Kompaktleuchtstofflampe

Kompaktleuchtstofflampen sind als 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 heutigen 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 (im Schaltbild ist es C2) ist das temperaturempfindlichste Bauelement der Lampe und deshalb möglichst weit entfernt von der Leuchtstofflampe im Schraubsockel untergebracht. Dort befindet sich zudem 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.

Siehe hierzu das Schaltbild. Die am Schraubsockel ankommende Netz-Wechselspannung wird im Brückengleichrichter gleichgerichtet und mit C2 geglättet. Die Transistoren bilden eine Halbbrücke und sind mit dem Transformator L1 (3 Wicklungen auf einem Ringkern) ein selbstschwingender Wechselrichter (ca. 45 kHz). Die Drossel L2 ist die eigentliche Vorschaltdrossel; sie ist aufgrund der hohen Frequenz sehr klein. Sie bildet mit C3/C4 beim Start einen Serienresonanzkreis, der bei nicht gezündeter Lampe den Stromfluss durch die Kathodenwendeln zu deren Vorheizung sowie die erhöhte Zündspannung liefert. Der Koppelkondensator C3 sichert den reinen Wechselspannungsbetrieb von Drossel und Lampe. Der Diac erzeugt aus der Ladung von C1 (geladen über R1) einen Startimpuls für den selbstschwingenden Wechselrichter. Bei schwingendem Wechselrichter verhindert D1 ein erneutes Laden/Starten, indem sie C1 periodisch entlädt, bevor der Diac zündet.

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.

Kompaktleuchtstofflampe mit integriertem Starter; im Schaltschema ist links die zum Betrieb am Netz zusätzlich erforderliche Vorschaltdrossel (KVG) dargestellt.

Stecksockel mit zwei Stiften

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.

Stecksockel mit vier Stiften

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 Heißkathodenanschlüsse 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 das Digital Addressable Lighting Interface anschließen.

Kompaktleuchtstofflampen verbrauchen im Betrieb weniger elektrische Energie, da sie deutlich weniger Wärme (rot) erzeugen.

(Gute) Kompaktleuchtstofflampen haben gemäß Industriestandard-Messungen mit 60 bis 65 lm/W eine rund vier- bis fünfmal höhere Lichtausbeute als normale Glühlampen mit 10,5 lm/W (40 W) bis 13,5 lm/W (100 W). Sie benötigen bei gleichem Lichtstrom also 75 bis 80 Prozent weniger elektrische Leistung. Im Laufe ihrer Lebenszeit nimmt die Ausbeute im Gegensatz zu Glühlampen stetig ab, wodurch die genannte Ersparnis über den Lebenslauf geringer wird. Zudem basiert jene angeführte höhere Lichtausbeute auf einer Messmethode (Ulbricht-Kugel), deren Ergebnisse wegen des ungleichmäßigen Abstrahlverhaltens von Kompaktleuchtstofflampen im Alltag nicht praxisgerecht sind.[15] Die Lichtausbeute von Leuchtstofflampen wird von LEDs mit bis zu 300 lm/W um ein Mehrfaches übertroffen.

Ein häufig genannter Einwand gegen die Kompaktleuchtstofflampe ist es, dass sie ein „kälteres“ Licht als Glühlampen abgebe. Allerdings trifft dies nur für Lampen mit einer hohen Farbtemperatur zu (Farbton „neutralweiß“, „Tageslichtweiß“), die eher der des Sonnenlichts zur Mittagszeit ähnelt. In Mitteleuropa werden für Wohnräume meist „Warmton“-Lampen bevorzugt, deren Farbtemperatur mit rund 2700 K der von Glühlampen ähnelt. Zudem ist die Farbe-Wärme-Empfindung nicht bei allen Menschen gleich.

