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1美国”能源之星”对SSL灯具的要求章海骢“能源之星”是美国能源部(DOE)发给那些产品在能效水平上满足现阶段能效要求的上市场的照明产品时使用的一种标志,是一种代表它是绿色环保产品的标志.在市场上看到贴有该标志的产品就是经DOE认证过的节能产品.从上世纪90年代开始已沿用了十几年了.主要是发给代替白炽灯的满足发光效率指标要求的紧凑型荧光灯(CFL)等产品.标记是一个用绿色植物包围起来的似灯泡形状的图案.凡是在美国市场上销售的满足该类产品能效要求的产品都可以申请.LED的出现使照明电器产品增加了新的系列和品种.由于它与传统光源在形状上﹑发光机理上的很大不同,并在能效上的潜力上一开始就被看好,因此竞相研究和开发,使一种全新的光源和形态很快呈现在我们的面前.人们预期在2015年左右,市场上的商品光效可达到130-150lm/W.LED是固体光源,用它制造的照明产品称半导体(固态)照明产品(英文简称SSL).由于它的迅猛发展,DOE非常重视它的进展和应用.为了将这类新光源纳入”能源之星”管理渠道,近来DOE公布了SSL产品申请”能源之星”的要求.现将它全部内容(第一版本)概括地介绍如下,相信对国内同行亦会所借鉴:一.分类和目标按照现有SSL产品的水平,”能源之星”将分为近期和远期的两大类.近期产品的要求称为A类,定义为能耗性能指标达到或超过目前同类应用场所荧光灯具的性能;远期产品的要求称为B类,目前尚没有定义,将视发展的情况和实质性提升能效要求到达更高的性能水平后再定,计划三年内达到.二..限定对象目前申请限定的对象是:1.SSL产品申请”能源之星”只限定于一般照明应用的范畴,如果用于装饰照明的产品也可以用于一般照明的话也属此例.2.上述要求规定了两类产品:商业用和住宅用的SSL产品.它们要使用通常的电网电压,不是交通信号指示灯和单纯的装饰类照明灯具.三.对灯具和驱动的要求1.对灯具的色度要求见表1:表1SSL产品申请”能源之星”的产品需达到的色度要求相关色温(CCT)的范围和要求规定灯具的8种色温,色坐标必须落在下面注定的范围内,见下图1中规定的8个四边形中.规定的CCT名称CCT(K)27002725士14530003045士17535003465士24540003980士27545004503士24350005028士28357005665士35565006530士510色空间均匀度不同方向上的色度变化在0.004之内(CIE1976u’v’图)色保持在全寿命期内色度变化在CIE1976u’v’图中0.007以内显色指数(CRI)室内灯最小的CRI为752说明:能源之星的色温分类沿用了荧光灯色温的分类技术,只是将定义荧光灯色温的6个色温等级:2700K,3000K,3500K,4000K,5000K和6500K的椭圆改成8个规定的四边形,它们的位置处于相当于MacAdam椭圆或超出一些的地方.现在规定,四角区域内属于同一色温等级.8个分级规定的色坐标见表2.表2.定义SSL产品色温的8个四边形的四角的坐标值2.其他要求1)待机功耗:不工作时应不耗电.但与探测有否人员活动的监测设备合用的灯具例外.2)保证:从购买之日起三年内免费修理替换光源或驱动器,对住宅用灯具的保证日期是从运输之日起算的.3)灯具制造商要附上灯具热管理的说明﹑证书文件和试验过程.4)装置要求LED光源的平均流明衰减到起始值70%时的时间起码是35000小时(L70).5)附着在建筑上且功率大于13W的SSL灯具必须设有光控设备,能自动启闭,24小时内可人工或自动控制.6)对驱动器的要求:见表33表3SSL灯具的驱动器的要求说明:对住宅用的SSL电器的功率因数定为0.7完全是因为价格的问题.四.“A”类灯具的要求细分1.能效评价的建立基础根据现有”能源之星”评价要求的水平着手建立SSL”能源之星”评价的要求:1)来自市场上对荧光灯要求的水准;2)考虑LED的灯具大部分是利用LED的直接出射光;3)考虑被照面上需要的照度情况;4)目前LED的能效水平.2.荧光灯具已建立的能效要求目前已建立的几类荧光灯具的能效要求见表4.3.灯具能效的评价的建立由于LED的工作离不开灯具,灯具的设计和热设计与它的发光情况密切相关,因此,建立一个不同于传统光源的”灯具能效”评价方法是必要的,其定义为:灯具能效=灯具光输出(包含灯具的效率和热管理)/输入灯具的功率而对传统光源的灯具是用”系统能效”定义的,定义为:系统能效=在25℃的环境下,光源—镇流器系统的光输出/输入灯具的功率.本文中引用”灯具能效”评价的原因如下:1)将LED与灯具分开的话就不能得到应有的相应数据,因为LED的发光情况与技术要求内容相应的数据功率因数对住宅用≥0.7,对商业用≥0.9最低工作温度驱动器的最低工作温度为-20℃或更低正常工作时灯具内的驱动器和基座的温度安装后,不超过驱动制造商推荐的驱动器/驱动器座的温度.