LAMPA FLUORESCENTĂ COMPACTĂ AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE PRIVIND PROTECŢIA MEDIULUI ŞI SĂNĂTATEA OAMENILOR

Transcription

1 LAMPA FLUORESCENTĂ COMPACTĂ AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE PRIVIND PROTECŢIA MEDIULUI ŞI SĂNĂTATEA OAMENILOR Constantin Ivanovici*, Elena Rotar*, Aurelia Ionescu*, Eleonora Ţipu*, Nicolae Golovanov**, Viorel Ionescu* *ICPE, **Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti CCEPM, Rezumat Utilizarea pe scară largă a lămpilor fluorescente compacte a fost impusă de eficienţa lor ridicată şi de posibilitatea pe care o au de a înlocui direct lămpile cu incandescenţă, pentru care au fost proiectate multe dintre instalaţiile actuale de iluminat, mai ales în mediul rezidenţial. Există încă reţineri, la unii utilizatori, privind efectele lămpilor cu fluorescenţă, atât asupra sănătăţii oamenilor cât şi asupra mediului ambiant. Lucrarea îşi propune, pe baza experienţei autorilor în acest domeniu, să analizeze aspectele reale legate de efectele lămpilor fluorescente compacte asupra mediului ambiant, să precizeze nivelul acestor efecte şi să prezinte soluţii pentru limitarea efectelor negative asupra mediului ambiant. 1. Introducere Lămpile fluorescente compacte fac parte din clasa lămpilor cu descărcare electrică, utilizând radiaţiile electromagnetice care apar în procesele de schimb de energie ce rezultă la ionizările prin ciocnire. În interiorul tubului de descărcare este un amestec gazos format din argon şi krypton împreună cu un miligram de mercur, cu presiunea de Pa. La aplicarea tensiunii, iniţial are loc dezvoltarea descărcării electrice în gazul din interiorul tubului de descărcare, apoi vaporizarea mercurului (presiunea vaporilor de mercur fiind 0,15-15 Pa) şi, în final, dezvoltarea descărcării în vaporii metalici. Rezultă astfel, o plasmă de joasă temperatură. Descărcarea electrică în atmosferă de vapori de mercur determină o intensă emisie de radiaţii electromagnetice, cu preponderenţă în spectrul ultraviolet (în principal linia spectrală de 253 nm, aşa numita linie rezonantă a mercurului). Radiaţia emisă în spectrul vizibil este foarte redusă, având în vedere că emisia unei descărcări în vapori de mercur are loc practic numai în domeniul ultraviolet. Radiaţia în ultraviolet este convertită în domeniul vizibil în stratul din material fluorescent care este plasat pe partea interioară a tubului de descărcare. Sunt convertite circa o treime din radiaţiile invizibile UV în radiaţii vizibile, a căror culoare depinde de materialul fluorescent utilizat. 2. Conţinutul de mercur Utilizarea mercurului sau a amalgamului de mercur a fost impusă de posibilitatea vaporizării acestuia la temperaturi relativ reduse. În acest fel este posibil să se reducă pierderile termice şi să crească eficienţa energetică a lămpii. Prezenţa mercurului în lampă face ca una dintre problemele legate de utilizarea acestor lămpi să fie gestionarea cantităţii de mercur din tubul de descărcare în timpul procesului de realizare, în

2 timpul utilizării şi la sfârşitul duratei de viaţă, la eliminarea lămpii. Aceeaşi problemă însă, apare şi la utilizarea altor tipuri de lămpi fluorescente. Cantitatea de mercur conţinută de lămpile fluorescente compacte este, la cele mai multe tipuri de lămpi, de 3-5 mg dar lămpile cu caracteristici ecologice îmbunătăţite ajung la conţinutul de 1 mg. Pentru comparaţie, un termometru cu mercur conţine mg mercur. Lămpile fluorescente compacte, conţin o cantitate de mercur mult mai redusă decât lămpile cu incandescenţă, pentru acelaşi flux luminos emis. În figura 1 este prezentat comparativ, nivelul de emisie de mercur pentru o durată de viaţă de 8000 ore, în cazul lămpilor cu incandescenţă şi în cazul LFC echivalente din punct de vedere al fluxului luminos. Hg[mg] Total 5,8 mg Total 1,8 mg Emisie la centrale electrice 1,2 mg Conţinut lampă 0,6 mg LFC Emisie la centrale electrice 5,8 mg Lampă cu incandescenţă Fig. 1 Emisia de mercur a lămpilor fluorescente compacte evaluată pe 8000 ore. Dacă se consideră că la fiecare kwh produs în centralele electrice rezultă 0,012 mg mercur, analiza datelor din figura 1 pune în evidenţă faptul că reducerea necesarului de energie electrică în cazul lămpilor fluorescente compacte determină o reducere substanţială a cantităţii de mercur care se emite în atmosferă, având ca efect reducerea poluării mediului ambiant. Pentru cele 270 milioane LFC realizate anual în SUA sunt necesare 130 kg mercur sau 0,1% din totalul emisiilor de mercur (104 tone/an). In anul 2007, la nivelul întregului glob, pentru stocul de lămpi instalate, cantitatea de mercur utilizată în cursul diferitelor faze ale ciclului de viaţă al lămpilor, inclusiv cel generat în timpul fazei de utilizare de cele 80% din lămpile fluorescente compacte care conţin mercur şi despre care se presupune că nu vor fi reciclate la sfârşitul duratei de viaţă, a fost estimată la 2,9 tone. Conform aceloraşi estimări, până în 2020, în lipsa unor măsuri specifice, emisiile de mercur ale stocului de lămpi instalate va creşte la 3,1 tone. Una din măsurile de protecţie este impunerea, prin normele europene, ca lămpile cu puterea nominală sub 25 W să conţină sub 5 mg mercur, iar cele cu puteri peste 25 W cel mult 6 mg mercur.

