Eine Kompaktleuchtstofflampe ist eine besonders kleine Leuchtstofflampe und wird umgangssprachlich auch als Energiesparlampe bezeichnet. Der Begriff Energiesparlampe umfasst aber auch verschiedene andere energiesparende Leuchtmittel.
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Die Röhre, in der die Gasentladung stattfindet, ist bei diesen Lampen gegenüber anderen Leuchtstofflampen kleiner und gebogen, gewendelt oder mehrfach gefaltet, um sie platzsparender unterzubringen, daher der Vorsatz Kompakt. Meist haben Kompaktleuchtstofflampen ein integriertes Vorschaltgerät und einen Edisonsockel (Schraubsockel), um sie als direkten Ersatz für Glühlampen einsetzen zu können.
Kompaktleuchtstofflampen zählen als Leuchtstofflampen zu den Quecksilberdampf-Niederdrucklampen. Zur Verringerung der Abmessungen ist die Gasentladungsröhre nicht gerade, sondern (mehrfach) u-förmig gebogen oder als Wendel ausgeführt. Eine weitere Verkleinerung und eine höhere Leuchtdichte wird durch einen erhöhten Innendruck erreicht. Die unterschiedlichen Bauformen und Leistungsformen werden meist durch das Lampenbezeichnungssystem ILCOS charakterisiert und sind dort näher beschrieben.
Bei Betrieb direkt am Stromnetz würde der Lampenstrom einer Kompaktleuchtstofflampe aufgrund der Stoßionisation bis zur Zerstörung der Lampe ansteigen. Um ihn zu begrenzen, wird zum Betrieb einer Kompaktleuchtstofflampe, wie auch anderer Gasentladungslampen, ein – heute meist elektronisches – Vorschaltgerät benötigt. Dieses kann sowohl in der Lampe enthalten als auch extern ausgeführt sein. Kompaktleuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät erfordern höhere Anfangsinvestitionen, arbeiten jedoch deutlich effizienter als solche mit konventionellem Vorschaltgerät und weisen eine Blindleistungskompensation auf. Sie vermeiden auch das 100 Hz-Flimmern.
Ein elektronisch arbeitendes Vorschaltgerät heizt beim Lampenstart zunächst die Kathoden, indem diese im Stromkreis in Reihe zu einem PTC-Widerstand liegen. Hat sich dieser durch Stromfluss erwärmt, wird er hochohmig und gibt die Entladungsstrecke für das Vorschaltgerät frei – die Lampe zündet. Der Druckaufbau, mithin die Verdampfung des Quecksilbers, geschieht beim Einschalten durch die Vorheizung der Kathoden beziehungsweise durch Heizfäden (direkt geheizte Kathoden) und nachfolgende Eigenerwärmung. Daher erreichen Kompaktleuchtstofflampen nicht sofort ihre volle Leuchtkraft.
Die Gasentladungsstrecke selbst arbeitet an einem Resonanzwandler, das heißt die Netzwechselspannung wird zunächst gleichgerichtet, um anschließend wieder in eine Wechselspannung höherer Frequenz (ca. 45.000 Hz) verwandelt zu werden. Die Wechselrichtung erfolgt mit zwei Schalttransistoren, die hochfrequente Wechselspannung gelangt dann über eine Ferritkern-Drossel zum Lampenstromkreis.
Die Drossel ist aufgrund der höheren Arbeitsfrequenz sehr klein, verlustärmer und materialsparend gegenüber den 50-Hz-Drosseln konventioneller Vorschaltgeräte. Darüber hinaus führt die höhere Arbeitsfrequenz zu einer höheren Effizienz der Lampe als bei Leuchtstofflampen mit konventionellem Vorschaltgerät, da zum einen die Gasentladung selbst effektiver arbeitet und zum anderen die Verluste in der Drossel geringer sind. Außerdem kann das menschliche Auge die Frequenz von 45.000 Hz nicht als Flimmern wahrnehmen.
Wird jedoch an der Dimensionierung des Glättungskondensators und der Siebung gespart, kann sich das durch Flimmern mit einer Frequenz von 100 Hz bemerkbar machen. Diese Frequenz liegt zwar über der Flimmerverschmelzungsfrequenz, kann jedoch zu Ermüdung und zum Stroboskopeffekt führen.
Kompaktleuchtstofflampen sind als sogenannte Energiesparlampen mit den bei Glühlampen üblichen Edison-Schraubsockeln (E14, E27) erhältlich. Dabei befindet sich das für den Betrieb erforderliche Vorschaltgerät im Sockel der Lampe. Diese Bauform erlaubt das Ersetzen von Glühlampen durch Kompaktleuchtstofflampen. Da konventionelle Vorschaltgeräte deutlich größer als elektronische sind, werden bei Kompaktleuchtstofflampen stets elektronische Vorschaltgeräte eingesetzt. Nachteile dieser Kombination von Leuchtmittel und Vorschaltgerät sind der höhere Preis und der ökologisch unerwünschte Aspekt, dass die Lampe nur mit dem Vorschaltgerät entsorgt werden kann.
Der Glättungskondensator ist das temperaturempfindlichste Bauelement der Lampe und ist deshalb möglichst weit entfernt von der Leuchtstofflampe im Schraubsockel untergebracht. Dort befindet sich auch eine Schmelzsicherung, um die Eigensicherheit der Lampe zu erreichen. Alle anderen Bauelemente befinden sich auf einer Leiterplatte.
In engen und unzureichend gekühlten Leuchten können thermische Probleme auftreten, was die Lebensdauer des Vorschaltgeräts und damit der Lampe verringert.
Um das Vorschaltgerät (elektronisch oder konventionell) von der eigentlichen Lampe zu trennen, wird es in die Leuchte integriert. Die im Folgenden genannten Bauformen unterscheiden sich durch die Anordnung des Starters (Glimmzünder mit Entstörkondensator):
Der Starter ist in die Lampe integriert, und zwar in einem länglichen, quaderförmigen Block aus Kunststoff zwischen den beiden Stiftkontakten am Sockel der Lampe (vorwiegend Sockel G23). Die Leuchte, in die dieses Leuchtmittel eingesteckt wird, benötigt für den Betrieb ein konventionelles Vorschaltgerät (KVG, eine 50-Hz-Drosselspule), elektronische Vorschaltgeräte (EVG) können bei diesen Lampen zu Startproblemen führen. Die elektrische Schaltung entspricht einer Leuchtstofflampe mit konventionellem Vorschaltgerät. Der Starter wird bei jedem Wechsel mit ausgetauscht, trotzdem ist diese Ausführung relativ kostengünstig.
