te verkrijgen en om een zo groot mogelijk lichtgevend oppervlak te krijgen wordt de gloeidraad meestal tot een (dubbele) gloeispiraal gewikkeld, waarbij de lussen elkaar verhitten en zo min mogelijk warmte verloren gaat. De gloeilamp heeft een levensduur van circa 1000 uur. Wij hebben in dit onderzoek 12 gloeilampen gebruikt met 5 verschillende wattages. In de jaren tachtig kwam Philips als eerste met de compacte fluorescentielamp. Omdat deze lamp weinig stroom verbruikte kreeg deze de naam spaarlamp. Spaarlampen werken volgens het principe van de TL-buis. Het licht wordt voortgebracht door middel van ontlading van electronen, de glazen buis van de lamp bevat kwikdamp op lage druk en de wand van de buis is bekleed met fluorescentiepoeder dat de UV-straling omzet in zichtbaar licht. Ook is er een voorschakelapparaat nodig, dat bestaat uit een smoorspoel en een starter, om de lamp te laten werken. De spaarlamp bevat dezelfde soort buis, alleen kleiner en opgevouwen, ook zit de voorschakeling en de starter in de voet van de lamp gebouwd. Hierdoor past hij in de gebruikelijke gloeilampaansluiting. Een spaarlamp gaat, volgens de fabrikant, 8000 uur mee. De aanschafprijs van een spaarlamp ligt rond de ƒ25,-. Wij hebben in dit onderzoek twee verschillende soorten spaarlampen gebruikt, een kleine spaarlamp met electronische ballast en vier opgestelde en doorverbonden buisjes (de Osram spaarlamp en de Philips PLC*E-lamp, beide 11 watt) en een iets grotere spaarlamp met een gevouwen TL-buis (de Philips SL-lamp, 13 watt). Alle drie de lampen komen, volgens de fabrikant, met betrekking tot de lichtstroom overeen met gloeilampen van 60 watt.
Theorie
Het lichtrendement wordt gegeven als lumen/watt. De lumen is een maat voor de lichtstroom. De luxmeter meet de verlichtingssterkte (E) in lux. Lux kan omschreven worden als lumen/m2. Om de totale lichtstroom van de lamp (in lumen) uit te kunnen rekenen, moet de lichtbron beschouwd worden als een puntvormige bron, en moet de waarde die de luxmeter aangeeft geïntegreerd worden over de stralingsbol. Hiervoor is de formule lx * (4 * r2) van toepassing. (4 * r2 is de oppervlakte van de stralingsbol en lx is de luxwaarde die de meter aangeeft.)
Meetmethode
Onze meetmethode bestond uit het meten van de lichtsterkte. Hiervoor gebruikten wij een luxmeter. We stelden de lampen op in een donkere kamer, omgeven door zwart papier om reflecties tegen te gaan. Vervolgens maten wij op verschillende afstanden de lichtsterkte (we gebruikten een meetlint om de afstand precies te bepalen). Wij gebruikten een serie lampen van alle 40 watt maar van verschillende soorten, en een aantal lampen van verschillende wattages. Bij de gloeilampen hebben wij recht boven de lamp gemeten, bij de spaarlampen onder een hoek van 90 graden. Hiervoor hebben wij gekozen omdat spaarlampen (over het algemeen) in deze stand gebruikt worden. Met het meten van de lichtsterkte van de spaarlampen moesten wij wachten tot de lamp zijn optimale sterkte had bereikt, dit duurde zo'n 5 minuten. Hieronder een schematische weergave van de meetopstelling.
Meetresultaten
Deze hebben wij genoteerd en verwerkt in onderstaande tabel.
