Ce tipuri de bec vom mai folosi în anii următori?

Iluminarea artificială este un element important al confortului unei construcții, care astăzi ni se pare banal; totuși, această facilitate trebuie și este optimizată constant, din diverse perspective: eficiența energetică, modul de proiectare a instalațiilor electrice, amplasarea surselor pentru a obține o iluminare optimă, cu influențe definitorii asupra arhitecturii sau designului interior al unui spațiu. Iar toate pornesc de la banalul bec, cu diverse tehnologii încorporate, apărute pe măsură ce știința a evoluat. În ultimii ani, unele tipuri de surse de lumină au fost puse la index și pare că, în viitor, opțiunile ni se restrâng. Să vedem ce ne rămâne!

Evoluția surselor de lumină artificială a urmat în general câteva aspecte:

- o eficiență crescută (cantitatea de lumină emanată, în raport cu energia electrică pe care a consumat-o);

- calitatea luminii – obținerea unor lungimi de undă corespunzătoare spectrului vizibil și care să nu deranjeze optic;

- costuri reduse de producție, având în vedere numărul mare de unități necesare;

- adaptabilitatea la diverse tipuri de utilizare (domestic, stradal, în instituții, obiective de arhitectură etc.)

Pentru a evalua eficiența unui bec, se lucrează în general cu o mărime care reflectă raportul dintre cantitatea de flux luminos (măsurată în lumeni - lm) și cantitatea de energie consumată (wați - W). Această mărime ia în calcul lumina vizibilă pentru ochiul uman, care percepe anumite lungimi de undă, nu toată puterea fluxului luminos, cu un spectru mai larg. Așadar, când vom cumpăra becuri, vom ști care este eficiența acestora citind valorile respective; trebuie spus că, din 2010, în Uniunea Europeană este obligatoriu ca aceste informații să fie afișate pe produs (nu doar puterea consumată - W, cum se obișnuia pănă atunci). Ca exemplu, putem avea pentru becul cu incandescență clasic, cu putere de 100 W la un curent de 230 V, o eficiență de sub 14 lm/W, ceea ce înseamnă o eficiență generală de 2%. Practic, orice bec cu incandescență, chiar și cel cu halogen, are o eficiență generală de maxim 5%, ceea ce înseamnă că restul energiei se consumă prin degajarea de căldură; nu este de mirare că acestea sunt considerate neecologice și declasificate energetic. Comparativ, lămpile fluorescente au eficiența de circa 60 lm/W (eficiență generală de 9%), iar lămpile LED de peste 170 lm/W, ceea ce înseamnă o eficiență generală de circa 25%. Dar un termen de comparație poate fi și lampa cu gaz de pe timpul străbunicilor, care nu depășea 2 lm/W (0,3%)...

Și, cum am vorbit despre diferite tipuri de surse de lumină, să vedem care sunt cele mai importante, în ordinea lor de eficiență, reflectând cumva și ordinea apariției, respectiv salturile tehnologice înregistrate. Este util să le cunoaștem pentru a ști ce trebuie să cumpărăm pentru a fi mai atenți față de mediu, în legalitate, să asigurăm un confort optic potrivit destinației spațiului respectiv, dar și să asigurăm compatibilitatea cu corpurile de iluminat de care dispunem. Oricum, când achiziționăm un corp de iluminat (lustră, veioză, aplică etc.) vom ține cont și de opțiunile pe care le avem în privința becului.

Becul cu incandescență

Este cel mai cunoscut tip de sursă de lumină, imbatabil ca preț de comercializare, cu o lumină plăcută, caldă, dar intrat de ceva decenii în declin din cauza eficienței scăzute, în paralel cu apariția altor variante cu consum mai mic și durată de viață mai mare. Este compus dintr-un filament metalic (tungsten) care la trecerea curentului electric devine incandescent și emite lumină; pentru a nu se arde sau evapora rapid, este amplasat într-o incintă de sticlă (transparentă, translucidă sau colorată) vidată sau umplută cu un gaz inert la presiune joasă – argon și azot, kripton și xenon pentru anumite variante mai rare. Invenția este atribuită în general lui Thomas Edison, dar istoricii au convenit că acesta este doar unul dintre numeroșii pionieri ai iluminării artificiale. Edison a avut meritul de a integra cele mai bune invenții ale momentului (inclusiv o pompă performantă de a obține vidul) și de a propune o soluție viabilă economic, fapt care i-a adus un succes imens. Filamentul era din carbon la acel moment (1880 – 1890), cel de tungsten (sau wolfram) apărând și intrând în producție în primul deceniu al secolului XX. În cei peste 140 de ani de utilizare, becul cu incandescență a înregistrat o serie de îmbunătățiri, dar nu au putut fi evitate pierderile imense de energie sub formă de căldură, ceea ce reprezintă un consum mare atât direct, cât și pentru răcirea spațiilor astfel iluminate. În sezonul rece al climatelor temperate, căldura degajată de becuri poate fi considerată utilă, iar anumite variante, care emit multă radiație în infraroșu, sunt folosite special pentru încălzire, lumina fiind doar un ”bonus” – ne referim la incubatoare, veioze cu efecte tip lavă, jucării, lămpi cu infraroșu pentru maturarea unor vopsele sau lacuri.

