Zářivka je nízkotlaká rtuťová výbojka, v níž je hlavní část světla vyzařována jednou nebo několika vrstvami luminoforu buzeného ultrafialovým zářením výboje. Tyto světelné zdroje jsou většinou trubicové, jde o tzv. lineární zářivky, nebo je jejich trubice různě tvarovaná (např. zářivky kruhové či tvaru U). Do této skupiny patří i zářivky kompaktní, které se vyznačují velkou tvarovou rozmanitostí. Nové možnosti v konstrukčních materiálech, zejména v luminoforech, a v elektronické součástkové základně vedly k významnému zvýšení hospodárnosti zářivkového osvětlení, značnému rozšíření vyráběného sortimentu a ke vzniku již zmíněných kompaktních zářivek, které se postupně rozvinuly do samostatné skupiny nízkotlakých světelných zdrojů. V závislosti na typu použitého luminoforu lze dosáhnout různého spektrálního složení vyzařovaného světla, různého měrného výkonu a všeobecného indexu podání barev Ra. Významné úspěchy ve vývoji luminoforů dovolily konstruovat velmi účinné světelné zdroje při zachování velmi dobré kvality vyzařovaného světla. Další významný pokrok v produkci zářivek byl podmíněn úspěchy v elektronice, které umožnily dále optimalizovat podmínky funkce rtuťového výboje, realizovat provoz při vysoké frekvenci, zmenšit rozměry zářivek, a uvést tak na trh novou generaci zářivek s měrným výkonem vyšším než 100lm/W při Ra převyšujícím hodnotu 80.

Lineární zářivky
Konstrukce zářivky je na obr. 1. Trubice je zhotovena z měkkého skla, na její vnitřní stěnu je nanesena jedna, u speciálních typů dvě vrstvy luminoforu, které transformují ultrafialové záření kladného rtuťového sloupce na viditelné záření (světlo). Na obou koncích trubice je zatavena wolframová elektroda, na níž je nanesena emisní hmota na bázi oxidů barya a vápníku. Okolo elektrod je na neutrálním přívodu umístěna ochranná kovová clonka, která zabraňuje usazování vypařující se a rozprašující se emisní hmoty na vrstvě luminoforu. Omezuje tak neestetické černání konců zářivek a přispívá ke stabilizaci světelného toku během svícení.

Vlastní výboj probíhá v nasycených parách rtuti při tlaku (asi 0,8Pa) odpovídajícím teplotě nejchladnějšího místa zářivky (asi 42°C) a v inertním plynu (obvykle argon nebo směs argonu s kryptonem), který snižuje zápalné napětí výboje a zabraňuje rychlému rozprašování emisní hmoty. Na obou koncích trubice běžných typů je přitmelena patice typu G13 (u nové generace lineárních zářivek G5) se dvěma kolíky zajišťujícími zároveň elektrický kontakt s objímkami svítidla a předřadným a startovacím obvodem. Velmi důležitou operací je dávkování rtuti. Pro správné fungování postačuje nepatrné množství rtuti. Vzhledem k tomu, že během svícení z různých důvodů rtuť ubývá (např. v důsledku reakce rtuti s alkáliemi obsaženými ve skle trubice), je do zářivky dávkována v přebytku. Toxicita rtuti a s ní související problémy při výrobě i při likvidaci vyhořelých zářivek nutí výrobce používat pouze minimální nezbytné množství. Při zvládnutém postupu spolehlivého dávkování malých množství rtuti (v čisté formě či ve formě amalgámu) a při dokonalé čistotě dalších vstupních materiálů, účinném procesu čerpání zářivek a využití ochranné vrstvy mezi luminoforem a sklem lze vystačit pouze se 3mg rtuti. V důsledku těchto opatření a při použití kvalitních moderních luminoforů vznikne ekologická zářivka s vynikající stabilitou světelného toku během jejího života. Poznámka: V zahraniční odborné literatuře i ve firemních katalozích se průměr zářivkové trubice uvádí v osminách palce za písmenem T, takže zářivky o průměru 38mm se označují T12, průměru 26mm odpovídá označení T8, průměru 16mm T5 a tak dále.