Tabel I Soort lamp Lux op 0.5m Lux op 1.0m Lux op 1.5m 40 watt vensterlamp mat wit 225 77.0 34.0 40 watt spiegelreflexlamp mat grijs 895 260 136 40 watt gloeilamp mat grijs 158 46.0 22.0 40 watt kleine gloeilamp mat grijs 141 42.0 20.8 40 watt gloeilamp helder 123 39.8 20.2 25 watt koolstof gloeilamp helder 29.2 9.20 4.80 60 watt gloeilamp mat grijs 248 77.0 38.0 60 watt gloeilamp mat wit 185 51.0 27.3 75 watt gloeilamp mat wit 262 78.0 39.1 75 watt vensterlamp mat wit 540 145 68.0 100 watt gloeilamp mat grijs 520 154 73.0 100 watt gloeilamp mat wit 379 120 58.0 11 watt Osram spaarlamp 232 74.6 36.5 11 watt Philips spaarlamp 196 48.8 25.1 13 watt Philips SL spaarlamp 150 45.6 22.5
Deze resultaten hebben wij voor de duidelijkheid ook verwerkt in onderstaand diagram.
Wat uit dit diagram goed blijkt is dat de lichtsterkte kwadratisch afneemt als de afstand verdubbelt. Neem bijvoorbeeld de lichtsterkte van de 60 watt mat grijze gloeilamp op 1 meter, 77 lux. Deze waarde zou nu 77 / (1.5)2= 34 lux op 1.5 meter moeten zijn, en de gemeten waarde komt daar dicht bij in de buurt, namelijk 38 lux.
Deze gegevens hebben wij geïntegreerd over een bol, waarbij we de lichtbron beschouwen als een puntvormige bron. Hiervoor hebben wij de formule lx * (4 * r2) gebruikt. Hierbij is lx de luxwaarde die wij gemeten hebben en r de afstand waarop wij gemeten hebben. De gevonden waarden (in lumen) zijn in onderstaande tabel terug te vinden.
Tabel II Soort lampLm op 0.5m Lm op 1.0m Lm op 1.5m 40 watt vensterlamp mat wit 706.9 967.6 961.3 40 watt spiegelreflexlamp mat grijs 2811 3267 3845 40 watt gloeilamp mat grijs 496.4 578.1 622.0 40 watt kleine gloeilamp mat grijs 441.4 527.8 588.1 40 watt gloeilamp helder 406.8 500.1 571.1 25 watt koolstof gloeilamp helder 91.73 115.6 135.7 60 watt gloeilamp mat grijs 779.1 967.6 1074.4 60 watt gloeilamp mat wit 581.2 640.9 771.9 75 watt gloeilamp mat wit 823.1 980.2 1106 75 watt vensterlamp mat wit 1696 1822 1923 100 watt gloeilamp mat grijs 1634 1935 2064 100 watt gloeilamp mat wit 1191 1508 1640 11 watt Osram spaarlamp 728.9 937.4 1032 11 watt Philips spaarlamp 615.8 613.2 709.7 13 watt Philips SL spaarlamp 471.2 573.0 636.2
De lichtstroom op 0.5 meter nemen wij niet op in de gemiddelde lichtstroom omdat op die afstand de diameter van de lichtbron te significant wordt en de bron dus niet meer als puntvormige bron beschouwd kan worden. De verhouding afstand tot lamp en diameter lamp moet groter zijn dan 5:1, wil de meting nog significant zijn.
Hieronder de resultaten van de gemiddelde lichtstroom berekening en de omzetting in lichtrendement. We hebben dus de lichtstroomwaarden van 1 meter en 1.5 meter opgeteld en gedeeld door twee.
