一体式荧光灯

一体式荧光灯（英语：Compact fluorescent lamp, CFL），中国大陆称为节能灯，台湾称为省电灯泡、电子灯泡，香港及澳门称为悭电胆，是指将荧光灯（日光灯）折叠后与电子镇流器组合成一个整体的照明设备。一体式荧光灯的尺寸与白炽灯相近，灯座接口也和白炽灯相同，所以可以直接替换白炽灯。不带镇流器的折叠形光管称紧凑型荧光灯。
在发光量相同的情况下，节能灯使用的电能为白炽灯的¹⁄₅到¹⁄₃，寿命则为其8到15倍。节能灯的单价比白炽灯贵，但由于其寿命长、耗电少，在其工作寿命中大约能省下其售价五倍的电费。和其他荧光灯一样，节能灯含有有毒的汞，因而丢弃时需要特别处理。不少国家的政府都规定禁止将节能灯与生活垃圾一同丢弃，而要通过特别处理有害垃圾的系统回收。
节能灯的工作原理和其他荧光灯一样：汞原子周围处于激发态的电子在落回低能级时会发射出紫外光，而紫外光轰击荧光涂层时就会被转化为可见光（还有一些被玻璃等材料吸收，变为热耗散）。
节能灯的光谱与白炽灯相异。较新的磷光体配方在节能灯发光色彩上有所改进，可以生成类似于白炽灯的“暖白色”光。有些来源认为这种暖光最好。
白色发光二极管灯（LED灯）在高效室内照明行业中与一体式荧光灯相竞争。通用电气公司现已逐渐停产节能灯，转向新的LED灯技术。

历史

现代紧凑型荧光灯在19世纪90年代后期由彼得·库珀·休伊特发明。他的灯被摄影师用于照相而用。
埃德蒙·杰默、弗里德里希·迈耶、汉斯·斯潘纳三人于1927年申请了一种高压蒸汽灯的专利。  乔治·伊曼后来与通用电气合作，于1938年做出了可行的荧光灯，于1941年获得其专利。为了缩短灯具尺寸，很快就有了圆形和U形的荧光灯。1939年纽约世界博览会上展出了最早的荧光灯泡和灯具。
受到第一次石油危机推动，通用电气公司的爱德华·E·哈默于1976年发明螺形节能灯。虽然节能灯完全达到了其设计目标，但由于建造相关工厂所需费用高达2500万美元，这项发明最终被搁置。节能灯的设计终究还是被其他公司拿去了。1995年，中国推出了螺形的节能灯。自此以后，这类灯具的销售量稳步增长。
1980年，飞利浦推出了“SL型”灯，一种带螺口和磁镇流器的节能灯具。这种灯具使用折叠起来的T4灯管、性质稳定的三色磷光体和汞齐。这是第一种成功推广的螺口白炽灯替代品。欧司朗于1985年开始生产的“EL型”灯具是第一种使用电子镇流器的节能灯。
开发体积与白炽灯相等的新型节能灯离不开新型磷光剂的开发。和普通节能灯的磷光剂相比，小型节能灯内的磷光剂需要能在同样的面积内承担更大的功率。
2016年，通用电气公司宣布将逐渐停产节能灯。发光二极管价格持续下降，2015年时每颗LED灯泡的价格已远低于5美元。因此，越来越多的消费者都开始转向LED灯。除此之外，随着标准更新，节能灯要获得能源之星认定也越来越难。

构造

紧凑型荧光灯分两种：第一种是内置镇流器的一体式（英语：integrated）节能灯，可以直接替换相应接口的白炽灯。这类灯泡在不少白炽灯灯具中能妥善工作，降低了转换到荧光灯照明的开支。市场上也可以找到三路开关或可调光的型号。
非一体式的“紧凑型灯管”则使用灯具的镇流器，在报废时只替换灯管本身。灯具中的镇流器一般体积更大、寿命更长，因此基本不需替换。“紧凑型灯管”所用的灯具可能更贵、更复杂。这类灯管有的四针接口，适合电子镇流器或带启动器的传统镇流器使用，有的则自带启动器元件，使用双针接口配合传统镇流器使用。如果使用一端螺口、一端针口的磁性镇流器转接，紧凑型灯管也可以装在普通灯泡的接口上。
一体式节能灯的主要可以分为（磁性或电子）镇流器和充气灯管两部分。随着新产品使用电子镇流器替换磁性镇流器，节能灯基本克服了老式荧光灯闪烁、启动慢的问题。电子镇流器也使节能灯体积可以越缩越小。
电子镇流器在形态上是一块带有桥式整流器、滤波电容的电路板，上面经常带有两个绝缘栅双极晶体管开关元件。交流电输入先经过整流器变为直流电，再由晶体管共振逆变器转为高频交流电，供灯管使用。共振逆变器无论输入电压如何，输出的电流强度都趋为稳定。因此普通节能灯基本不可调光，并且会随着调光使用缩短寿命，甚至突然报废。节能灯若要调光使用，需要使用特殊种类的电子镇流器。
节能灯的光通量和磷光体表面积大致成正比。也是因为如此，高亮度的节能灯经常比相应亮度的白炽灯大，有时会装不进白炽灯所用的灯具。为了在尺寸与白炽灯近似的前提下增大磷光体面积，节能灯大多做成螺形、多管形、圆弧形或蝶形。
一些节能灯的标签上会提到“禁止底朝上使用”，这是因为热量蓄积会缩短镇流器寿命。有些节能灯不适合用于吊灯，特别是天花板吊灯。市场上也有专门用于这些地方的节能灯。如果要用在彻底封闭的灯具（如隔热天花板吊灯），现在一般推荐使用“反射面节能灯”（R-CFL）或冷阴极节能灯，也可以考虑将灯具换成适合节能灯的品种。节能灯适合用于台灯等气流通畅的灯具。

