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欧美半导体照明产品能效要求及对比分析

发表日期:2012/11/10

半导体照明是一种采用发光二极管(LED)作为光源的照明装置,作为当今照明领域最具发展前景的照明产品之一,具有高效、节能、环保、寿命长、耐振动、易维护等优点,已被广泛应用于室内外普通照明、装饰照明、城市景观照明、车灯、信号灯、汽车用灯、背光源等领域。

LED照明是一种新型的照明产品,目前,世界各国都在努力对其能效进行规范,其中美国和欧盟的标准制定走在了世界各国的前列。美国主要是在其自愿性认证计划——“能源之星”认证中体现了对LED的要求,其强制性的能效规范还未出台。欧盟对LED照明的能效要求则主要体现在《制定耗能产品生态设计要求的框架指令》(简称ErP指令)中。

一、美国

“能源之星”是美国能源部(DOE)和环保署EPA)联合推出的一项产品能效认证计划。早在2007年,“能源之星”便推出了有关固态照明灯具的认证计划;从2009年开始,“能源之星”又不断完善其整体式LED灯的认证规范;此外,“能源之星”还对灯具中的LED光引擎的能效及相关性能要求进行了详细规定。

1.固态照明灯具认证计划

“能源之星”固态照明灯具认证计划由美国能源部于2007年9月颁布,并于2008年12月进行了重大修订,目前最新的1.1版已于2009年2月1日正式生效。该计划对灯具、LED模块/阵列、电源模块等提出了通用要求,并将固态照明灯具分为A类和B类,对不同类型的灯具要求进行规定。其中对灯具和电源模块的通用要求可分别参见表1和表2,对LED模块/阵列的要求则主要体现在对LED光源的流明维护系数方面,它要求在合格的灯具中使用的LED封装/模块/阵列至少应维持初始流明的70%,并需满足以下的最低使用时间:住宅户内为25000小时;住宅户外为35000小时;所有商业用途为35000小时。

表1 固态照明灯具认证计划对灯具的通用要求

相关色温(CCT)

标称CCT(K)

CCT(K)

2700

2725±145

3000

3045±175

3500

3465±245

4000

3985±275

4500

4503±243

5000

5028±283

5700

5665±355

6500

6530±510

色空间均匀度

视角的改变的色度变化,必须位于从CIE 1976(u’,v’)色度图的加权平均点(Weighted Average Point)的0.004以内

色彩维护

产品生命期间的色度变化应不超过CIE 1976(u’,v’)色度图上的0.007

显色指数(CRI)

户内灯具不小于75

关闭状态功率

关闭状态时不得消耗功率;但是控制传感、移动传感、光控或便携式灯具除外,其在关闭状态时的耗电不得超过0.5 W

保证书

必须提供最低3年内对有缺陷的电子部件进行维修或替换的保证书;对于住宅用品,书面保证书应包括在产品包装上

热管理

灯具制造商应遵守封装制造商有关热管理的指南、认证程序和检测程序

表2 固态照明灯具认证计划对电源模块的通用要求

功率因素

住宅用≥0.7 ;商用≥0.9

最低操作温度

户外灯具之电源应有-20℃或更低的最低运行温度

最大测量的电源机箱或制造商指定温度测量点(TMPps)的温度

在实时操作时,不超过制造商建议的最大机箱温度

操作输出频率

≥120Hz

噪音

需具A级声音分类

瞬时电流保护

符合IEEE C.62.41-1991中A级操作

2.LED光引擎

《能源之星住宅照明设备认证计划(4.2版)》中规定了对使用LED光引擎(LED Light Engine)的灯具的要求(见表3)。

表3 《能源之星住宅照明设备认证计划(4.2版)》对LED光引擎的要求

性能特征

ENERGY STAR 要求

光效

对不带罩的LED光引擎:≥50 lm/W
对带罩的LED光引擎:≥40 lm/W

显色指数(仅对室内灯具作要求)

≥75

相关色温(仅对室内灯具作要求)