Der Starter ist wie das elektronische oder konventionelle Vorschaltgerät in die Leuchte integriert. Dadurch ist der Sockel (vorwiegend GX24q) relativ kurz und daher kompakt. Alle vier Heizdraht- beziehungsweise Kathodenanschlüsse sind aus der Leuchtstofflampe herausgeführt. Sie ist technisch äquivalent zu großen rohrförmigen Leuchtstofflampen.
Weiterhin kann man mehrere Kompaktleuchtstofflampen an einem gemeinsamen externen elektronischen Vorschaltgerät betreiben (dadurch Reduzierung von Investitionskosten). Externe elektronische Vorschaltgeräte kann man an Licht- oder Gebäudemanagementsysteme wie etwa das Digital Addressable Lighting Interface anschließen.
Da Kompaktleuchtstofflampen als Ersatz für konventionelle Glühlampen dienen, gibt es Diskussionen über die Vor- und Nachteile der beiden Lampenarten. Negative Eigenschaften normaler Leuchtstofflampen, die über kein elektronisches Vorschaltgerät verfügen, können z. T. nicht auf Kompaktleuchtstofflampen übertragen werden. Kompaktleuchtstofflampen mit einem konventionellen Vorschaltgerät haben eine etwas schlechtere Effizienz. Auch gibt es zwischen verschiedenen Kompaktleuchtstofflampen erhebliche Unterschiede vor allem in der Lichtqualität, der Schaltfestigkeit, der Lebensdauer und der Umweltverträglichkeit.
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Kompaktleuchtstofflampen haben gemäß Industriestandard-Messungen mit ca. 60 lm/W eine rund vier- bis fünfmal höhere Lichtausbeute als normale Glühlampen mit 12 bis 15 lm/W, sie benötigen somit bei gleichem Lichtstrom also 75 % bis 80 % weniger elektrische Leistung. Im Laufe ihrer Lebenszeit nimmt die Ausbeute jedoch im Gegensatz zu Glühlampen stetig ab, wodurch sich die genannte Ersparnis in Summe relativiert. Zudem basiert jene angeführte höhere Lichtausbeute auf einer Messmethode (siehe: Ulbricht-Kugel), deren Ergebnisse wegen des ungleichmäßigen Abstrahlverhaltens von Kompaktleuchtstofflampen im Alltag nicht praxisgerecht sind.[1]
Die angegebene Lebensdauer einer Kompaktleuchtstofflampe liegt mit 3000 bis 15.000 Stunden deutlich über der einer normalen Glühlampe, welche nur 1000 bis 2000 Stunden Leuchtdauer aufweist. Letzteres ist allerdings nicht auf das grundsätzliche Konstruktionsprinzip der Glühlampe zurückzuführen, sondern auf gezielte Standardisierung durch die Hersteller im Sinne der Obsoleszenz (siehe: Phöbuskartell).[2] Gemäß obiger Angaben halten Kompaktleuchtstofflampen bei durchschnittlicher Nutzung von vier Stunden am Tag zwischen zwei und mehr als zehn Jahren.
Neben der Betriebsdauer spielt die Schalthäufigkeit für die Lebensdauer eine Rolle. Es gibt zwei Arten von Kompaktleuchtstofflampen:
Dadurch entsteht ein Zielkonflikt, da Kompaktleuchtstofflampen, die sofort Licht abgeben (was in Treppenhäusern sinnvoll ist), gerade jene sind, die nicht häufig geschaltet werden sollten (die man also nicht im Treppenhaus verwenden sollte). Die angegebene Lebensdauer von Lichtquellen bezieht sich immer auf einen „3-Stunden-Rhythmus“. Das heißt, dass die Lampen immer abwechselnd für 2¾ Stunden (165 Minuten) ein- und dann für 15 Minuten ausgeschaltet werden.
Im Jahr 2006 testete die Stiftung Warentest 27 Kompaktleuchtstofflampen im Hinblick auf ihre Lebensdauer. Zwei der Modelle hielten nur etwa 4500 Stunden durch, 23 Lampen über 10.000 Stunden. Bei sieben der Lampen musste der Test nach 19.000 Stunden (= über zwei Jahre) aus Zeitgründen abgebrochen werden.[3] Hier lag die Lebensdauer also oberhalb der angegebenen Werte.
In einem Bericht des Verbrauchermagazins „Konsument“ wurden ebenfalls im Jahr 2006 Kompaktleuchtstofflampen getestet:
Sowohl Stiftung Warentest[4] wie auch Konsument haben jeweils Anfang 2008 einen weiteren Test durchgeführt, der die alten Ergebnisse bestätigt.
Abweichende Ergebnisse findet Öko-Test:[5] Von 16 getesteten Lampentypen erreichten nur sechs eine mindestens „gute“ Bewertung in puncto Schaltfestigkeit (mindestens 7500 Schaltzyklen bei 1 Min. an, 5 Min. aus, also 125 Stunden Leuchtdauer), ebenso erreichten nur sechs Typen „(sehr) gute“ Leuchtdauer (mehr als 6000 Stunden). Getestet wurden auch viele No-Name-Produkte (11 von 16).
Eine kanadische Studie aus dem Jahr 2008 zeigt eine Wechselwirkung der eingesparten Energie mit dem Energiebedarf von Heizung und Klimaanlage. Da Kompaktleuchtstofflampen weniger Wärme abgeben als Glühlampen, steigt in der Heizperiode bei Einsatz von Kompaktleuchtstofflampen der Bedarf an Heizenergie. Umgekehrt sinkt während der Kühlsaison der Bedarf an Kühlenergie für Gebäudeklimaanlagen.