Luând în calcul strict iluminarea convențională, unii producători au făcut eforturi importante de cercetare pentru eficientizarea becurilor cu incandescență (sau ”hibridizarea lor”), dar fără prea mult succes. În ultimul timp, sunt relativ apreciate becurile cu filament decorativ, utilizate în amenajări cu anumite tematici (vintage, industrial), dar acestea au o utilizare limitată. În UE, SUA și alte țări preocupate de reducerea amprentei de carbon, a fost interzisă vânzarea becurilor cu incandescență (nu și utilizarea lor sau epuizarea stocurilor - din cauza acestui fapt, încă le mai găsim prin piețe).

Ceea ce ne va rămâne probabil din această minunată invenție va fi tipul de soclu cu filet ce permite o conectare rapidă și sigură a becului la sursa de energie. Astfel, avem arhicunoscutul tip de filet E27 (E – Edison, cu diametrul de 27 mm), întâlnit la diverse tipuri de becuri, inclusiv cu halogen sau LED. Mai sunt folosite filete E10 și E14.

Becul cu halogen

Este o variantă optimizată a becului cu filament incandescent (care poate fi tot de tungsten), doar că în loc de vid sau gaz inert se introduce atât un gaz inert, cât și o anumită cantitate de halogeni precum iodul sau bromul. Datorită halogenului, tungstenul evaporat se redepune pe filament, prelungind durata de viață a becului, iar temperatura filamentului poate fi mai mare, ceea ce înseamnă o eficiență superioară. Volumul becului cu halogen este mult redus, ceea ce îl face potrivit pentru sisteme optice de proiectoare, iar pentru uzul curent este introdus într-un glob suplimentar de sticlă, ce reduce pierderile de căldură.

Inventarea lui datează de prin anii 1882 – 1892, dar utilizarea s-a răspândit abia în a doua jumătate a secolului trecut. Funcționând la o temperatură mare, și sticla becului trebuie să fie mai rezistentă, din siliciu topit. Degajă o lumină caldă, plăcută, dar și foarte multă căldură. Formele comerciale ale lămpilor cu halogen sunt mai variate (tip bec clasic, în formă de bară etc.), având și mai multe tipuri de conectare la instalația de curent electric, inclusiv clasicul E27. Ca și becurile cu incandescență, și cele cu halogen sunt interzise de la comercializare în Uniunea Europeană, fiind încurajată folositea tehnologiei LED.

Lămpile fluorescente compacte

Tehnologia datează din perioada interbelică, brevetată de General Electric, deși primele lămpi fluorescente au fost inventate în anii 1890. Acestea folosesc energia electrică pentru a trece atomii de mercur, prezenți sub formă de gaz într-un tub etanș, într-o stare superioară de excitație a electronilor, moment în care se degajă lumină ultravioletă. Tubul este vidat și umplut cu argon în prealabil, plus mercurul menționat. Lumina ultravioletă devine lumină vizibilă lovindu-se de pereții tubului acoperiți cu o pulbere fluorescentă (silicați de zinc, beriliu sau cadmiu, wolframați de magneziu și calciu etc.). Ulterior, atomii revin la o stare energetică inferioară, iar procesul se reia. Rezultatul este o sursă de lumină relativ eficientă (7 – 10% eficiență), care concurează cu lămpile LED pe piața liberă. În evoluția produsului, au existat câteva probleme tehnice, de exemplu necesitatea integrării unor componente care gestionează căldura și mai ales cantitatea de curent electric furnizat pentru a obține nivelurile optime de energie – starterul și balastul (o lampă fluorescentă de acum câteva decenii era destul de voluminoasă și zgomotoasă, de la vibrațiile miezului magnetic al balastului). Acestea au devenit tot mai mici, cu ajutorul electronicii, iar tubul fluorescent a putut fi reproiectat în formă de U sau spiralat, astfel încât în prezent tot acest sistem poate fi încorporat într-un volum compact de dimensiuni comparabile cu cele ale unui bec clasic. SL 18 produs de Philips în 1980 a fost primul model de acest tip.