3 Măsurile adoptate de producătorii LFC-urilor garantează că, în timpul procesului de fabricaţie şi pe durata de utilizare a lămpilor, prezenţa mercurului în tubul de descărcare nu constituie niciun pericol pentru mediului ambiant şi pentru persoanele care utilizează aceste lămpi. Problemele care trebuie luate în considerare, însă, sunt posibilitatea spargerii tubului de descărcare la o manipulare neatentă şi gestionarea lămpilor uzate. Prezenţa pudrei fluorescente şi a vaporilor de mercur în tub, face ca aceste lămpi să fie tratate ca deşeu periculos, fiind interzisă colectarea lor împreună cu deşeurile menajere. Deşi cantitatea de mercur din lampă este redusă, trebuie acordată atenţie reciclării materialului din tuburile de descărcare. Experienţa arată că, în prezent, numai 30% dintre lămpile fluorescente compacte se reciclează, restul de 70% fiind depozitate împreună cu deşeurile menajere. Agenţia de protecţie a mediului din SUA (APE) estimează că circa 800 milioane de lămpi fluorescente tubulare şi compacte sunt aruncate anual, ceea ce ar putea provoca contaminarea cu mercur a unei suprafete de km 2 de apă. Directiva Europeană DEEE impune distribuitorilor, în cazul lămpilor cu descărcare în vapori de mercur, să colecteze lămpile vechi la cumpărarea uneia noi. Trebuie să existe un organism abilitat care să asigure colectarea şi reciclarea lămpilor cu descărcare în vapori de mercur. Procesul are un rol important în înlocuirea lămpilor fluorescente compacte de primă generaţie cu lămpi de calitate superioară, cu conţinut redus de mercur, evitându-se produsele fabricate în ţări care nu au adoptat norme adecvate privind protecţia mediului ambiant. Este necesară dezvoltarea unor facilităţi speciale pentru colectarea lămpilor uzate şi pentru reciclarea materialelor conţinute. Colectarea trebuie să fie făcută cu grijă pentru a evita spargerea tuburilor de descărcare. La spargerea întâmplătoare a unei lămpi fluorescente compacte este necesar să se ia măsuri pentru dispersarea vaporilor de mercur şi pentru colectarea cu grijă a resturilor. 3. Poluarea mediului ambiant cu dioxid de carbon Producerea energiei electrice în centralele electrice clasice este însoţită de producerea unei cantităţi importante de dioxid de carbon. Studiile efectuate pun în evidenţă faptul că pentru producerea unui MWh de energie electrică se emit în atmosferă următoarele cantităţi de dioxid de carbon: în centralele electrice utilizând combustibil solid (lignit): 1145 kg/mwh; în centralele electrice utilizând combustibil lichid (păcură): 619 kg/mwh; în centralele electrice utilizând combustibil gazos : 401 kg/mwh. Având în vedere mixul energetic utilizat în România se poate considera, în medie, că producerea unui MWh determină poluarea atmosferei cu circa 625 kg CO 2. În figura 2, în cazul a două lămpi echivalente din punct de vedere al fluxului emis, o lampă cu incandescenţă cu eficienţa luminoasă de 18,75 lm/w şi o lampă fluorescentă compactă cu o eficienţă luminoasă de 75 lm/w, pe durata de calcul de ore, se observă faptul că lampa compactă asigură o o economie de energie electrică de circa 800 kwh şi deci reducerea cantităţii de CO 2 emisă