Das Energiesparpotential hängt daher vom Klima ab, die berechnete Kostenersparnis pro Haushalt (zweistöckiges Haus mit etwa 210 m²) schwankte dabei zwischen 44 kanadische Dollar pro Jahr in Los Angeles und 8 Dollar pro Jahr in St. John’s (Neufundland).[6][7]
Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass der Wirkungsgrad der Stromerzeugung und Übertragung von etwa 30 % deutlich unter dem von Heizungen auf Primärenergiebasis (etwa Gas, Kohle oder Holz) von etwa 90 % liegt. Entsprechend verbraucht das Heizen mittels Glühlampen oder elektrischen Heizungen allgemein etwa dreimal so viel Primärenergie wie der Betrieb konventioneller Heizungen. Zudem liegt der Preis von Heizöl oder Gas pro kWh deutlich unter dem von Strom.
Das finanzielle Einsparpotential der Kompaktleuchtstofflampen wird erst nach einer der Lebensdauer entsprechenden Leuchtdauer erreicht. So wird der gegenüber dem höheren Kaufpreis erreichte Strompreisgewinn erst nach einer gewissen Einsatzzeit der Lampe erreicht. Im Ergebnis einer Untersuchung von finanztest ist die Lebensdauer von Herstellungs- und Einsatzbedingungen beeinflusst, so hielten einige Modelle nur rund 4500 Stunden, während bei anderen der Test nach 19.000 Stunden aus Zeitgründen abgebrochen werden musste. Im Einsatz kann der Nutzer aufgrund der verzögerten Startphase bis zum Erreichen der vollen Helligkeit und des niedrigeren Energieverbrauchs die Kompaktleuchtstofflampen länger anlassen. Das muss sich nicht unbedingt negativ auf das Einsparpotential des finanziellen Aufwandes auswirken, da häufiges Schalten bei einigen Modellen zu einer Verringerung der Lebensdauer führen kann.[8]
Zum Anderen fällt das Einsparpotential von Lampen mit langer Lebensdauer deutlich größer aus, wenn ein Lampenwechsel aufwändig und mit Personalkosten verbunden ist. Insbesondere lassen sich Kompaktleuchtstofflampen an Lichtmanagementsysteme anschließen, die einen Lampenausfall melden.
Im Gegensatz zu Glühlampen ist für Kompaktleuchtstofflampen ein spezielles Altlampen-Recycling von Nöten, wobei selbst dann das Quecksilber lediglich endgelagert wird (siehe Abschnitt Umweltschutz weiter unten). Somit bleibt die Engergiebilanz vage.
Da Leuchtstoffröhren bei gleicher Lichtleistung weniger Wärme entwickeln als Glühlampen, kann eine Leuchte trotz begrenzter Lampenleistung mehr Licht abgeben, wenn Kompaktleuchtstofflampen eingesetzt werden. Eine Leuchte, die für Glühlampen bis zu 25 Watt ausgelegt ist (was etwa 200 Lumen ergibt), kann so ohne weiteres mit einer 10-Watt-Kompaktleuchtstofflampe auf ca. 500 Lumen aufgerüstet werden, wenn in der Leuchte genug Platz ist. Allerdings sind Kompaktleuchtstofflampen gegen Hitze empfindlicher als Glühlampen. Man kann im Beispiel nicht ohne weiteres eine Kompaktleuchtstofflampe mit bis zu 25 W einsetzen, die dabei entstehende Hitze könnte die Lampe überfordern und ihre Lebensdauer drastisch verkürzen.
Eines der am häufigsten genannten Argumente gegen die Kompaktleuchtstofflampe ist, dass sie ein kälteres Licht als Glühlampen hätte. Dieser Eindruck kommt jedoch nicht von einer abweichenden Farbtemperatur, diese ist vielmehr bei den üblichen Modellen mit Glühlampen vergleichbar, sondern aus dem diskontinuierlichen und abweichenden Farbspektrum einer Kompaktleuchtstofflampe (näheres dazu im Abschnitt Farbwiedergabe). Einen Unterschied in der Lichtfarbe gibt es beim Dimmen. Während sich bei einer dimmbaren Kompaktleuchtstofflampe lediglich die Helligkeit reduziert, sinkt bei einer gedimmten Glühlampe die Farbtemperatur des erzeugten Lichts deutlich, da der Glühdraht eine niedrigere Temperatur hat. In diesem Fall erzeugt eine Glühlampe also tatsächlich wärmeres Licht, während die Farbtemperatur der Kompaktleuchtstofflampe gleich bleibt.
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Bei der tatsächlichen Farbtemperatur sind Kompaktleuchtstofflampen heute in einem Bereich zwischen 2500 K (leicht unterhalb einer 60-W-Glühlampe) bis hin zu einem dem Tageslicht ähnlichen Ton verfügbar. Siehe dazu auch unter Kennzeichnung von Lichtfarbe und -qualität. In Deutschland werden im Wesentlichen nur 2700-K-Lampen im privaten und 4000-K-Lampen im öffentlichen und kommerziellen Bereich eingesetzt, in Südeuropa dagegen fast nur solche mit 6500 K. Da Leuchtstofflampen im Gegensatz zu Schwarzen Strahlern kein kontinuierliches, sondern ein diskretes Spektrum aufweisen, sind Unterschiede zwischen verschiedenen Lampen gleicher Farbtemperatur möglich.
Kompaktleuchtstofflampen werden durch entsprechende Wahl der Leuchtstoffe auch einfarbig (rot, gelb, grün, blau) sowie in Ultraviolett (UV-A, „Schwarzlicht“) gefertigt. Sie arbeiten in allen diesen Fällen effizienter als entsprechend gefilterte Glühlampen.
„Mittlerweile gibt es passende Energiesparlampen für jede Leuchte und jede Fassung […] Auch die Zahl der angebotenen Lichtfarben steigt ständig weiter.“
– Umwelt-Magazin, 2010[9]
Da Leuchtstofflampen im Gegensatz zu Glühlampen oder Tageslicht ein diskontinuierliches Spektrum emittieren, können Farben beziehungsweise konkrete Gegenstände unter dem Licht dieser Lampen anders aussehen. Der Farbwiedergabeindex der meisten Kompaktleuchtstofflampen liegt im Bereich zwischen 80 und 85; die teureren Fünfbanden-Leuchtstofflampen erreichen bei einer etwas geringeren Lichtausbeute einen Wert von bis zu 95. Glühlampen haben einen Farbwiedergabeindex von 100. Beim Farbwiedergabeindex handelt es sich allerdings nicht um prozentuale Angaben, wenngleich ein höherer Wert eine höhere Farbtreue anzeigt.