Für Büros richtet sich die Farbtemperatur und der Farbwiedergabeindex nach der Art der Tätigkeit. Bürobeleuchtung sollte gängigen Normen und Empfehlungen der Berufsgenossenschaften gerecht werden.[16] Im Mittelmeerraum und in tropischen Ländern werden „kältere“ Lichtfarben mit höheren Blau- und Grünanteilen bevorzugt und es kommen Lampen mit höherer Farbtemperatur von beispielsweise 6500 K zum Einsatz.[17] Bei gleicher Farbtemperatur kann die Farbwiedergabe von farbigen Gegenständen (beispielsweise Kleidungsstücken oder Gesichtern) gegenüber der im Sonnenlicht oder Glühlampenlicht verfälscht sein. Dies ist Folge des bei Leuchtstofflampen diskontinuierlichen optischen Spektrums, welches vom kontinuierlichen Spektrum von Sonnen- und Glühlampenlicht abweicht. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt bei Lampen mit geringem Farbwiedergabeindex, die wegen der Metamerie für bestimmte Anwendungen (etwa in einer Druckerei oder im Modebereich) nicht geeignet sind.

Ein Unterschied in der Lichtfarbe entsteht 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 rötlicheres (von vielen Menschen als „wärmer“ empfundenes) Licht, während die Farbtemperatur der Kompaktleuchtstofflampe gleich bleibt. Kompaktleuchtstofflampen können mit geeigneten Leuchtstoffen auch einfarbig (rot, gelb, grün, blau) sowie in Ultraviolett (UV-A, „Schwarzlicht“) gefertigt werden. Die Effizienz ist in allen diesen Fällen weitaus größer als bei als entsprechend gefilterten Glühlampen, deren Licht spektral verringert wird.

Da Leuchtstofflampen im Gegensatz zu Glühlampen oder Tageslicht ein diskontinuierliches Spektrum emittieren, können Farben von Gegenständen unter dem Licht dieser Lampen etwas anders aussehen als im Sonnenlicht. Dieser Effekt ist vor allem bei Anwendungen störend, wo der Farbton zu beurteilen ist, wie in einer Druckerei. Er kann durch den Farbwiedergabeindex quantitativ ausgedrückt werden. Dieser liegt für Kompaktleuchtstofflampen typischerweise zwischen 80 und 85. Teurere Fünfbanden-Leuchtstofflampen erreichen bei einer 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.

Normale Kompaktleuchtstofflampen können nicht zusammen mit normalen Dimmern verwendet werden.[19] Nur Kompaktleuchtstofflampen mit speziell angepasstem elektronischem Vorschaltgerät variieren den Lampenstrom, um so eine Helligkeitsanpassung 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- und Funk-Dimmer arbeiten mit Phasenanschnittsteuerung, sodass mit diesen geeignete Kompaktleuchtstofflampen gedimmt werden können. 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 ohne externen Dimmer in mehreren Helligkeitsstufen betreiben lassen. Alternativ kann die Helligkeit einiger Kompaktleuchtstofflampen über Funk eingestellt werden.

Bei Leuchtstofflampen mit konventionellem Vorschaltgerät (KVG) treten Helligkeitsschwankungen im 100-Hz-Rhythmus auf. In der Zeit des Nulldurchgangs der 50-Hz-Netzspannung erlischt die Entladung für etwa 1 bis 2,5 ms. Auch die Lichtfarbe variiert etwas über die Periode einer Halbwelle, was aber normalerweise nicht wahrnehmbar ist. Die Helligkeitsschwankungen können zum Stroboskopeffekt führen, etwa bei der Arbeit an bewegten Maschinen oder beim Sport in der Halle. Bei Glühlampen ist dieses Flimmern weniger ausgeprägt, weil der Glühdraht wegen seiner thermischen Trägheit auch 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.[20]

In der Praxis können auch Leuchtstofflampen mit EVG je nach dessen Auslegung in beträchtlichem Maß flimmern. Vor allem die in Kompaktleuchtstofflampen integrierten EVG werden auf niedrige Kosten optimiert, etwa durch Weglassen oder kleine Dimensionierung des Glättungskondensators, 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. Bei (Kompakt-)Leuchtstofflampen mit hochwertigen elektronischen Vorschaltgeräten tritt dies bei Spannungsschwankungen bis zu etwa 4 % nicht auf.