K hlavním přednostem zářivek patří vysoká účinnost přeměny elektrické energie na světelnou, dosahující při vysokofrekvenčním napájení až 104lm/W, při současném vysokém všeobecném indexu podání barev Ra dosahujícím hodnoty až 80, vhodné geometrické parametry, umožňující konstruovat materiálově úsporná svítidla s jednoduchou optikou s možností sestavovat je do estetických spojitých svíticích pásů nebo velkých ploch, velmi široký sortiment příkonů od 4 do přibližně 200W, velmi široký sortiment barev vyzařovaného světla, charakterizovaný náhradní teplotou chromatičnosti 2 700 až 17 000K. U speciálních typů lze získat Ra až 98 při velmi dobrém měrném výkonu. Vysoká produktivita výrobních linek, jejichž kapacita při velmi dobré výtěžnosti výrobního procesu dosahuje až 4 000ks/h, je zárukou trvale nízké ceny základního sortimentu zářivek. Výhodou je i dlouhý život, který u některých speciálních typů dosahuje více než 20 tisíc hodin při dobré stabilitě světelného toku v průběhu svícení (obr. 2).

Parametry zářivek lze zlepšit jejich provozem na vysoké frekvenci, který byl umožněn zavedením elektronických předřadníků, spojujících funkci zapálení výboje i jeho stabilizaci během provozu. Vysoká frekvence (u moderních předřadníků převyšující 30kHz) má vedle větší účinnosti (až o 10%) i další významné přednosti. Jde zejména o rychlý start bez blikání (navíc šetrný ke katodě), stabilní svícení bez míhání, na které může být lidské oko při frekvenci napájecího napětí 50Hz ještě citlivé, úplné potlačení stroboskopického jevu. Důležité jsou rovněž menší energetické ztráty v předřadníku i jeho menší hmotnost, menší průměr trubice i délka, umožňující konstruovat menší a materiálově úspornější svítidla s optickou částí přesněji přerozdělující světelný tok zářivky v prostoru, přičemž účinnost svítidel se zářivkou o průměru 16mm je minimálně o 5 %větší v porovnání s účinností zářivky o průměru 26mm. Tyto úspěchy jsou podmíněny zejména vývojem nových luminoforů, dalším zlepšením jejich tepelné odolnosti a zdokonalováním a zlevňováním elektronických součástek. Výsledkem jsou zářivky s postupně se zmenšujícím průměrem trubice z původních 38 na 26mm, u nejmodernějších typů na 16 a 7mm. K nedostatkům zářivek patří závislost jejich světelného toku na teplotě okolního prostředí (obr. 3), potřeba předřadných a startovacích obvodů, které částečně snižují měrný výkon osvětlovací soustavy jako celku, vliv počtu zapnutí na život zářivky (je významnější u zapojení s tlumivkou a doutnavkovým startérem a méně významný u bezstartérových zapojení, zejména u kvalitních elektronických předřadníků zajišťujících dostatečné předžhavení elektrod před zapálením výboje). Na obr. 4 je uvedena závislost života na počtu zapnutí za 24 hodin u zářivek v zapojení s doutnavkovým startérem, z níž vyplývá, že odchylka provozních podmínek od standardního tříhodinového cyklu svícení (tj. 2,5h zapnuto na stabilizované napájecí napětí, 0,5h vypnuto), při němž je udáván jmenovitý život, může mít významný vliv na reálný život zářivek.

Další nevýhodou je obsah toxické rtuti, pro niž nelze zářivky po ukončení jejich života odkládat do komunálního odpadu, ale je nutné je likvidovat u pověřených organizací. Negativní vliv okolní teploty řeší vyspělí výrobci používáním amalgámů vhodných kovů, které rozšiřují teplotní interval, v němž si světelný tok zářivek udržuje hodnotu blízkou optimální, nebo vytvořením tzv. umělého chladného bodu, jehož teplota určuje tlak nasycených par rtuti na hodnotě, při níž je výstup rezonančního UV záření výboje, a tedy následně i světelný tok zářivky maximální. Druhý uvedený způsob byl využit při výrobě nejmodernějších zářivek T5, jejíž jedna elektroda je vysunuta blíže ke středu trubice, takže chladný bod vznikne v oblasti za touto elektrodou. Tento konec je zřetelně označen; při použití několika zářivek v jednom svítidle je nutné takto označené konce shodně orientovat. V opačném případě se sníží účinnost zářivek. Sortiment zářivek vyráběných v současné době je velmi široký jak z hlediska příkonu, rozměrů a tvarů, tak z hlediska barevných odstínů vyzařovaného světla a kvality podání barev osvětlovaných předmětů. Základní sortiment zářivek podle základních parametrů je uveden v tabulce 1, podle teploty chromatičnosti vyzařovaného světla v tabulce 2.