Kompaktleuchtstofflampen sind im Gegensatz zu klaren Glühlampen oder Hochdruck-Entladungslampen keine annähernd punktförmigen Lichtquellen, so dass eine klare Glühlampe mit frei sichtbarer Glühwendel auch bei gleicher Lichtfarbe eine andere Leuchtwirkung als eine Kompaktleuchtstofflampe aufweist. Beim Ersatz einer matten Glühlampe durch eine Kompaktleuchtstofflampe sind die Unterschiede geringer. Insbesondere blenden Kompaktleuchtstofflampen in geringerem Maße als klare Glühlampen.
Weiterhin unterscheiden sich die Abmessungen von Kompaktleuchtstofflampen und Glühlampen. Da Kompaktleuchtstofflampen teilweise deutlich länger als Glühlampen sind, erfordert ihr Einsatz möglicherweise einen Leuchtenwechsel. Im Vergleich zu Glühlampen kann auch der ästhetische Eindruck unterschiedlich sein, insbesondere ist für bestimmte Spezialglühlampen keine entsprechende Kompaktleuchtstofflampe verfügbar.
Ähnlich wie Glühlampen gibt es auch Kompaktleuchtstofflampen für Solar- und Campinganwendungen. Sie lassen sich direkt an 12V Gleichstrom betreiben, nutzen aber die Energie wesentlich effizienter als Glühlampen. So hält eine Akkuladung oder eine Batterie etwa fünfmal länger. Da diese Lampen ebenfalls oft einen E27-Sockel besitzen (um bereits vorhandene Leuchten weiter verwenden zu können), muss darauf geachtet werden, dass man sie nicht versehentlich am 230V-Netz einsetzt. Eine Zerstörung der Lampe wäre unvermeidbar.
Aufgrund der aufwendigen Technik des Vorschaltgerätes und der geringen Nachfrage sind diese Lampen etwa doppelt so teuer wie eine vergleichbare 230-V-Ausführung und meist nur auf Sonderbestellung zu haben. Sie werden in Warmweiß (2700 K) und Tageslichtweiß (6500 K) angeboten.
Ein großer Nachteil vieler Kompaktleuchtstofflampen ist ihre temperaturabhängige Helligkeit. Je nach Qualität und eingesetzter Technik dauert es ein bis vier Minuten, bis 90 % der endgültigen Helligkeit erreicht sind; während der Aufwärmphase kurz nach dem Einschalten erreichen sie nur zwischen 50 und 80 % der Endhelligkeit.[10] Das ist bei Lampen, die nur kurz benötigt werden, ungünstig (wie in Abstellkammern und Treppenhäusern oder bei durch Bewegungsmelder gesteuerten Zufahrtsbeleuchtungen).
Während der Startphase haben die Lampen aufgrund der geringeren Temperatur des Leuchtstoffes oft eine andere Lichtfarbe.[11]
Hochwertige Lampen mit Vorheizfunktion können die Umgebungstemperatur kompensieren und sind sehr schaltfest, starten jedoch etwas langsamer: Nach dem Einschalten dauert es wegen der Vorheizphase 0,1 bis 2 Sekunden, bis die Lampe zu leuchten anfängt.
Normale Kompaktleuchtstofflampen können nicht zusammen mit normalen Dimmern verwendet werden.[12] Nur Kompaktleuchtstofflampen mit speziell angepasstem elektronischem Vorschaltgerät können den Lampenstrom variieren, um so eine Helligkeitsanpassung (beispielsweise 3 bis 100 % der Helligkeit) der Lampe zu erreichen. Bei geringerer Helligkeit ist die Leistungsaufnahme des elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend geringer. Solche Kompaktleuchtstofflampen sind besonders gekennzeichnet und lassen sich mit gewöhnlichen Glühlampen-Dimmern betreiben, die nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung arbeiten. Auch Touch-Dimmer, Funk-Dimmer usw. arbeiten mit Phasenanschnittsteuerung, d. h. auch mit diesen können geeignete Kompaktleuchtstofflampen gedimmt werden. Aufgrund der komplizierteren Technik und der kleinen Stückzahlen sind solche Kompaktleuchtstofflampen jedoch meist teurer.
Des Weiteren werden Kompaktleuchtstofflampen angeboten, die sich durch mehrfaches Ein- und Ausschalten auch ohne externen Dimmer in mehreren Helligkeitsstufen betreiben lassen. Alternativ kann die Helligkeit einiger Kompaktleuchtstofflampen über Funk eingestellt werden.
Übliche Kompaktleuchtstofflampen sollten idealerweise bei einer Umgebungstemperatur von 20 bis 30 °C betrieben werden. Liegt die Temperatur deutlich darüber, sinken sowohl Lichtausbeute als auch Lebensdauer. Einen erheblichen Einfluss hat auch die Bauweise der Leuchte. Wenn sie nach oben geschlossen ist und keine Belüftungsöffnungen aufweist, sammelt sich die warme Luft darin und erhöht die Wärmebelastung der Lampe.
Ebenfalls problematisch kann der Einsatz bei niedrigen Temperaturen sein, insbesondere unter dem Gefrierpunkt. Zum einen verlängert sich die oben beschriebene Startdauer. Hier benötigt man spezielle, an die Temperatur angepasste Schaltungen. Zum anderen sinkt die Lichtausbeute der Lampen. Spezielle Kompaktleuchtstofflampen lassen sich noch bei Temperaturen bis zu −23 °C einsetzen.
Aufgrund der Halbleiterbauelemente im Sockel einer Kompaktleuchtstofflampe ist diese Lampe im Gegensatz zur Glühlampe nicht EMP-fest, d. h. ein einmaliger kurzzeitiger, hochenergetischer, breitbandiger elektromagnetischer Ausgleichsvorgang (Elektromagnetischer Puls, EMP) kann zum Defekt führen.
Kompaktleuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät emittieren hochfrequente leitungsgebundene und nicht leitungsgebundene Störungen (siehe Elektromagnetische Verträglichkeit). Diese Felder sind zwar nach heutigem Wissen gesundheitlich unbedenklich, können jedoch besonders empfindliche Geräte stören.[13]
Der von Kompaktleuchtstofflampen aufgenommene Strom weicht stark von einem sinusförmigen Verlauf ab, enthält also in hohem Maße Oberwellen. Diese können die Spannungsqualität vor allem in Inselnetzen beeinflussen.[14]
Infrarotfernbedienungen senden in einem Bereich von 20 bis 50 kHz. Die Eingangsverstärker der Infrarotempfänger sind daher in diesem Frequenzbereich empfindlich. Das für Menschen nicht sichtbare Flimmern von Kompaktleuchtstofflampen kann Störsignale erzeugen, die zu Fehlschaltungen oder Reichweiteneinschränkungen von Infrarotfernbedienungen führen können.
Kompaktleuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät erzeugen elektromagnetische Störungen welche unter dem Begriff der elektromagnetischen Umweltverträglichkeit zusammengefasst werden. Diese Wechselwirkungen, sie werden umgangssprachlich und abwertend auch als Elektrosmog bezeichnet, bestehen vor allem aus dem hochfrequenten Magnetfeld. Demgegenüber sind die Magnetfelder, welche von Glühlampen ausgehen, von niedriger Frequenz, aber wegen des höheren Stromes entsprechend stärker. Ein Vergleich ist hier kaum möglich, da es vom Einzelfall abhängt, ob die größere Intensität oder die höhere Frequenz Nachteile generiert. Meist werden die Abstrahlungen in ihrer Feldstärke vergleichbar oder geringer als bei anderen elektronischen Geräten bewertet. Die einzuhaltenden Grenzwerte orientieren sich daher nicht an vermuteten gesundheitlichen Risiken, sondern an der technisch relevanten elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).[13][15]
„Der Einsatz von Kompaktsparlampen für allgemeine Beleuchtungszwecke im Haushalt ist unter Strahlungsschutzaspekten nicht bedenklich.“
– Bundesamt für Strahlenschutz[16]
Abhängig von der Qualität der eingesetzten Bauteile in den Vorschaltgeräten der Kompaktleuchtstofflampen können diese geringfügig Schwingungen im hörbaren Frequenzspektrum erzeugen. Ein ungünstiger Aufbau der Lampenfassung kann diese Schwingungen als Brummen hörbar machen. 50-Hz- und 100-Hz-Brummen kann durch Magnetostriktion in der Drossel entstehen. Die Störfrequenz ist dabei amplitudenmoduliert auf der eigentlichen Betriebsfrequenz (ca. 45.000 Hz, nicht hörbar) vorhanden. Durch Elektrostriktion können Oberfrequenzen mit 100 Hz am Gleichrichter und Siebkondensator entstehen. Ein Dimmer mit Phasenanschnittsteuerung verursacht vergleichbare Geräusche, jedoch meist lauter als eine Kompaktleuchtstofflampe.
Kompaktleuchtstofflampen benötigen beim Start kurzfristig (meist weniger als 0,1 Sekunden) mehr Leistung (etwa das 50-fache) als während des anschließenden Betriebs. Der Energieverbrauch bei der Zündung entspricht also ungefähr dem von fünf Sekunden im normalen Betrieb. Dieser Mehrverbrauch ist aber vernachlässigbar und geringer als bei den Glühlampen, welche ebenfalls einen höheren Einschaltstrom benötigen,[17] da die Glühwendel einen typischen Kaltleiter darstellt.[18]
Bei Leuchtstofflampen mit konventionellem Vorschaltgerät treten in erheblichem Maße Helligkeitsschwankungen (Flimmern) im 100-Hz-Rhythmus auf. Bei jeder Halbwelle der 50-Hz-Netzspannung fließt Strom durch die Röhre und erzeugt einen Lichtpuls. Das Flimmern führt zu Ermüdung und ist vor allem beim Einsatz an bewegten Maschinen problematisch (Stroboskopeffekt). Außerdem kann es bei photosensiblen Personen zu epileptischen Anfällen führen. Bei Glühlampen ist dieses Flimmern weniger ausgeprägt, weil der Glühdraht wegen seiner Wärmespeicherung auch noch während des Nulldurchgangs des Stroms Licht abstrahlt.
Leuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät (EVG) flimmern im Idealfall praktisch nicht, weil die Röhre nicht mit der Netzfrequenz von 50 Hz, sondern mit einer Wechselspannung um 50.000 Hz betrieben wird. Wegen der Trägheit des menschlichen Auges sind diese Frequenzen nicht wahrnehmbar. Durch die Nachleuchtzeit des Leuchtstoffs ist außerdem die Amplitude der Helligkeitsschwankungen viel kleiner als bei 100 Hz. Zusätzlich hat ein Betrieb mit Hochfrequenz den Vorteil einer höheren Lichtausbeute.[19]
In der Praxis können auch Leuchtstofflampen mit EVG, je nach dessen Qualität, einen Rest des 100 Hz-Flimmerns aufweisen, der für empfindliche Personen wahrnehmbar sein kann. Vor allem die in Kompaktleuchtstofflampen integrierten EVG werden auf niedrige Kosten optimiert. Hier spart der Hersteller oft an der Kapazität des Siebkondensators, so dass der gleichgerichteten Versorgungsspannung noch eine erhebliche 100-Hz-Schwankung überlagert ist. Diese moduliert die Amplitude des hochfrequenten Röhrenstromes und führt zu Helligkeitsschwankungen.
Schwankungen der Netzspannung führen bei Glühlampen zu Helligkeitsschwankungen und können, im Fall erhöhter Netzspannung, die Lebensdauer verkürzen. Bei Kompaktleuchtstofflampen mit hochwertigen elektronischen Vorschaltgeräten führen Spannungsschwankungen bis zu etwa 4 % nicht zu Helligkeitsschwankungen oder einer Lebensdauerverkürzung. Bei Modellen geringer Qualität ist das jedoch nicht auszuschließen.