寿命

大部分节能灯的额定工作寿命从6,000到15,000小时作用不等，而大部分白炽灯的寿命则在750到1,000小时之间。不过，所有灯的寿命都受电压、制造缺陷、电压尖峰、机械冲击、开关频率、灯泡指向、环境温度等种种因素影响，不可直接以“典型寿命”一概而论。
如果频繁开关节能灯，其寿命会显著缩短。如果以5分钟为周期来回开关某些节能灯，其寿命可能会缩短到类似于白炽灯的量级。美国的能源之星计划建议说，如果离开房间不超过15分钟，则不应关灯，以免频繁开关缩短寿命。节能灯的亮度随寿命指数衰减，一开始使用时衰减的亮度最多。节能灯报废时的亮度一般为原亮度的70–80%。人眼对于亮度的感知是对数尺度的：人眼对于弱光强度的变化比对于强光强度的变化敏感。这与瞳孔放大、缩小补偿亮度变化有关。也就是说，只要一个节能灯一开始能提供充足光线，即使到了后期亮度降低25%，观者感知到的区别也没25%那么明显。
由于节能灯亮度会逐渐衰减，某些使用节能灯的场合可能会表现出一开头亮度合适，逐渐又变得太暗的情况。美国能源部对2003–2004年认证的“能源之星”节能灯进行的测试显示，有四分之一的节能灯在其额定寿命40%时给出的光通量不足额定数值。

功率因数

由于节能灯输入级的整流器属于非线性负载，其电流中的谐波成分会给电网带来谐波失真的干扰。普通家庭使用节能灯不会明显影响供电质量，但在大型单位大量安装时可能产生问题。对于个人消费者而言，节能灯功率因数的高低不会影响电灯的节能优势，然而如大量安装使用——例如商业应用，或者为上百万家庭供电的电网——则可能需要升级基础设施。在这种情况下，应使用总谐波失真（THD）较低（小于30%），功率因数高（大于0.9）的产品。

点亮时间

白炽灯打开之后，不到一秒就可到达正常亮度。截至2009年，节能灯点亮用时不足一秒，但要达到正常亮度则需要多等待一会。节能灯初开灯时，光线颜色可能稍有偏差。有些“立即点亮”型的节能灯没有显著的预热现象，但其他节能灯则经常需要一分钟多才能到达正常亮度，天气较冷时用时更久。有些使用汞齐的节能灯需要三分钟才能完成预热，达到正常亮度。由于节能灯启动较慢，寿命又易受频繁开关影响，可能并不适合声控灯之类的感应灯具使用。市场上亦有一种将卤素灯与节能灯组合而成的“混合灯”，适合时间不足等待预热的场合。混合灯中的卤素灯能立即点亮，等到节能灯达到正常亮度再关闭。