Označování zářivek
Pro lepší orientaci v stále širším sortimentu zářivek se mnozí výrobci sjednotili na označování vlastností svých výrobků, alespoň co se týče barevných vlastností vyzařovaného světla. Do obchodního názvu vedle svého interního označení jednotlivých typů číselně zakódovali i kvalitu podání barev (charakterizovanou všeobecným indexem podání barev Ra) a barevný odstín (charakterizovaný náhradní teplotou chromatičnosti Tcp vyjádřenou v kelvinech). Příkladem může být označování firem Philips nebo OSRAM, kde za uvedením příkonu zářivky následuje trojčíslí, v němž první číslice charakterizuje Ra v desítkách (například číslice 8 znamená, že Ra se nachází v rozmezí 80 až 89, číslice 9 znamená Ra > 90), následující dvojčíslí představuje náhradní teplotu chromatičnosti Tcp ve stovkách kelvinů (například dvojčíslí 29 znamená Tcp = 2 900K, dvojčíslí 65 znamená Tcp = 6 500K).
Tyto dva údaje jsou plně postačující pro kvalifikovanou volbu typu zářivky vhodné pro uvažovanou oblast použití. U zářivek starší výroby nebo u speciálních zářivek je tento kód většinou dvoumístný a jeho význam je třeba konzultovat s dodavatelem nebo výrobcem, popř. vyhledat v příslušném katalogu. Na obr. 5 jsou s laskavým svolením společnosti OSRAM vyobrazena spektrální složení vybraných druhů zářivek s tímto kódovým značením, žárovky a standardního denního světla D65.

Život a křivka vyhoření světelných zdrojů
Důležitou kvalitativní charakteristikou zářivek (platí to obecně pro všechny světelné zdroje) je křivka jejich vyhoření, která graficky znázorňuje podíl svítících zářivek k celkovému počtu současně instalovaných zdrojů osvětlovací soustavy v závislosti na počtu odsvícených hodin. Na základě této závislosti se definuje běžně udávaný život (tzv. střední) jako doba svícení, při níž zůstane 50% zdrojů ještě funkčních z celkového jejich množství provozovaného stejným způsobem. Tvar této křivky poskytuje informaci o technické vyspělosti výrobce, o úrovni technologie jeho výroby i o úrovni kontrolní činnosti při výrobě. Na obr. 6 je uvedena typická křivka vyhoření zářivek T8, vydaná předním světovým výrobcem světelných zdrojů pro jeho zářivky.

Představuje údaje o výrobcích vysoké kvality (dlouhý střední život, malý rozptyl v individuálních životech jednotlivých zářivek bez předčasných výpadků v průběhu prvních hodin svícení, což svědčí o stabilizované technologii výroby). Znalost uvedené křivky pomáhá provozovateli osvětlovací soustavy optimalizovat režim její údržby, rozhodnout, zda zvolí individuální výměnu vadných zdrojů nebo skupinovou výměnu všech zdrojů v osvětlovací soustavě bez ohledu na to, že některé zářivky jsou ještě provozuschopné. V případě skupinové výměny umožňuje stanovit ekonomicky nejvýhodnější interval výměny, vyplývající z konkrétních technických (stabilita světelného toku v průběhu svícení, střední život, vlastnosti okolního prostředí apod.) a ekonomických
parametrů (pořizovací cena celé soustavy i jednotlivých zářivek, náklady na výměnu vadného zdroje aj.). Bližší informace k této problematice lze nalézt v publikaci CIE 97.2-2005 vydané ČNI v českém překladu jako TNI 36 0451 Údržba vnitřních osvětlovacích soustav.