Kompaktleuchtstofflampen mit unterschiedlicher Farbtemperatur im Vergleich

Die Lichtfarbe einer Lampe wird über die Farbtemperatur in Kelvin beschrieben. Dieses ist ein Maß für die Intensitätsverteilung im Spektrum der Lampe, wie die langen und kurzen Wellenlängen zueinander gewichtet sind. Eine höhere Farbtemperatur bedeutet, dass die Lichtquelle – wie in obiger Skizze dargestellt – blauer erscheint. Ausgangspunkt für diese Beschreibung ist das kontinuierliche Spektrum eines Schwarzen Strahlers.

Normale Glühlampen haben eine Farbtemperatur zwischen 2600 K und 3000 K. Kompaktleuchtstofflampen sind mit Lichtfarben zwischen 2300 K und 8000 K erhältlich.

Aufnahmen durch Handspektroskop, oben: kontinuierliches Spektrum einer 60-W-Glühlampe, unten: diskontinuierliches Linienspektrum einer äquivalenten 11-W-Kompaktleuchtstofflampe. (Dem Licht fehlen Farbkomponenten, weshalb unter dem Licht dieser Lampe manche Farben anders wiedergegeben werden.)

Leuchtstofflampen haben ein von einem Schwarzen Strahler abweichendes, nicht kontinuierliches Emissionsspektrum, so 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. Letzteres 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 farbiges Licht erzeugen. Ultraviolett-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.

Die für Kompaktleuchtstofflampen angegebenen mittleren Lebensdauern zwischen 3000 und 15.000 Stunden gelten unter Laborbedingungen. 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,[23] die Lebensdauer lag oberhalb der angegebenen Werte. In einem Bericht des Verbrauchermagazins „Konsument“ wurden im Jahr 2006 Kompaktleuchtstofflampen getestet.

• Im Testzyklus 165 Minuten „ein“ und 165 Minuten „aus“ erreichten die billigsten Lampen fast 5000 Stunden Leuchtdauer, 40 % leuchteten nach 10.000 Stunden immer noch.
• Im Testzyklus 0,5 Minuten „ein“ und 4,5 Minuten „aus“ erreichten billige Lampen teilweise nur 3500 Schaltzyklen und somit weniger als 30 Stunden Leuchtdauer.

Sowohl „Stiftung Warentest“[24] wie auch „Konsument“ haben jeweils Anfang 2008 einen weiteren Test durchgeführt, der die alten Ergebnisse bestätigt. Abweichende Ergebnisse findet Öko-Test.[25] Von 16 getesteten Lampentypen erreichten nur sechs eine mindestens „gute“ Bewertung in puncto Schaltfestigkeit (mindestens 7500 Schaltzyklen bei einer Minute angeschaltet und 5 Minuten ausgeschaltet, 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).

Neben der Betriebsdauer spielt die Schalthäufigkeit für die Lebensdauer eine Rolle. Es gibt zwei Arten von Kompaktleuchtstofflampen:

• Sofortzündende, die ohne Vorglühen gezündet werden. Diese Kompaktleuchtstofflampen sind sehr empfindlich und altern bei jedem Zündvorgang zwischen zwei und fünf Stunden, da durch die notwendige Zündspannung viel Elektrodenmaterial abgesputtert wird und so mit dem Quecksilber legiert (Lebensdauer: ≈ 10.000 h, ≈ 3000 Startvorgänge).
• Lampen mit Vorheizung: die Elektroden werden 0,2 bis 2 Sekunden vorgeheizt und erst danach wird die Zündung der Lampe versucht. Bei diesen Kompaktleuchtstofflampen versprechen die Hersteller bis zu 600.000 Schaltzyklen.

In vielen Einsatzbereichen (etwa in Treppenhäusern) hätte man gerne beide Eigenschaften (schnelle Zündung und lange Lebensdauer). Lebensdauerangaben von Lichtquellen beziehen sich immer auf einen „3-Stunden-Rhythmus“. Das heißt, dass die Lampen abwechselnd für 2,75 Stunden (165 Minuten) ein- und dann für 15 Minuten ausgeschaltet werden.

Kompaktleuchtstofflampen sind im Gegensatz zu klaren Glühlampen oder Hochdruck-Entladungslampen keine annähernd punktförmigen Lichtquellen, so dass eine klare Glühlampe mit frei sichtbarer Glühwendel 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.