2700 K、3000 K、3500 K、4000 K、4500 K、5000 K、5700 K、6500 K

最大测量驱动器/驱动机箱温度

不超过LED driver制造商最大推荐的机箱温度

流明维护

室内灯具:25000小时不低于70%;
室外灯具:35000小时不低于70%

色彩稳定性

LED 封装的色度变化位于CIE 1976(u’,v’)色度图上的0.007以内

功率因数

≥0.7

操作输出频率

≥120 Hz

噪音

灯具内电源需具A级声音分类,不超过24分贝

瞬时电流保护

符合IEEE C.62.41-1991 中A级操作

关闭状态功率消耗

关闭状态时不得消耗功率;但具整体式占用传感器、移动传感器,或光传感器,或便携式灯具除外,其在关闭状态时的电消耗不得超过0.5 W

3.整体式LED灯

2009年1月,“能源之星”发布了有关整体式LED灯能效认证的草案。在经过两次修订后,2009年12月3日发布了整体式LED灯的能效认证终稿(1.0版),对整体式LED灯的光效、光通、光强、色温、工作电压、工作频率、显色指数、噪音、包装等进行了规定。2010年3月22日,能源之星又对1.0版进行了修订,并发布了修订版v1.1。修订版v1.1将1.0版中整体式LED灯的最低工作频率要求由大于等于150 Hz改为大于等于120 Hz,并修改了全方向灯的要求中取代25 W和35 W灯的LED灯的最低光输出,其它要求保持不变。修订版自发布之日起生效。《整体式LED灯能源之星认证》(以下简称“规范”)适用的产品范围包括计划取代25 W以上标准通用白炽灯的整体式LED灯、装饰(烛台风格)灯和20 W以上标准反射灯以及非标准灯。规范分三个部分对所有整体式LED灯、非标准灯和替换灯的能效要求进行了规定。其中对所有整体式LED灯的要求可参见表4。非标准灯除了满足表4中的要求外,还需满足表5中的要求。表5中的要求并不适用于计划取代线形荧光灯或高强度气体放电灯(HID)的LED灯。对替换灯的要求,由于本文篇幅的限制,就不再进行介绍。

表4 对所有整体式LED灯的要求

相关色温(CCT)
及深紫外(Duv)

灯必须包含下列指定的相关色温(根据 ANSI C78.377-2008)中的一种,且范围落在附件中定义的七阶色度四边形内。

标称相关色温(K)

目标色温(K)及公差

目标Duv及公差

2700

2725 ± 145

0.000 ± 0.006

3000

3045 ± 175

0.000 ± 0.006

3500

3465 ± 245

0.000 ± 0.006

4000

3985 ± 275

0.001 ± 0.006

颜色维持

产品最低流明维护测试周期(6000小时)内的色度变化在CIE 1976 (u’, v’)色度图上在0.007之内

显色指数(CRI)

最低显色指数(CRI)为80

调光

灯可以是可调光的,也可以是不可调光的。产品包装上必须清楚表明是否可调制造商对于合格的可调光产品,应提供网页以发布有关调光器兼容的信息

担保

从购买之日起必须为灯提供至少3年的担保,包括修理或更换

功率因素

≥ 0.70 (P>5 W);对于功率小于等于5 W以及低压灯,无最低功率因素要求

最低工作温度

整体式灯的最低工作温度为-20℃或更低

LED工作频率

≥ 120 Hz

噪音

整体式灯的声音等级应为A级

瞬时电流保护

电源应符合IEEE C.62.41-1991中A类操作

工作电压

灯应该在额定标称电压120、240或277 VAC,或12或24VAC或VDC下工作

表5 非标准灯的要求

最低光效

50 lm/W(P<10 W); 55 lm/W(P≥10 W)

最低光输出

200 lm

光强分布

须提交测角光度计报告

流明维护

≥ 70%(25000小时)

快速循环压力测试

2分钟开,2分钟关;所要求的最低L70寿命内每两小时循环一次

二、欧盟

ErP指令规定了耗能产品的一般生态要求(指令附录I)和特殊生态要求(指令附录II),并据此制定出具体产品的生态设计要求和实施措施(指令附录VII)。目前已出台了一个针对非定向家用灯的实施措施,定向家用灯的生态设计要求仅形成了预研报告,最终的实施措施还未出台。

ErP指令对LED照明产品的规定,主要体现在其已经正式生效的实施措施——有关非定向家用灯的生态设计要求的委员会条例(EC) No 244/2009中。此外,其正处于预研阶段的“Lot 19:家用照明—第2部分 定向灯和家用灯具”也将对定向LED灯的能效要求进行规定。

1. 非定向家用LED灯的要求

(EC) No 244/2009主要规定了市场上的非定向家用灯(包括销售目的为非家用和整合至其他产品的灯)的生态设计要求,其中也涵盖了使用发光二极管的LED灯。(EC) No 244/2009规定,从2009年9月1日开始,对于非透明灯,其在给定的额定光通量(Ф)下的最大额定功率(Pmax)为 (0.24 +0.0103Ф)瓦。该要求相当于要达到欧盟《家用灯能效标签指令》(98/11/EC)中的A级能效要求。只有能效达标的非定向家用LED灯才能加贴CE,否则禁止在欧盟市场上投放。

2. 定向LED灯的要求

从2008年开始,欧盟就开始针对定向LED灯的生态设计要求进行研究。2010年7月20日,欧盟能效经济理事会(ECEEE)发布了有关评估定向灯的生态设计要求的预备性研究报告,并于2010年7~9月召开了咨询论坛,形成了相关的工作文件,确定了定向灯的能效目标。在预研报告中,欧盟对欧洲市场上主要使用的定向灯进行了梳理,并确定了重点的研究对象,其中涉及的定向LED灯主要有以下三类:

●电压230 V、功率大于0.5 W、灯头为E27、GU10的白光LED灯;

●电压12 V、功率大于2 W、灯头为GU5.3的白光LED灯;

●混杂电压、无灯头的白光LED模块。

在预研报告中,欧盟对各类定向光源的生命周期成本、对环境的影响等要素进行了分析,最终得出的结论是,采用LED定向灯在生命周期成本和环境影响方面是最佳的选择。和基准的白炽反射灯相比,LED反射灯可以节约82%的总体能耗、82%的生命周期成本,其水银排放量也将降低81%。具体有关定向LED灯的能效及性能要求,需要密切跟踪ErP指令Lot 19的立法进程才能进一步明确。

三、LED产品欧美市场能效要求的对比

1. 标准性质

美国“能源之星”是美国能源部和环保署推出的自愿性能效认证计划,是非强制性的。不过“能源之星”在美国的影响非常广泛,通过“能源之星”认证的产品将会更好地获得消费者的认同,还可获得美国政府的优先采购。

欧盟ErP指令属于强制性要求,所有出口欧盟的相关企业必须满足指令及其实施措施中的要求,才能在产品上加贴CE标志。一旦被欧盟市场监管机构发现有任何违规行为,都将会受到严厉的处罚。

2. 涉及范围

美国“能源之星”在LED照明产品的能效规范方面推进速度非常快,涵盖的内容相对较为广泛,对LED灯具、LED光引擎以及整体式LED灯都进行了详细规定,并出台了相关的认证规范。

欧盟ErP指令目前仅有针对家用非定向LED灯的能效要求,针对定向LED的要求仅发布了预研报告,最终的实施措施还未出台。

3. 相关指标

美国“能源之星”和欧盟ErP指令均有针对非定向LED灯的相关能效要求。

欧盟ErP指令下的(EC) No 244/2009要求非定向LED灯达到欧盟98/11/EC指令中的A级能效要求,根据该要求,非定向LED灯的功率不同,相应的光效限值也不同(见表6)。

表6 (EC) No 244/2009中非定向LED灯的光效要求

功率(W)

欧盟A级光效
(lm/W)

功率(W)

欧盟A级光效
(lm/W)

0.5

7.41

11

48.27

1

13.02

12

49.68

2

21.21

13

50.96

3

27.08

14

52.13

4

31.60

15

53.20

5

35.23

16

54.20

6

38.25

17

55.13

7

40.82

18

55.99

8

43.04

19

56.80

9

43.04

20

57.56

10

46.72



而《整体式LED灯能源之星认证》中对全方向LED灯的最低光效要求为:50 lm/W(灯的功率小于10 W)和55 lm/W(灯的功率大于等于10 W)。将上述两者进行比较,可知对于功率10 W及以下的LED灯,“能源之星”的要求比欧盟ErP的要求更为严格;对于功率10 W以上的LED灯,欧盟要求更为严格。由于5 W以下的非定向LED灯更为常见,因此,相对来说,“能源之星”要求要比欧盟ErP指令严格。

此外,“能源之星”还对灯的光强分布、最低光输、灯的最大直径及最大总长等性能指标进行规定,而ErP指令没有对这方面进行严格限定。但ErP指令比“能源之星”提出了更为严格的产品信息要求。

4. 测试方法的比较

《整体式LED灯能源之星认证》对全方向LED灯推荐了一些测试方法,如表7所示。

表7 “能源之星”推荐的测试方法

性能特征

测试方法推荐标准

光效和最低光输出 

IESNA LM-79-08

功率因数

ANSI C82.77:2002、IESNA LM-79-08

流明维护

(L70) IESNA LM-79-08、IESNA LM-80-08

显色指数

ANSI C78.377:2008、IESNA LM-79-08、CIE 13.3:1995

相关色温及色彩维护

IESNA LM-79-08、ANSI C78.377:2008

光强分布

IESNA LM-79-08第10部分

快速循环压力测试

ANSI C 78.5、IESNA LM-65-01

瞬时保护

ANSI/IEEE C62.41:1991

电磁兼容

FCC 47 CFR Part 2 and Part 18

灯的安全

UL 8750

欧盟ErP指令实施措施(EC) No 244/2009附录III中规定了非定向家用LED灯的光效、功率因数、光辐射、显色指数、染色性和相关色温、亮度、光通量、流明维护系数和灯的残存率等的测试标准(见表8)。

表8 (EC) No 244/2009规定的非定向家用LED的测试标准

性能特征

测试方法

光效

EN 50285:1999

功率因数

EN 61000-3-2:2006

光辐射

EN 62471:2008

显色指数

CIE 13.3:1995

染色性和相关色温

CIE 15:2004

亮度

CIE 18.2:1983

光通量

CIE 84:1989

流明维护系数和灯的残存率

CIE 97:2005

综上不难看出,美国“能源之星”在LED照明产品能效规范方面推进速度更快、要求更为全面和完备。

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