In den Startern von Leuchtstofflampen wurde früher das radioaktive Füllgas Krypton-85 (Kr-85) verwendet. Seit 1990 sind keine derartigen Kompaktleuchtstofflampen mehr auf dem Markt.[20]
Die Lichtfarbe einer Lampe wird über die Farbtemperatur in Kelvin beschrieben. Sie ist ein Maß für die Intensitätsverteilung im Spektrum der Lampe, das heißt, wie die langen und kurzen Wellenlängen zueinander gewichtet sind. Eine höhere Farbtemperatur bedeutet, dass die Lichtquelle – wie in obiger Skizze dargestellt – blauer erscheint; irreführenderweise wird jedoch Licht mit niedriger Farbtemperatur (rötlich) als warm empfunden und so bezeichnet. Ausgangspunkt für diese Beschreibung ist das kontinuierliche Spektrum eines Schwarzen Strahlers.
Normale Glühlampen haben eine Farbtemperatur zwischen 2600 K und 3000 K, wobei ihre Farbtemperatur umso höher ist (und somit ihr Licht umso kälter empfunden wird), je höher ihre Leistungsaufnahme ist. Kompaktleuchtstofflampen sind mit Lichtfarben zwischen 2300 K und 8000 K erhältlich.
Da Leuchtstofflampen ein von einem Schwarzen Strahler abweichendes und nicht kontinuierliches Emissionsspektrum aufweisen, kann eine Glühlampe einen anderen visuellen Eindruck vermitteln als eine Leuchtstofflampe mit der gleichen Farbtemperatur. Ob das der Fall ist, hängt vom Absorptionsspektrum der beleuchteten Gegenstände und von der Qualität der Lampe ab. Letztere wird näherungsweise durch den Farbwiedergabeindex bemessen.
Auf der Verpackung sind meist die Farbtemperatur und der Farbwiedergabeindex in einem dreistelligen Zifferncode angegeben. Die erste Ziffer steht für den Zehner des Farbwiedergabeindexes Ra. Bei Leuchtstofflampen reicht das Spektrum der Farbwiedergabe von Ra 60 bis Ra 98.[21] Je größer der Wert ist, desto besser können Farben unter dem Licht der Lampe unterschieden werden. Bei Lichtfarben unter 5000 K hat per definitionem ein schwarzer Strahler (in guter Näherung eine Glühlampe) den Wert 100, bei Lichtfarben über 5000 K wird direktes Sonnenlicht als Referenz mit dem Index 100 versehen. Die nächsten beiden Ziffern stehen für die Farbtemperatur in Hektokelvin (Farbtemperatur in Kelvin durch 100 geteilt).
Somit bedeutet „827“ einen Farbwiedergabeindex von Ra 80–89 bei einer Farbtemperatur von 2700 Kelvin. Das entspricht der Farbtemperatur von normalem Glühlampenlicht bei geringerem, jedoch gutem Farbwiedergabeindex. Für Farbmusterungen werden dagegen Lampen des Typs „965“ eingesetzt, d. h. Tageslichtlampen mit sehr guter Farbwiedergabe Ra > 90.
Manchmal wird der Farbwiedergabeindex alternativ nach DIN 5035 als Wert zwischen 4 und 1A angegeben. 1B steht für einen Wert zwischen Ra 80 und Ra 89, 1A für einen Wert zwischen Ra 90 und Ra 100.[22]
Kompaktleuchtstofflampen können je nach Leuchtstoff auch farbiges Licht erzeugen. Auch ultraviolette Lampen werden unter dem Namen Schwarzlichtlampe angeboten – hier wird ein spezieller Leuchtstoff (Lichtwellenlänge 350–370 nm) eingesetzt, wobei das Glas die Eigenschaften eines Ultraviolettfilters hat.
Im Folgenden wird eine Kompaktleuchtstofflampe mit einer mittleren Lebensdauer von 10.000 Stunden und einer Leistungsaufnahme von 11 W mit einer 60-W-Glühlampe mit 1000 h Lebenserwartung verglichen.
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Die Energiebilanz fällt für die Kompaktleuchtstofflampen unter einer Reihe von Annahmen positiv aus, auch wenn der Energieverbrauch für die Produktion des Leuchtmittels berücksichtigt wird. Dabei benötige die Produktion einer Kompaktleuchtstofflampe etwa das Zehnfache der Energie als für die Herstellung einer Glühlampe.
Die Herstellung einer Kompaktleuchtstofflampe erfordert etwa 12 MJ (= 3,33 kWh) Primärenergie und ist damit deutlich aufwändiger als die Produktion einer Glühlampe zu etwa 1 MJ. Weiterhin werden für den Vertrieb beider Lampen je 52 MJ aufgewendet.[23] Im Betrieb benötigt die oben genannte Kompaktleuchtstofflampe in 1000 h etwa 99 MJ Primärenergie, während die Glühlampe in 1000 h etwa 540 MJ verbraucht; der Wirkungsgrad der Bereitstellung elektrischer Energie wird dazu als 40 % angenommen.
Bei einer angenommenen Lebensdauer von 10.000 Stunden einer qualitativ hochwertigen Kompaktleuchtstofflampe sind das in Summe 1054 MJ gegenüber 5930 MJ für die in der gleichen Zeit verbrauchten 10 Glühlampen. Die Einsparung beträge also 82 Prozent. Würde die Kompaktleuchtstofflampe nicht länger als eine Glühlampe halten, ergäbe sich mit 163 MJ gegenüber 593 MJ bereits eine Einsparung von 72 Prozent. Angenommen, die Beleuchtung mache etwa 8 % des Stromverbrauchs des durchschnittlichen Haushalts aus. Wenn man alle Glühlampen (oder zumindest die, welche lange eingeschaltet sind) durch Kompaktleuchtstofflampen ersetzt, die 80 % Stromersparnis gegenüber Glühlampen aufweisen, reduziert das den Gesamtstromverbrauch des Haushalts entsprechend um ca. 6 %.
Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung, die in vielen Ländern dominiert, entstehen je nach Brennstoff unterschiedlich große Mengen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid (CO2). Da Kompaktleuchtstofflampen weniger Strom als Glühlampen verbrauchen, reduziert deren Einsatz indirekt den mit der Beleuchtung verbundenen CO2-Ausstoß. Da oben genannte Kompaktleuchtstofflampe in 10.000 Betriebsstunden etwa 490 kWh elektrische Energie gegenüber zehn 60-Watt-Glühlampen einspart, verringert sich die CO2-Emission um etwa 290 kg, vorausgesetzt es wird der deutsche Strommix mit CO2-Emissionen zu 590 g/kWh eingesetzt.[24] Stammt der Strom aus Kraftwerken mit geringeren CO2-Emissionen, wie Wasser-, Wind- oder Kernkraftwerken, so wird entsprechend weniger CO2 emittiert aber auch eingespart.[25]
Neben CO2 werden bei der Verbrennung von Kohle die Gase Schwefeldioxid und Stickoxide emittiert. Der Einsatz von Kompaktleuchtstofflampen reduziert diese Emission ebenfalls.
Wie alle Leuchtstofflampen enthalten Kompaktleuchtstofflampen giftiges Quecksilber. Nach der RoHS-Richtlinie gilt in der EU eine Höchstmenge von 5 mg je Lampe. Bei hochwertigen Lampen werden jedoch teilweise weniger als 1,5 mg[26] eingesetzt oder Quecksilberlegierungen genutzt, um das Entweichen des Quecksilbers im Falle eines Glasbruchs zu unterbinden.[27] Die genaue Menge muss gemäß der EU-Verordnung (EG) Nr. 244/2009[28] angegeben werden, was bisher jedoch nur selten erfolgt.
Das Quecksilber ist hermetisch eingeschlossen und kann nur bei Glasbruch entweichen. Falls eine Lampe in geschlossenen Räumen zerbricht, kann die Quecksilberbelastung in der Raumluft auf das 20-fache des Richtwertes von 0,35 µg pro Kubikmeter steigen. Diese Gesundheitsgefährdung trifft auch all jene Personen, die im Zuge der Müllentsorgung und der Abfalltrennung mit zerbrochenen Energiesparlampen in Kontakt kommen können.[29] Es wird empfohlen, den betroffenen Raum gut zu lüften.[30] Wenn eine Lampe zerbricht, während sie leuchtet, entweicht mehr Quecksilber in die Luft als bei einer kalten, da bei Wärme der Anteil an gasförmigem Quecksilber in der Energiesparlampe höher ist; in der kalten Lampe ist ein größerer Teil des Quecksilbers flüssig und haftet in kleinen Tröpfchen an den Innenwänden des Glases.[31] Die Stiftung Warentest empfiehlt[32] Energiesparlampen mit Amalgamtechnik und einem doppelten Hüllkolben als Schutz gegen Zerbrechen der Leuchtstoffröhre, wobei es bei der Bruchsicherheit herstellerspezifische Unterschiede zu geben scheint.[33] Das hier eingesetzte Amalgam ist eine metallische bei Zimmertemperatur feste Quecksilberverbindung, die erst im Betrieb verdampft. Zerbricht eine solche Lampe im kalten Zustand, entweicht das Quecksilber nicht in die Atemluft. Allerdings benötigen solche Lampen länger, bis sie ihre maximale Helligkeit erreichen.
Auch bei der Stromerzeugung in Kohlekraftwerken wird neben anderen Schadstoffen Quecksilber freigesetzt, beim deutschen Strommix sind das pro Kilowattstunde erzeugten Stroms etwa 0,0147 mg.[34] Aus dieser Zahl ergibt sich bei Glühlampen nach einem Zeitraum von etwa 7000 Stunden eine zusätzliche Quecksilber-Emission, die in etwa der Höchstmenge für Kompaktleuchtstofflampe entspricht. Eine Kompaktleuchtstofflampe, die länger hält, hat also selbst bei unsachgemäßer Entsorgung immer eine bessere Quecksilber-Bilanz. Bei geringerer enthaltener Menge verringert sich die Zeit entsprechend. Wird die Kompaktleuchtstofflampe ordnungsgemäß entsorgt, so ist die Bilanz in beiden Fällen für die Kompaktleuchtstofflampe besser.
Bei alleiniger Stromerzeugung mittels Kraftwerken ohne Quecksilberemission (etwa in Kern- und Gaskraftwerken, oder durch erneuerbare Energieträger) verursacht der Betrieb von Glühlampen keine Quecksilberemission. Im Gegensatz dazu werden bei nicht sachgerechter Entsorgung der Kompaktleuchtstofflampe pro Stück bis zu 5 mg Quecksilber freigesetzt. Es hängt also entscheidend auch von der Umweltbilanz der Stromerzeugung ab, ob mehr oder weniger Quecksilber in die Umwelt gelangt.
Ein weiteres Problem stellt der zur Herstellung von Kompaktleuchtstofflampen notwendige Quecksilberabbau dar. Wegen des in Europa seit Inkrafttreten des stufenweisen Verbotes von Glühlampen deutlich gestiegenen Bedarfes werden weltweit – z. B. in China – alte, längst aufgelassene Minen wieder geöffnet. Der Abbau des giftigen Schwermetalles erfolgt dort zumeist unter menschenunwürdigen Bedingungen und ohne jegliche Umweltkontrollen.[35]
Auch das Altlampen-Recycling funktioniert bislang unzureichend, da – selbst europaweit gesehen – ein Großteil der Lampen im Hausmüll entsorgt und/oder illegal in Länder der Dritten Welt exportiert wird.[36] Das Quecksilber von Kompaktleuchtstofflampen, die bis ins entsprechende Recycling gelangen, wird in Deutschland mangels wirtschaftlicher Verfahren zumindest zum Teil als Sondermüll endgelagert. Bei den gängigen Verfahren gelangt zudem der gasförmige Teil in die Atmosphäre.[37]
Die Elektronik-Platine und das Plastikgehäuse sind mit Flammschutzmitteln ausgerüstet. Diese können während des Betriebes ausgasen, was wie bei anderen elektronischen Bauteilen zu Geruchsbelästigungen und gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen kann.[38] Das Umweltbundesamt kam allerdings zu dem Schluss, dass die Konzentrationen vernachlässigbar gering sind und kein zusätzliches Gesundheitsrisiko besteht. Bei neuen technischen Geräten ist allerdings allgemein mit Ausgasungen zu rechnen.[39]
Defekte Kompaktleuchtstofflampen sind Sondermüll, denn sie enthalten Quecksilber sowie weitere problematische Stoffe in der Glasröhre, in der Elektronik und im Vergussmaterial. Sie dürfen nicht in den Hausmüll oder in den Glascontainer gegeben werden. Die fachgerechte Entsorgung getrennt vom Hausmüll oder hausmüllähnlichem Gewerbeabfall dient nicht allein dem Umweltschutz, sondern zugleich dem Gesundheitsschutz der mit dem Müll in Berührung kommenden Personen. Aus gebrochenen Röhren verdampft Quecksilber bei Zimmertemperatur.