Die Abmessungen von Kompaktleuchtstofflampen und Glühlampen unterscheiden sich. Kompaktleuchtstofflampen sind teilweise deutlich länger als Glühlampen, und beim Wechsel ist möglicherweise ein Leuchtenwechsel nötig. Im Vergleich zu Glühlampen ist der ästhetische Eindruck unterschiedlich, für bestimmte Spezialglühlampen sind keine entsprechenden Kompaktleuchtstofflampe verfügbar. Ähnlich wie bei Glühlampen gibt es Kompaktleuchtstofflampen mit Sonderspannungen für Solar- und Campinganwendungen. Diese lassen sich direkt an 12 V Gleichspannung betreiben, nutzen die Energie wesentlich effizienter als Glühlampen und leuchten bei gleicher Akkuladung etwa fünfmal so lang. Diese Lampen haben oft einen E27-Sockel (um bereits vorhandene Leuchten weiter verwenden zu können) und dürfen nicht versehentlich am 230-V-Netz eingesetzt werden. Aufgrund der aufwendigen Technik des Vorschaltgerätes und der geringen Nachfrage sind diese Lampen oft 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 zwischen 50 und 80 % der Endhelligkeit.[26] Das ist bei nur kurz benötigten Lampen ungünstig. Solche Einsatzfälle sind Abstellkammern, Treppenhäuser oder bei durch Bewegungsmelder gesteuerten Zufahrtsbeleuchtungen, in letzterem Fall noch verstärkt durch die niedrige Umgebungstemperatur im Winter. Zudem haben sie während der Startphase aufgrund der geringeren Temperatur des Leuchtstoffes oft eine andere Lichtfarbe.[27]

Hochwertige Lampen mit Vorheizfunktion können die Umgebungstemperatur kompensieren und sind sehr schaltfest, starten jedoch langsamer. Nach dem Einschalten dauert es wiederum wegen der Vorheizphase 0,1 bis 2 Sekunden, bis die Lampe zu leuchten anfängt. 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 ungefähr dem von fünf Sekunden im normalen Betrieb. Dieser Mehrverbrauch ist vernachlässigbar und geringer als bei Glühlampen, welche ebenfalls einen höheren Einschaltstrom benötigen,[28] da die Glühwendel einen typischen Kaltleiter darstellt.[29]

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 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 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, ein einmaliger kurzzeitiger, hochenergetischer, breitbandiger elektromagnetischer Ausgleichsvorgang kann zum Defekt führen.

Kompaktleuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät emittieren hochfrequente leitungsgebundene und nicht leitungsgebundene Störungen (siehe Elektromagnetische Verträglichkeit). Diese Felder sind zwar gesundheitlich unbedenklich, können jedoch andere empfindliche Geräte stören.[30] 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.[31]

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 (45.000 Hz wären 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.

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. Die Energiebilanz fällt für die Kompaktleuchtstofflampe positiv aus. Die Herstellung des Leuchtmittels benötigt etwa das Zehnfache an Energie im Vergleich zur Produktion einer herkömmlichen Glühfadenlampe. Der Energieverbrauch für den aufwändigen Entsorgungsprozess oder Recycling bleibt allerdings in den meisten Aufrechnungen unberücksichtigt.

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.[32] 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 beträgt 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.

Wenn bei einem Wert von etwa 10 Prozent des Stromverbrauchs für die Beleuchtung bei einem durchschnittlichen Haushalt[33] alle Glühlampen durch Kompaktleuchtstofflampen ersetzt werden, die 80 Prozent Stromersparnis gegenüber Glühlampen aufweisen, reduziert das den Gesamtstromverbrauch des Haushalts um acht Prozent.

Die oft zitierte Feststellung, 95 % des Energieverbrauches einer Glühlampe gingen ungenutzt verloren, ist falsch. Die abgegebene Wärme kommt in der Heiz-/Kühlbilanz zum Tragen, weshalb sich der ersatzweise Einsatz von Kompaktleuchtstofflampen meist in erhöhtem Heizbedarf niederschlägt. Allerdings ist Strombeheizung sowohl ökonomisch als auch ökologisch fragwürdig. Der Wärmegewinn aus Glühlampen lässt sich mit den meisten anderen Heizformen kostengünstiger erzielen und die Stromerzeugung selbst wird etwa in Deutschland derzeit noch zu einem großen Teil aus fossilen Energieträgern wie Braunkohle, Steinkohle oder Erdgas bestritten.[34] In mit Klimaanlagen gekühlten Räumen wiederum führt jede Wärmeabgabe zu erhöhtem Gesamtenergiebedarf.