Prețul lămpilor fluorescente a scăzut progresiv în ultimul timp, astfel încât achiziționarea lor a devenit avantajoasă, luând în calcul numărul de ore de funcționare de până la 15.000 (comparativ cu doar 1.000 ore la becul cu incandescență), deși sunt înregistrate relativ frecvent defecțiuni la sistemul de balast. În plus, au fost obținute variante care oferă și lumină caldă, nu doar rece, datorită substanțelor care acoperă tubul pe interior. Totuși, există unele rezerve față de acestea, din mai multe motive – în primul rând toxicitatea deșeurilor, care conțin mercur; un bec fluorescent poate conține 3 – 5 mg mercur, iar cele considerate ecologice sub 1 mg. În al doilea rând, cantitatea de lumină furnizată scade progresiv în funcție de uzură, astfel încât spre final emit mai puțin cu 25% din lumina asigurată la prima punere în funcțiune și pot degaja căldură excesivă, miros și fum la defectare. Mai trebuie spus că toate sursele de lumină inventate până acum, inclusiv LED-ul, au această problemă, dar la tuburile fluorescente pare mai accentuată. Nu în ultimul rând, se are în vedere faptul că lumina ultravioletă și albastră emise de lămpile fluorescente pot prezenta un risc de sănătate pentru cei care suferă de anumite boli ale pielii sau vederii; comitetul științific al Comisiei Europene și-a exprimat aceste rezerve, dar unii producători vin cu studii care confirmă lipsa riscurilor... să admitem că este vorba despre un subiect controversat.

Lămpile LED

Sunt deja consacrate ca surse de lumină, fiind considerate cele mai eficiente și cele mai rezistente (peste 15.000 de ore de funcționare, unele modele ajung și la 50.000). Denumirea provine de la inițialele ”light-emitting diodes”, fiind vorba exact de acest lucru: diode care emit lumină, sau diode electroluminiscente. Dioda este un dispozitiv relativ simplu, prima componentă electronică realizată din materiale semiconductoare, dar în cazul diodelor electroluminiscente se folosesc mai mulți semiconductori sau se adaugă un strat de fosfor emițător de lumină. Primele LED-uri au apărut în anii 1960, în urma unor experimente desfășurate de-a lungul secolului XX, și erau extrem de scumpe (200 de dolari!). Când prețul a devenit accesibil, au fost folosite mai mult pentru afișaje electronice, ca lămpi indicatoare sau pentru a semnaliza anumite stadii de funcționare ale aparatelor (luminița roșie de la telecomandă, de exemplu). Lumina furnizată depinde de materialele folosite pentru acoperirea semiconductorilor, de aceea a durat ceva timp și au fost consumate multe resurse până a fost obținută lumina albă. O problemă a fost obținerea unui LED albastru, iar premiul Nobel pentru fizică din 2014 a fost acordat unei echipe care a realizat așa ceva. În 2012, Osram a lansat o variantă comercială de LED cu InGaN pe suport de siliciu, iar în 2014 a fost lansat primul LED alb. De atunci, au început să fie construite și optimizate surse de lumină alăturând mai multe LED-uri albe.

Chiar dacă excelează la capitolul eficiență energetică, becurile LED au și ele câteva probleme discutate în cercurile științifice și mai ales în societatea civilă: afectarea vederii și a somnului în cazul variantelor cu lumină albastră sau albă rece, respectiv conținutul de metale periculoase precum plumbul și arsenicul. O dificultate este și faptul că lumina de LED este practic un fascicul care are un anumit unghi solid, ceea ce înseamnă că nu acoperă întreg spațiul înconjurător; ultimele variante au eliminat în mare măsură această problemă, astfel încât în prezent se poate spune că pot oferi tot confortul unui bec convențional.

Piața aceasta a surselor de lumină rămâne destul de dinamică și marii producători investesc sume enorme pentru a obține produse mai eficiente și mai prietenoase cu mediul, legislația având un rol extrem de important în direcțiile de cercetare. Rămâne să vedem cum vor evolua cele două tipuri de lămpi rămase în cursă pentru utilizarea în construcții/imobiliare (cele fluorescente și cele cu LED), dar și ce surprize mai pot apărea.