Das Quecksilberhaltige Leuchtpulver wird keiner Wiederaufbereitung zugeführt, da eine Extraktion des Quecksilbers unwirtschaftlich ist (siehe oben).
2008 verglich der Öko-Institut e. V. in Zusammenarbeit mit dem Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) Kompaktleuchtstofflampen. Die Daten beruhen ausschließlich auf Befragungen der Hersteller, nicht auf tatsächlichen Tests. Darauf basierend vergleicht die Tabelle unten eine 11-Watt-Kompaktleuchtstofflampe (572 Lumen) mit einer deutlich helleren Glühlampe von 60 Watt (710 Lumen, die Quelle nennt fälschlich 660 Lumen). Die Werte beziehen sich auf eine tägliche Leuchtdauer von 3 Stunden bei einem Strompreis von 22 Euro-Cent je Kilowattstunde (Stand: Mai 2008).[40] Aus der durchschnittlichen Lebensdauer einer Kompaktleuchtstofflampe ergäbe sich über den Zeitraum die Nutzung von 10 Glühlampen statt 1 Kompaktleuchtstofflampe; um die Emissionen zu vergleichen, wurde dieser Zeitraum eingesetzt. Wären 60 % der deutschen Haushalte grundsätzlich mit Energiesparlampen ausgerüstet, ließen sich 4,5 Millionen Tonnen Kohlendioxid einsparen, eine Menge, die 1,8 Millionen Mittelklassewagen bei einer Laufleistung von 15.000 Kilometern im Jahr erreichen.[41] Energiesparlampen sind als Sondermüll zu entsorgen, da sie wie alle Leuchtstofflampen Quecksilber enthalten.[9]
| 11-Watt-Energiesparlampe | 60-Watt-Glühlampe | |
|---|---|---|
| Stromkosten pro Jahr | 2,65 Euro | 14,45 Euro |
| Stromverbrauch pro Jahr | 12,0 Kilowattstunden | 65,7 Kilowattstunden |
| CO2-Emission pro Jahr | 7,8 kg | 42,4 kg |
| Lebensdauer einer Lampe | 10.000 Stunden | 1000 Stunden |
| CO2-Emission über 10.000 Stunden | 71,2 kg | 387,2 kg |
| Quecksilbergehalt in der Lampe | 2 mg | entfällt |
| Quecksilberemission über 10.000 Stunden bei 42 % Kohleverstromung | 3,29 mg | 8,86 mg |
Die Leuchtröhre wurde vor über 150 Jahren vom deutschen Physiker Heinrich Geißler erfunden. Er füllte eine Glasröhre mit einem Gas und legte eine Spannung an. 1901 erfand Peter Cooper-Hewitt die Quecksilberdampflampe, eine mit Quecksilber gefüllte Entladungslampe, welche blaugrünes Licht ausstrahlt. Edmund Germer schlug 1926 vor, den Druck innerhalb der Röhre zu erhöhen und die Röhre mit einem Leuchtstoff zu beschichten, der ultraviolette Strahlung in sichtbares Licht umwandelt.
1980 brachte Philips mit der „SL* Lampe“ die erste „kompakte schmalröhrige Leuchtstofflampe“ auf den Markt. Sie hatte eine Gesamtlänge von 17 cm, einen Durchmesser von 7 cm und ein Gewicht von mehr als 500 g. Eine flächendeckende Verwendung in allen Leuchten war angesichts von Größe und Gewicht nicht möglich. In den folgenden Jahren kamen auch andere Hersteller kompakte Leuchtstofflampen mit integriertem Vorschaltgerät auf den Markt. Sie waren deutlich größer und schwerer als heutige Modelle, da sie im Lampenfuß ein konventionelles Vorschaltgerät und anfangs noch ein dickes Schutzglas über den Leuchtröhren enthielten. Im Gegensatz zu heutigen Kompaktleuchtstofflampen flimmerten sie noch sichtbar und hatten eine weniger gute Farbwiedergabe. Die Aufheizphase war um ein Vielfaches länger, die Lichtausbeute deutlich geringer.
Das änderte sich mit der Einführung elektronischer Vorschaltgeräte. Diese arbeiten prinzipbedingt effizienter und erhöhen durch die hohe Betriebsfrequenz von 25 bis 50 kHz den Wirkungsgrad der Leuchtstofflampe um etwa 10 %. Das erste elektronische Vorschaltgerät (EVG) mit/für Glühlampenfassung wurde am 9. April 1984 von Jürg Nigg, Zürich, als Patentschrift veröffentlicht.[42] Diese Sparlampenadapter werden bis heute gebaut. Eine Ökobilanz (ETH Zürich) belegt, dass sie noch Rohstoff-sparsamer sind als Einwegsparlampen mit integriertem EVG. Nach eigenen Angaben brachte der Hersteller Osram 1985 die erste Kompaktleuchtstofflampe mit in den Sockel integriertem elektronischem Vorschaltgerät (EVG) und Startelektronik auf den Markt.
Commons: Kompaktleuchtstofflampe – Sammlung von Bildern, Videos und AudiodateienDieser Artikel basiert auf dem Artikel Kompaktleuchtstofflampe aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und ist unter der Lizenz Creative Commons Attribution/Share Alike verfügbar. Zusätzliche Bedingungen können anwendbar sein. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |
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