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. Kompaktleuchtstofflampe sparen in 10.000 Betriebsstunden etwa 490 kWh elektrische Energie gegenüber zehn 60-Watt-Glühlampen ein. So verringert sich die CO₂-Emission um 290 kg. Vorausgesetzt wurde bei dieser Abschätzung der deutsche Strommix mit CO₂-Emissionen zu 590 g/kWh (Wert von 2008, neuere Zahlen geringer).[35] Stammt der Strom aus Kraftwerken mit geringeren CO₂-Emissionen, wie Wasser-, Wind- oder Kernkraftwerken, so wird entsprechend weniger CO₂ emittiert und eingespart.[36] 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 die bislang im Handel erhältlichen Kompaktleuchtstofflampen giftiges Quecksilber. Nach der RoHS-Richtlinie gilt in der EU eine Höchstmenge von 3,5 mg je Lampe. Für allgemeine Beleuchtungszwecke mit weniger als 30 Watt gilt nach dem 31. Dezember 2012 gemäß Anhang III, Abschnitt 1a dieser Richtlinie ein Höchstwert von 2,5 mg je Brennstelle.[37] Bei hochwertigen Lampen werden weniger als 1,5 mg[38] eingesetzt oder Quecksilberlegierungen genutzt, um das Entweichen des Quecksilbers im Falle eines Glasbruchs zu unterbinden.[39] Die genaue Menge muss gemäß der EU-Verordnung (EG) Nr. 244/2009[40] auf der Verpackung angegeben werden. 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 all jene Personen, die im Zuge der Müllentsorgung und der Abfalltrennung mit zerbrochenen Kompaktleuchtstofflampen in Kontakt kommen könnten.[41]

Untersuchungen zur Freisetzung von Quecksilber beim Sammeln von defekten Kompaktleuchtstofflampen und konventionellen Leuchtstoffröhren haben ergeben, dass unter ungünstigen Bedingungen, etwa einer geringen Lüftung im Raum, die Quecksilberkonzentration für einige Sekunden bis Minuten auf Werte von bis zu einigen Hundert µg Hg/m³ ansteigen kann. Die Belastung sinkt sehr schnell wieder ab, insbesondere, wenn eine technische Be- und Entlüftung zugeschaltet wurde. Aktivkohletypen können durch eine Imprägnierung mit Iod oder Schwefelverbindungen Quecksilberdämpfe intensiv binden. So lässt sich durch Einbringen von nur 100 g Aktivkohle in einen mit Lampenbruch gefüllten 60-Liter-Kunststoffbehälter eine Minderung von über 80 % der Quecksilberdampf-Konzentration innerhalb von 24 Stunden erzielen.[42]

Auf Grund des Quecksilbers und der Gefahr der Kontaminierung werden beim Bruch von Leuchtstofflampen folgende Schritte empfohlen:[43][44][45]

1. Vor, während und nach der Reinigung gut lüften. Alle Personen sollten den Raum für 15–30 Minuten verlassen. Haustiere ebenfalls aus dem Raum führen.
2. Gummihandschuhe anziehen, um Hautkontakt zu vermeiden.
3. Splitter und Staub auf glatten Flächen mit einem geknickten Karton aufsammeln und mit feuchtem Papier nachwischen, auf Teppichen mit Klebeband aufnehmen. Ein Staubsauger soll nicht verwendet werden, da über dessen Abluft eine weitere Verbreitung des Quecksilbers erfolgen kann.
4. Alle Rückstände und Reinigungsmaterial in ein luftdichtes Konservenglas geben.
5. Glas zur Sammelstelle für elektronische Geräte oder zur Verkaufsstelle bringen.