综合考量

据欧洲新发新定健康风险科学委员会（SCENIHR）2008年研究报告，节能灯发出的紫外线和蓝光可能会造成健康风险，导致已有光敏性皮肤疾病的人群症状恶化。如距离一些单层玻璃的节能灯不足20 cm（7.9英寸），受到的紫外线暴露强度就会超出目前办公室的安全级别。虽然说这种安全级别是为防止皮肤和视网膜损伤而定，照明业界认为节能灯所造成的紫外线剂量远不足以引致皮肤癌，且双层玻璃节能灯可以“大部分甚至完全”地消除其他此类风险。国际电工委员会的IEC 62471标准定义了灯具发出各种波长光的安全剂量，并要求合规的光源按照危险等级加上警告标签。不少国家都执行这一标准。
测量显示，距节能灯150厘米时，受到的辐射影响几乎可以忽略。靠近一点后，节能灯的UVA（波长较长的紫外线）辐射比白炽灯少，但UVB（波长较短的紫外线）比白炽灯多。UVA可以深入皮肤，而UVB可以造成表皮烧伤。闭合式（双层玻璃）节能灯的辐射受到屏蔽，比功率类似的白炽灯、卤素灯发出的紫外线要少。
对一般用户来说，室内照明的紫外线辐射并不构成问题。对于皮肤敏感的人，长时间的室内暴露需要引起注意，可以考虑使用低紫外线辐射的灯泡。某种灯泡内部的紫外线剂量差距比不同种灯泡之间的差距更大，但总的来说还是有玻璃罩的节能灯最好。
2012年一则比较节能灯和白炽灯的研究发现，暴露在节能灯光下会造成统计学显著的细胞损伤。光谱分析显示，节能灯发出显著剂量的UVA和UVC辐射，该研究报告的作者推测是这是由灯泡内部荧光粉涂层损坏造成的。在同等强度的白炽灯照射下没有观察到细胞损伤。研究作者认为可以通过改用在围绕荧光体涂层外多加一层玻璃的双层灯泡，来减少紫外线照射。
灯泡基座阻燃与否取决于厂商是否自愿接受推荐标准。若灯泡基座不阻燃，灯泡中的电子元件一旦过热，就可能引起火灾。

水银含量

节能灯和其他荧光灯一样，在玻璃管内都含有水银蒸汽。大部分节能灯每颗含3–5 mg汞，“环保”节能灯的含量可低至每颗1 mg。丢弃到垃圾填埋场、焚烧厂的废弃节能灯可能会将有毒的汞散入大气和水体中，造成污染。美国电气制造商协会（NEMA）协会的节能灯厂商均已自愿限制节能灯中的汞用量。欧盟危害性物质限制指令所设定的汞限量与NEMA标准相同。
在使用煤炭火力发电的地区，使用节能灯造成的水银总排放量反而会比白炽灯少。因为煤炭本身含汞，节约用电可以减少燃烧煤炭排放的汞。2008年8月，美国环保局发布了一张数据单，称使用节能灯排放的水银总量要低于使用白炽灯排放水银总量。环保局的计算基于美国平均电厂汞排放量和估计废节能灯在填埋场中散出的水银比例做出。煤炭火电厂除了排放汞之外，也会排放其他重金属，以及二氧化硫和二氧化碳。
美国环保局估计，如果将全美国2007年售出的全部2.7亿颗节能灯送进填埋场，大概会散出0.13公吨的汞，相当于当年美国汞排放总量（104吨）的0.1%。右侧的图片假定节能灯平均寿命为8,000小时，未计入制造商和灯泡破碎的因素。在不使用煤炭火电的地区，两种灯泡排放的汞含量都会相应降低。
不少国家的节能灯包装上未有提供灯泡破碎时的特殊处理方法。单个灯泡破碎散发出的水银可以致使室内水银浓度暂时超过长期暴露限值。目前暂不清楚短期暴露低浓度汞的健康风险。即使使用了美国环保局的“最佳清理指引”，研究人员仍然无法清除地毯中的水银。如果事后翻动地毯（孩童玩耍等情况），就会造成地毯附近空气中的汞含量上升。即使灯泡破碎已过去几周，这样造成的空气汞浓度仍可高达0.025 mg/m³。
美国国家环境保护局（EPA）的网站上清理破碎节能灯的最佳方法指引，以及避免灯泡破碎的一些方法。环保局建议保持通风，并将破碎的灯泡小心放入密封罐子中。缅因州环保局（DEP）在2008年做了一个对比各种清理方法的报告，其中警告说，使用塑料袋储存破碎的灯泡不能阻止超过安全限度的汞释出，是比较危险的方式。EPA和缅因DEP都认为最好应使用密闭玻璃罐储存破碎灯泡。

温室气体

某些地方（例如2007年的魁北克和不列颠哥伦比亚）的中央供暖主要由燃烧天然气提供，而电力则由水力发电产生。当时一篇分析禁用白炽灯的各种效应的文章提到，这些地方使用白炽灯产生的热量显著减少了燃烧天然气供暖产生的温室气体排放量。Ivanco、Karney、Waher三人估计称，如果魁北克省的所有家庭都把白炽灯换成节能灯，反而会造成全省年二氧化碳排放量增加220,000 公吨，相当于40,000辆汽车一年的排放量。