Tabel III Soort lamp Lm gemid. Lichtrendement (lm/W) 40 watt vensterlamp mat wit 964.5 24 40 watt spiegelreflexlamp mat grijs 3556 89 40 watt gloeilamp mat grijs 600.0 15 40 watt kleine gloeilamp mat grijs 558.0 14 40 watt gloeilamp helder 535.6 13 25 watt koolstof gloeilamp helder 125.7 5.0 60 watt gloeilamp mat grijs 1021 17 60 watt gloeilamp mat wit 706.4 12 75 watt gloeilamp mat wit 1043 14 75 watt vensterlamp mat wit 1872 25 100 watt gloeilamp mat grijs 1999 20 100 watt gloeilamp mat wit 1574 16 11 watt Osram spaarlamp 984.7 89 11 watt Philips spaarlamp 661.5 60 13 watt Philips SL spaarlamp 604.6 47
Voor de duidelijkheid hebben wij de lichtrendementwaarden uitgezet in onderstaand diagram.
Het lichtrendement van de 40 watt venster- en spiegelreflexlampen steken opvallend uit boven de andere 40 watt lampen. Dit komt doordat wij in de kegelvormige lichtbundel hebben gemeten, en de resultaten over een bol geïntegreerd hebben.
Conclusie en evaluatie
Het rendement van spaarlampen is hoger dan dat van gloeilampen. Uit tabel III blijkt dat een spaarlamp een lager wattage nodig heeft dan een gloeilamp met dezelfde lichtopbrengst. De 60 watt mat grijze gloeilamp geeft bijvoorbeeld een lichtstroom van 1021 lumen, ongeveer net zoveel als de 11 watt Osram spaarlamp. Je kunt dan zeggen dat het rendement van die spaarlamp 89/17=ongeveer 5 maal zo hoog ligt. De afwijkende waarde van de spiegelreflexlamp en de vensterlamp van 40 watt wordt veroorzaakt doordat deze lampen de lichtstroom één kant op richten. Deze lampen kunnen dus het best gebruikt worden om gericht te verlichten. Ook maakt het uit welke kleur de lamp heeft. Een lamp geeft een hogere lichtstroom als deze mat grijs is, dan als de kleur mat wit is. Kijk maar naar tabel III, en vergelijk de lichtstroom tussen de twee 60 watt lampen of tussen de twee 100 watt lampen. De gevonden waarden komen overigens zeer goed overeen met de literatuurwaarden. De fabrikant vermeldt bijvoorbeeld dat de lichtstroom van de Philips SL spaarlamp rond de 600 lumen ligt, dit komt overeen met de waarde die wij gevonden hebben, namelijk 605 lumen. Op het punt van de levensduur wint de spaarlamp het van de gloeilamp, volgens de fabrikant gaat een spaarlamp namelijk 8 maal langer mee dan een gloeilamp. Over de milieuvriendelijkheid van de spaarlamp zijn wij wat minder positief, deze bevat namelijk kwikdamp, wat het milieu schaadt. Hoewel dit geen probleem op zal leveren als de lamp met het klein chemisch afval wordt meegeleverd, waar men met kwikdamp wel raad weet. Over de productiekosten van beide lampen kunnen wij niet zoveel zeggen, maar wij nemen aan dat die hoger zullen liggen bij de fabricage van spaarlampen.
Onderstaand tabel is een prijsvergelijking en geeft weer welke van de twee lampen op de lange duur goedkoper is. We gaan er hierbij uit van 8000 branduren en nemen twee lampen met dezelfde lichtstroom.
Tabel IV
60 watt gloeilamp11 watt spaarlamp Aanschafkosten (in ƒ) 20.- 29.50 Verbruikskosten (in ƒ) 134.40 24.65 Totale kosten (in ƒ) 154.40 54.15 Besparing (in ƒ) 100.25
Toelichting bij tabel IV, de aanschafkosten van de gloeilampen zijn berekend door de prijs van een gloeilamp te vermenigvuldigen met 8. De gemiddelde electriciteitsprijs is gesteld op ƒ0.28/kWh. Berekening verbruikskosten: ((8000 * wattage)/1000) * 0.28. Zo zie je dat een spaarlamp, met zijn lage verbruikskosten, een behoorlijke besparing op kan leveren. Conclusie is dat de spaarlamp, door zijn lange levensduur en lage verbruikskosten, goedkoper is dan de gloeilamp. Hoewel er kwikdamp in verwerkt is en de productiekosten hoger zullen liggen, weegt het lage energieverbruik toch zwaarder, dus vinden wij de spaarlamp ook milieuvriendelijker dan de gloeilamp.