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 Kompaktleuchtstofflampe höher ist, in der kalten Lampe ist ein größerer Teil des Quecksilbers flüssig und haftet in kleinen Tröpfchen an den Innenwänden des Glases.[46] Die Stiftung Warentest empfiehlt[47] Kompaktleuchtstofflampen mit Amalgamtechnik und einem doppelten Hüllkolben als Schutz gegen Zerbrechen der Leuchtstoffröhre, wobei es bei der Bruchsicherheit herstellerspezifische Unterschiede zu geben scheint.[48] 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.

Inzwischen wurden komplett quecksilberfreie Leuchtstofflampen entwickelt, deren effektive Lichtausbeute 10 % über derjenigen herkömmlicher Kompaktleuchtstofflampen liegt und die zudem dimmbar sind. Ihre Lichtfarbe ähnelt derjenigen von Glühbirnen. Die geschätzte Lebensdauer liegt bei etwa 27 Jahren.[49]

Bei der Stromerzeugung in Kohlekraftwerken wird neben anderen Schadstoffen Quecksilber freigesetzt. Beim deutschen Strommix waren das um das Jahr 2008 pro Kilowattstunde erzeugten Stroms etwa 0,0147 mg.[50] Daraus lässt sich errechnen, dass die zusätzliche Quecksilber-Emission von etwa 3,6 mg einer 60-Watt-Glühlampe nach einem Zeitraum von etwa 5000 Stunden der aktuell gültigen Höchstmenge für Kompaktleuchtstofflampen von 5 mg entspricht und daher eine Kompaktleuchtstofflampe selbst bei unsachgemäßer Entsorgung eine bessere Quecksilber-Bilanz aufweist. Bei alleiniger Stromerzeugung mittels Kraftwerken ohne Quecksilberausstoß jedoch (etwa in Kern- und Gaskraftwerken, oder durch erneuerbare Energieträger) würde auch der Betrieb von Glühlampen keinerlei solche Emissionen verursachen. Im Gegensatz dazu würden bei nicht sachgerechter Entsorgung der Kompaktleuchtstofflampe pro Stück bis zu 3,5 mg Quecksilber freigesetzt. Es hängt also ebenso von der Umweltbilanz der Stromerzeugung ab, ob letztlich mehr oder weniger Quecksilber in die Umwelt gelangt.

Ein weiteres Problem stellt der zur Herstellung von Kompaktleuchtstofflampen notwendige Quecksilberabbau dar. So wurden in den vergangenen Jahren – beispielsweise in China, wo die meisten europäischen Hersteller fertigen lassen – alte, längst aufgelassene Minen wieder geöffnet; Berichten zufolge, um den steigenden Bedarf in der EU zu decken. Der Abbau des giftigen Schwermetalles erfolgt dort zumeist unter menschenunwürdigen Bedingungen und ohne jegliche Umweltkontrollen.[51]
Veranschlagt man als Beispielrechnung zwei Lampen für jeden EU-Einwohner, ergäbe dies eine Bedarfssteigerung von wenigen Tonnen Quecksilber. Manche Kritiker bezweifeln die oben genannte Kausalität und führen an, dass schon allein für Amalgamfüllungen in der EU angeblich jährlich rund 70 Tonnen des Schwermetalles benötigt werden.

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[52]. Die Aussagen der zu diesem Thema zitierten Quelle Bulb Fiction wurden in einem White Paper: Energiesparlampen – Kompaktleuchtstofflampen des ZVEI vom 7. Mai 2012 behandelt und den Aussagen des Films wurden Fakten gegenübergestellt.[53] Das Quecksilber jener Kompaktleuchtstofflampen, die bis ins entsprechende Recycling gelangen, wird in Deutschland mangels wirtschaftlicher Verfahren zumindest teilweise als Sondermüll endgelagert. Bei den gängigen Aufbereitungsverfahren gelangt zudem der gasförmige Teil in die Atmosphäre.[54]

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.[55] Das Umweltbundesamt kam zunächst zu dem Schluss, dass die Konzentrationen vernachlässigbar gering sei und kein zusätzliches Gesundheitsrisiko bestünde. Bei neuen technischen Geräten ist allerdings allgemein mit Ausgasungen zu rechnen.[56] Das Thema der Gefahren auch bei sachgemäßem Gebrauch wird in dem ZDFzoom-Film „Giftiges Licht“ von Alexandra Pfeil thematisiert, der am 8. August 2012 gesendet wurde.[57]