Závěr
Významní výrobci kladou důraz na ekologičnost výroby zářivek. Výrazným snížením množství jedovaté rtuti používané v zářivce až na hodnoty přibližně 3mg splňují nově vyráběné zářivky nové přísné mezinárodní hygienické normy, a tak přispívají k ochraně životního prostředí při vlastní výrobě i při likvidaci vyhořelých zdrojů. Některé typy zářivek jsou opatřeny ochranným průhledným obalem po celé délce trubice, který se ani při náhodném rozbití zářivky neporuší a zabraňuje rozptýlení rtuti a střepů do okolního prostředí. Ekologicky šetrný přístup ke konstruování a výrobě nejen zářivek, ale v podstatě všech světelných zdrojů, je zdůrazňován téměř všemi významnými výrobci. Stejně tak každé zvýšení měrného výkonu světelného zdroje anebo prodloužení jeho života je prezentováno jako příspěvek ke snížení emisí oxidu uhličitého, souvisejícího s úsporou elektrické energie při jeho provozu nebo výrobě.

Nová směrnice EU dává sbohem klasické žárovce
Nově schválená směrnice EU o svícení v domácnostech dává evropským spotřebitelům návod jak nakupovat nové světelné zdroje a svítidla. Klasické žárovky totiž postupně do roku 2016 zcela zmizí a budou nahrazeny úspornými zářivkami. To přinese výhody spotřebitelům i životnímu prostředí. Nová směrnice zaručuje postupný proces začínající 1. září 2009 a končící v roce 2016, kdy spotřebitelé řeknou své poslední sbohem klasickým žárovkám a dalším zdrojům světla, které jsou náročné na spotřebu elektřiny. V této fázi přechodu budou mít evropští zákazníci jistotu, že vždy najdou vhodné alternativy. Budoucnost patří úsporným zářivkám a LED (světelným diodám), které jsou technologií zítřka. Od 1. září 2009 začnou mizet první žárovky z regálů obchodů. Nejdříve zmizí klasické žárovky o výkonu větším než 80W a matné žárovky, které rozhodně nespadají do kategorie A energetické účinnosti, což je údaj, který spotřebitel nalezne na tzv. energetickém štítku na obalu výrobku. Ostatní energeticky neefektivní žárovky poté přejdou mezi nepovolené ve dvanácti měsíčních fázích, jež vyvrcholí v září 2012, kdy zmizí všechny žárovky s výkonem nad 7W.

Spotřebitelé se nemohou zmýlit
Spotřebitelé se při nákupu zářivek nebudou moci zmýlit. Prodejci a výrobci nesou odpovědnost za zajištění, že v prodeji budou k dispozici pouze schválené zdroje světla. Informace na obalech získají na důležitosti. Evropská směrnice má tyto informace sjednotit v rámci celé Evropy a tím zajistit ochranu spotřebitele. Údaje na obalech pomohou spotřebitelům vybrat správnou zářivku.

Náhrada klasických žárovek se vyplácí
Nová směrnice EU reguluje pouze maloobchodní prodej. Spotřebitelé mohou nadále používat žárovky, které mají doma v zásobě, a nemají povinnost je nutně vyměnit od 1. září 2009 – i když by tím ušetřili spoustu peněz. Energeticky úsporné výrobky jsou sice při nákupu dražší než klasické žárovky, ale ve většině případů se samy zaplatí již během jednoho roku, protože jsou mnohem méně náročné na spotřebu elektřiny. Nová směrnice EU také definuje nové kvalitativní nároky na výrobky, které jsou nastaveny ve prospěch spotřebitelů. Pokud chcete vědět, kolik elektřiny a peněz můžete ušetřit podle typu používané žárovky a která úsporná zářivka je vhodná pro jaký účel, navštivte virtuální dům světel OSRAM na adrese http://www.osram.cz.
V menu vyberte Nástroje a služby, dále Výpočty a poradenství. Zde naleznete on-line aplikace Light-Consultant pro profesionály a Light-a-Home pro domácnosti.

Převzato z časopisu Elektroinstalatér 1/2009, Ing. Vladimír Dvořáček

      Více informací o časopisu Elektroinstalatér naleznete zde.