4 în atmosferă cu circa 500 kg. De asemenea, este evitată poluarea cu circa 0,4 kg dioxid de sulf şi sunt economisiţi circa 70 m 3 gaz natural în centrale electrice şi se reduce cantitatea de deşeuri nucleare cu circa 150 cm 3, în cazul producerii energiei electrice în centrale nucleare. kg CO Lămpi cu incandescenţă Lămpi fluorescente compacte Fig. 2 Emisia de CO 2 corespunzătoare energiei consumate de lămpile cu incandescenţă şi de lămpile compacte. S-a considerat: lampa incandescentă: durata de viaţă 1250 ore ; puterea 80 W; llux luminos 1500 lm; lampa compactă : durata de viaţă ore, puterea 20 W, flux luminos 1500 lm. Utilizarea lămpilor fluorescente compacte, cu eficienţă luminoasă ridicată are un impact deosebit asupra limitării poluării mediului ambiant cu dioxid de carbon. Dacă se ia în considrare numărul lămpilor compacte produse anual şi dacă se are în vedere că fiecare lampă asigură, pe durata de viaţă, reducerea cu circa 500 kg a cantităţii de CO 2 care ar putea ajunge în atmosferă, se observă importanţa promovării lămpilor economice pentru asigurarea limitării poluării mediului ambiant. 4. Alte efecte ale lămpilor fuorescente compacte asupra mediului ambiant Emisia de radiaţii ultraviolete Deoarece descărcarea electrică în vapori de mercur determină apariţia unei emisii importante în domeniul ultraviolet, care este apoi convertită în stratul fluorescent în lumină vizibilă, este necesar să se studieze posibilitatea scăpărilor de radiaţii UV prin traversarea stratului fluorescent, fără a fi convertite în lumină vizibilă. Scăpările pot să apară datorită caracteristicilor intrinseci ale stratului fluorescent, datorită unor deteriorări mecanice a stratului în procesul de fabricaţie sau pe durata de funcţionare, datorită unor dezlipiri punctuale ale învelişului produse de şocurile mecanice.

5 Manipularea cu grijă a lămpilor asigură limitarea sub minimul admis radiaţiei în ultraviolet a lămpilor fluorescente compacte. Emisii de înaltă frecvenţă Utilizarea frecvenţei de khz pentru alimentarea tubului de descărcare electrică poate genera perturbaţii electromagnetice în mediul ambiant. Undele electromagnetice de înaltă frecvenţă ar putea afecta persoanele electrosensibile aflate în imediata apropiere a lămpilor. Funcţionarea la frecvenţă ridicată poate determina interferenţe radio (CEM). Radiaţiile electromagnetice determinate de funcţionarea invertorului pot fi transmise în reţeaua electrică sub forma unor perturbaţii conduse sau pot fi transmise în mediul înconjurător prin radiaţie electromagnetică. Pentru limitarea perturbaţiilor conduse este necesară prevederea unui filtru de reţea în schema de alimentare. Perturbaţiile radiate, în general sunt reduse şi nu se suprapun domeniilor de lucru ale staţiilor de radio cu modulaţie în amplitudine. Temperatura lămpii Temperatura exterioară a tubului de descărcare al LFC este redusă ceea ce limitează atât pericolul de producere a arsurilor în cazul când lămpile sunt atinse accidental cât şi pericolul de incendiu. Această caracteristică a LFC oferă posibilitatea utilizării lor în zone cu pericol de explozie sau de incendiu. Poluarea luminoasă Luminanţa redusă a lămpilor fluorescente compacte (circa 3 cd/cm 2 ) permite utilizarea lor directă, fără măsuri speciale contra orbirii temporare, măsuri care sunt necesare la utilizarea lămpilor cu incandescenţă. Zgomotul acustic şi efectul stroboscopic Utilizarea balastului electronic cu înaltă frecvenţă la lămpile fluorescente compacte asigură eliminarea celor două surse de inconfort care apar la utilizarea lămpilor fluorescente clasice: este eliminat zgomotul specific determinat de balastul inductiv şi este eliminat efectul stroboscopic determinat de variaţia fluxului luminos cu o frecvenţă dublă faţă de frecvenţa tensiunii de alimentare. Poluarea cu componente electronice Ca orice produs care conţine componente electronice, lampa fluorescentă compactă trebuie supusă prevederilor de recuperare a produselor uzate. Poluarea electromagnetică a mediului Lampa fluorescentă compactă, cu balast electronic, este un receptor puternic neliniar; datorită caracteristicii neliniare a sistemului balast lampă, curentul electric absorbit are o formă puternic distorsionată în raport cu o sinusoidă; curentul electric cuprinde armonice de valoare ridicată care pot să se propage în reţeaua electrică de alimentare (dacă nu se iau alte măsuri); Efectele poluării armonice asupra sistemului de alimentare cu energie electrică a sistemului de iluminat se referă în principal la:

6 pierderi suplimentare datorită circulaţiei curenţilor armonici, care determină creşterea consumurilor proprii tehnologice, reducerea randamentului maşinilor electrice, solicitări suplimentare ale bateriilor de condensatoare etc.; solicitări suplimentare ale izolaţiilor determinate de nivelul tensiunilor armonice din reţea (valorile tensiunilor depind de amplitudinea şi faza curenţilor armonici injectaţi de diverse surse, precum şi de existenţa fenomenelor de rezonanţă). Lămpile fluorescente compacte, cu puteri nominale peste 25 W trebuie să fie prevăzute cu circuite speciale de filtrare a perturbaţiilor armonice determinate de caracterul neliniar al receptorului de energie electrică. 5. Concluzii Lampa fluorescentă compactă, ca orice produs industrial, trebuie analizată şi din punct de vedere al impactului asupra mediului ambiant. Desigur că producătorii de lămpi, în funcţie de exigenţele locale de mediu, urmăresc realizarea unor produse competitive, cu efecte reduse asupra mediului ambiant. În etapa actuală, realizarea canalului de plasmă în tubul de descărcare electrică, pentru lămpile fluorescente compacte, nu se poate face, în condiţii economice decât în vapori de mercur. Fiind considerat un material periculos acesta trebuie gestionat cu atenţie. Eficienţa luminoasă ridicată a lămpii face ca poluarea atmosferei cu mercur să fie mult mai redusă dacă ar fi fost utilizate lămpi cu incandescenţă. Problema principală constă în realizarea unui cadru eficient de recupere a lămpilor fluorescente uzate. Utilizarea lămpilor fluoresccente compacte are un aport deosebit de important la reducerea poluării mediului ambiant cu CO 2. Preocupările actuale pentru creşterea eficienţei luminoase a LFC vor reprezenta un aport important la eforturile pentru limitarea poluării aerului şi limitarea încălzirii globale. Adoptarea unor măsuri adecvate pentru creşterea eficienţei luminoase, gestionarea deşeurilor şi pentru limitarea perturbatiilor armonice determinate de funcţionarea lămpii, determină ca LFC să aibă importante efecte benefice asupra mediului ambiant. Bibliografie 1. BERRUTTO V., BERTOLDI, ROTARU C., GREEN LIGHT IN ROMANIA, Conferinţa internaţionala de iluminat, 2003, CÂMPEANU G., COSTEI M., VIŞAN I., MATEI S., CIOCÂRLIE N., ORŢAN A., PETRE E., Cercetări privind influenţa luminii monocromatice de tip led asupra performanţelor productive, calităţii carcaselor şi a stării de sănătate a puilor broiler, Conferinţa internaţionala de iluminat, 2003, GABALDON A., MOLINA A., ROLDAN C., FUENTES J. A., GOMEZ E., MARIN F., SEQUERA F., MORALES P., RATIONAL USE OF ENERGY IN AN UNIVERSITY BUILDING THROUGH EFFICIENT LIGHTING: THE E.C. GREENLIGHT PROGRAM IN THE OLD NAVY HOSPITAL OF CARTAGENA (SPAIN), CIRED 2003, 4-06

7 4. van Bommel W., van den Beld G.J., Lighting for work: a review of visual and biological effects, Lighting Research & Technology, 36, 4 (2004), pp Utilizarea lampilor fluorescente compacte pentru iluminatul eficient Rev. EEA nr. 1 din 2009 A. Radulescu, C. Dinulescu, I. Vacarescu, Ghe. Ghiur, N. Golovanov, L. Lipan, C. Ivanovici, I. Popa, D. Rosmeteniuc, S. Craciun 6. Utilizarea ratională a surselor de lumina în iluminatul casnic Rev. EEA nr. 1 din 2010 C. Ivanovici, I.Popa, V. Ionescu, E. Ţipu, M Chersin 7. Sistem ecologic de iluminat exterior autonom energetic - Rev. EEA nr. 4 din 2008 C. Ivanovici, I. Dranga, I. Popa, L. Koteles, M. Mazilu, N. Golovanov 8. Eficienţa energetică în iluminatul electric Soluţie pentru limitarea poluării mediului ambiant Prezentare la: A 3-a ediţie a Simpozionului Impactului acquisului comunitar de mediu asupra tehnologiilor şi echipamentelor, ICPE Septembrie 2010 Autori: Ing. C. Ivanovici, prof. dr. ing. N. Golovanov, sing. I. Turcu, ing. E. Ţipu 9. Utilizarea lămpilor fluorescente compacte pentru iluminatul eficient Rev. EEA nr. 1 din 2009 A. Rădulescu, C. Dinulescu, I. Văcărescu, Ghe. Ghiur, N. Golovanov, L. Lipan, C. Ivanovici, I. Popa, D. Rosmeteniuc, S. Crăciun.