Literatuurlijst
Boeken en CD-Rom's
Een weerstandsdraad (gloeidraad) wordt door electrische stroom verhit. De gloeidraad kan hierbij temperaturen van 2500-3400 K bereiken en moet om verbranding te voorkomen in een afgesloten glazen ballon geplaatst worden, die vroeger vacuüm werd gezogen, maar tegenwoordig met een inert gas wordt gevuld. In dat laatste geval is de verdampingssnelheid minder waardoor de levensduur van de gloeidraad beperkt wordt. Daarom wordt de gloeidraad gemaakt van wolfram, een metaal met zeer hoog smeltpunt. Het verdampingsproces veroorzaakt het zwart worden van de glazen ballon door het neerslaan van het metaal. Na verloop van tijd wordt de draad dunner en breekt. Om een zo gunstig mogelijk rendement te verkrijgen en om een zo groot mogelijk lichtgevend oppervlak te krijgen wordt de gloeidraad meestal tot een (dubbele) gloeispiraal gewikkeld, waarbij de lussen elkaar verhitten en zo min mogelijk warmte verloren gaat. De gloeilamp heeft een levensduur van circa 1000 uur. Wij hebben in dit onderzoek 12 gloeilampen gebruikt met 5 verschillende wattages. In de jaren tachtig kwam Philips als eerste met de compacte fluorescentielamp. Omdat deze lamp weinig stroom verbruikte kreeg deze de naam spaarlamp. Spaarlampen werken volgens het principe van de TL-buis. Het licht wordt voortgebracht door middel van ontlading van electronen, de glazen buis van de lamp bevat kwikdamp op lage druk en de wand van de buis is bekleed met fluorescentiepoeder dat de UV-straling omzet in zichtbaar licht. Ook is er een voorschakelapparaat nodig, dat bestaat uit een smoorspoel en een starter, om de lamp te laten werken. De spaarlamp bevat dezelfde soort buis, alleen kleiner en opgevouwen, ook zit de voorschakeling en de starter in de voet van de lamp gebouwd. Hierdoor past hij in de gebruikelijke gloeilampaansluiting. Een spaarlamp gaat, volgens de fabrikant, 8000 uur mee. De aanschafprijs van een spaarlamp ligt rond de ƒ25,-. Wij hebben in dit onderzoek twee verschillende soorten spaarlampen gebruikt, een kleine spaarlamp met electronische ballast en vier opgestelde en doorverbonden buisjes (de Osram spaarlamp en de Philips PLC*E-lamp, beide 11 watt) en een iets grotere spaarlamp met een gevouwen TL-buis (de Philips SL-lamp, 13 watt). Alle drie de lampen komen, volgens de fabrikant, met betrekking tot de lichtstroom overeen met gloeilampen van 60 watt.
Theorie
Het lichtrendement wordt gegeven als lumen/watt. De lumen is een maat voor de lichtstroom. De luxmeter meet de verlichtingssterkte (E) in lux. Lux kan omschreven worden als lumen/m2. Om de totale lichtstroom van de lamp (in lumen) uit te kunnen rekenen, moet de lichtbron beschouwd worden als een puntvormige bron, en moet de waarde die de luxmeter aangeeft geïntegreerd worden over de stralingsbol. Hiervoor is de formule lx * (4 * r2) van toepassing. (4 * r2 is de oppervlakte van de stralingsbol en lx is de luxwaarde die de meter aangeeft.)