Gesondert zu entsorgende Lampen

Energiesparlampe auf einer wilden Deponie

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. Das quecksilberhaltige Leuchtpulver wird keiner Wiederaufbereitung zugeführt, sondern im Salzstock endgelagert, da eine Extraktion des Quecksilbers unwirtschaftlich ist.[58]

Da Leuchtstoffröhren bei gleicher Lichtleistung weniger Wärme entwickeln als Glühlampen, kann eine Leuchte mit Kompaktleuchtstofflampe trotz begrenzter Lampenleistung mehr Licht abgeben. Eine Leuchte, die für Glühlampen bis zu 25 Watt ausgelegt ist (was etwa 200 Lumen ergibt), kann beispielsweise mit einer 10-Watt-Kompaktleuchtstofflampe auf 500 Lumen aufgerüstet werden, wenn in der Leuchte genug Platz ist. Allerdings sind Kompaktleuchtstofflampen empfindlich gegen Hitze. Im Beispiel kann nicht ohne weiteres eine Kompaktleuchtstofflampe mit bis zu 25 W eingesetzt werden, da die entstehende Hitze die Lampe überlasten und ihre Lebensdauer verkürzen könnte.

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, im Oktober 2013 üblich 650[59]) mit einer damals helleren Glühlampe von 60 Watt (710 Lumen, die Quelle nennt 685 Lumen). Die Werte beziehen sich auf eine tägliche Leuchtdauer von 3 Stunden bei einem Strompreis von 22 Euro-Cent je Kilowattstunde (Stand: Mai 2008).[60] 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.[61] Kompaktleuchtstofflampen sind als Sondermüll zu entsorgen, da sie wie alle Leuchtstofflampen Quecksilber enthalten.[18]

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 geringfügig. Umgekehrt sinkt während der Kühlsaison der Bedarf an Kühlenergie (Gebäudeklimaanlagen) bei Einsatz von Kompaktleuchtstofflampen minimal.

Das generelle Energiesparpotential hängt daher vom Klima ab. Die berechnete Kostenersparnis bezüglich des Gesamtenergieverbrauchs pro Haushalt (zweistöckiges Haus mit etwa 210 Quadratmeter) kann hierbei sehr stark schwanken. Zum Beispiel zwischen 8 Dollar pro Jahr in St. John’s (Neufundland) (kühles Klima – geringeres Sparpotential, da nur geringer Heizeffekt durch Kompaktleuchtstofflampen) und 44 kanadische Dollar pro Jahr in Los Angeles (warmes Klima – höheres Sparpotential, da fast kein Kühleffekt notwendig bei Einsatz von Kompaktleuchtstofflampen).[62] [63]

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. Damit verbraucht das Heizen mittels Glühlampen oder elektrischen Heizungen allgemein etwa dreimal so viel Primärenergie wie der Betrieb konventioneller Heizungen. Entsprechend liegt der Preis von Heizöl oder Gas pro kWh deutlich unter dem von Strom.

Das finanzielle Einsparpotential der Kompaktleuchtstofflampen durch Strompreisgewinn wird gegenüber dem höheren Kaufpreis 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. Weiterhin 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.

Kompaktleuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät erzeugen (wie viele andere Elektrogeräte) elektromagnetische Störungen, welche unter dem Begriff der elektromagnetischen Umweltverträglichkeit zusammengefasst werden. Diese elektromagnetischen Abstrahlungen, 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. Bei Niedervolt-Halogenlampen entstehen noch wesentlich stärkere niederfrequente Magnetfelder, bei Verwendung von Schaltnetzteilen auch hochfrequente Magnetfelder ähnlich denen von Kompaktleuchtstofflampen.

Ein Vergleich dieser elektromagnetischen Emissionen ist kaum möglich, da es unklar ist, ob eine größere Intensität oder die höhere Frequenz wichtiger ist, bzw. ob diese Emissionen überhaupt gesundheitlich relevant sind. Von den gemessenen Feldstärken her bewegen sich Kompaktleuchtstofflampen innerhalb der Bandbreite der Werten von anderen Elektrogeräten.