Meetmethode
Onze meetmethode bestond uit het meten van de lichtsterkte. Hiervoor gebruikten wij een luxmeter. We stelden de lampen op in een donkere kamer, omgeven door zwart papier om reflecties tegen te gaan. Vervolgens maten wij op verschillende afstanden de lichtsterkte (we gebruikten een meetlint om de afstand precies te bepalen). Wij gebruikten een serie lampen van alle 40 watt maar van verschillende soorten, en een aantal lampen van verschillende wattages. Bij de gloeilampen hebben wij recht boven de lamp gemeten, bij de spaarlampen onder een hoek van 90 graden. Hiervoor hebben wij gekozen omdat spaarlampen (over het algemeen) in deze stand gebruikt worden. Met het meten van de lichtsterkte van de spaarlampen moesten wij wachten tot de lamp zijn optimale sterkte had bereikt, dit duurde zo'n 5 minuten. Hieronder een schematische weergave van de meetopstelling.
Meetresultaten
Deze hebben wij genoteerd en verwerkt in onderstaande tabel.
Tabel I Soort lamp Lux op 0.5m Lux op 1.0m Lux op 1.5m 40 watt vensterlamp mat wit 225 77.0 34.0 40 watt spiegelreflexlamp mat grijs 895 260 136 40 watt gloeilamp mat grijs 158 46.0 22.0 40 watt kleine gloeilamp mat grijs 141 42.0 20.8 40 watt gloeilamp helder 123 39.8 20.2 25 watt koolstof gloeilamp helder 29.2 9.20 4.80 60 watt gloeilamp mat grijs 248 77.0 38.0 60 watt gloeilamp mat wit 185 51.0 27.3 75 watt gloeilamp mat wit 262 78.0 39.1 75 watt vensterlamp mat wit 540 145 68.0 100 watt gloeilamp mat grijs 520 154 73.0 100 watt gloeilamp mat wit 379 120 58.0 11 watt Osram spaarlamp 232 74.6 36.5 11 watt Philips spaarlamp 196 48.8 25.1 13 watt Philips SL spaarlamp 150 45.6 22.5
Deze resultaten hebben wij voor de duidelijkheid ook verwerkt in onderstaand diagram.
Wat uit dit diagram goed blijkt is dat de lichtsterkte kwadratisch afneemt als de afstand verdubbelt. Neem bijvoorbeeld de lichtsterkte van de 60 watt mat grijze gloeilamp op 1 meter, 77 lux. Deze waarde zou nu 77 / (1.5)2= 34 lux op 1.5 meter moeten zijn, en de gemeten waarde komt daar dicht bij in de buurt, namelijk 38 lux.
Deze gegevens hebben wij geïntegreerd over een bol, waarbij we de lichtbron beschouwen als een puntvormige bron. Hiervoor hebben wij de formule lx * (4 * r2) gebruikt. Hierbij is lx de luxwaarde die wij gemeten hebben en r de afstand waarop wij gemeten hebben. De gevonden waarden (in lumen) zijn in onderstaande tabel terug te vinden.
Het lichtrendement van de 40 watt venster- en spiegelreflexlampen steken opvallend uit boven de andere 40 watt lampen. Dit komt doordat wij in de kegelvormige lichtbundel hebben gemeten, en de resultaten over een bol geïntegreerd hebben.
- NVON-commissie: Binas, derde druk, tabellen 4 en 94, Wolters-Noordhoff, Groningen, 1992
- Electronic Publishing, Het Spectrum, Encyclopedie op CD-Rom, diverse trefwoorden, Electronic Publishing B.V., 1995
- Geerts, Prof. Dr. G., e.a., Van Dale woordenboek, diverse trefwoorden, Van Dale lexicografie B.V., Utrecht, 1989
- Philips Lighting Nederland B.V., Tien vragen over spaarlampen, informatiefolder
- Gwinn, Robert P., e.a., The New Encyclopedia Britannica, deel 23, pagina 36 en 37, Encyclopedia Britannica Inc., 1987
REACTIES
:name
:name
:comment
1 seconde geleden