注意:UL给出的是安全而不是长寿命,此两者规定的热要求是不同的.认证产品的内容还包括线﹑吊装件﹑近天花的情况﹑集成电路和非集成电路的封装件等.以及UL1598(灯具标准)除外的产品.EMC1.住宅内产品应符合FCC的消费品要求(FCC47CFR部分15,消费品发射限制)2.商业内产品应符合FCC的非消费品要求(FCC47CFR部分15,非消费品发射限制)噪音在A声级以内瞬变保护驱动器要符合IEEEC62.41-1991,A级工作.线性瞬变由7段100KHz的环波在2.5KV水平下构成.采用两种输入模式:共模或差模.应用场所系统能效(lm/w)器具效率(%)厨房柜内用灯58.840书架内固定灯58.850手提台灯/作业灯58.850嵌入式筒灯58.860户外入口处廊灯58.840户外踏步灯50.040户外走道灯50.0504灯具提供的散热条件密切相关,不象传统光源,它的发光能力与周围的温度关系较小;2)在结构上,LED与灯具紧密接触,不能分离,与传统光源相比,要换个光源(LED)是很不方便的;3)计入驱动和灯具的热损失后,”灯具能效”更能贴近实际,实现节能评价的目的.4.对各类灯具共性的评价内容1)对A类灯具产品,目前建立了一个调节系数,即能效高的产品,显色指数(CRI)可以低于80;2)对嵌入式下射灯:DOE提高了器具效率到50-60%.其原因是对双插座的CFL的器具,50%的器具效率是很典型的.我们向上调整这个数字是因为使用有反射器的CFL灯的灯具效率更高.使用更高的灯具效率意味着增加了灯具的能效,对住宅内用灯的能效从29提高到35lm/w,对商业用灯具从33提高到35lm/w,CRI的调节系数同上款.3)对相关色温(CCT)的附加评价:目前高光效的LED都是高色温的,大于5000K.而标准的住宅照明需要的都是低色温2700-3000K.为了确保灯具能满意使用,规定在厨房内的柜灯和嵌入式下射筒灯的色温不能大于3500K.对便携式灯或作业照明灯允许使用高色温的光源,因为那时需要的是看清作业的细节.对户外灯具没有限制.5.各类灯具的评价判据1)厨房柜下照明灯2)柜架内安装的作业照明灯3)便携式作业台灯3)嵌入式下射灯最小光输出每呎长度上灯具至少发出150lm(初始),由下方程计算需要的光输出:被测量的器具长度(呎)X150=最小需要的光输出(流明)需要的环带光通密度在0-60°环带内灯具发出的光通量不超过75%的总光通量(初始)最小灯具能效24lm/w允许的相关色温2700K,3000K,3500K最小光输出每呎长度上灯具至少发出150lm(初始),由下方程计算需要的光输出:被测量的器具长度(呎)X150=最小需要的光输出(流明)需要的环带光通密度在0-60°环带内灯具发出的光通量不超过75%的总光通量(初始)最小灯具能效29lm/w允许的相关色温2700K,3000K,3500K,4000K,4500K,5000K最小光输出灯具至少发出200lm(初始)需要的环带光通密度在0-60°环带内灯具发出至少总光通的85%的(初始)光通量最小灯具能效29lm/w允许的相关色温2700K,3000K,3500K,4000K,4500K,5000K54)户外壁灯5)户外台阶灯6)户外步道灯五.“B”类灯具的说法----将来性能的目标1.B类中的一些变化:1)范围:增加将来的性能要求,鼓励不断改进技术,使用SSL光源设计灯具.B类的灯具不受限于A类的应用范围.可能主要用于一般照明的应用场合2)评价依据:B类目录的最小灯具能效要求应该是大部分传统光源今天使用的照明系统的效率.例如,常用的最好的高性能T8荧光灯和电子镇流器系统在100lm/w.使用该系统的高质量灯具约有70%的效率,即产生70lm/w的能效.在商业照明领域LED灯具目前还未达到B类的最低水平,但随着LED的能效﹑温度偏差﹑驱动的改进和灯具设计的提高,其性能会提高.DOE相信3年内有不少的一般照明产品的能效会达到70lm/w的目标.由此进行B类产品的认证.3)还有的问题:将来产品的眩光.DOE知道近来对不舒适眩光的评价的视觉舒适几率(VCP)﹑统一眩光指数(UGR)和眩光指数(GI)都是来自特定应用场合的不舒适的主观试验报告,DOE希望照明产业中能推荐/发展一种针对B类灯具使用的处理令人不愉快的眩光.2.将来灯具的能效目标最小光输出≤10cm(4吋):300lm(初始)＞10cm(4吋):500lm(初始)需要的环带光通密度在0-60°环带内灯具发出至少总光通的75%的(初始)光通量最小灯具能效35lm/w允许的相关色温·对住宅用2700K,3000K,3500K·商业用没有规定减少漏气安装在绝热天花板上的嵌入式下射灯将是IC等级的,并通过ASTME-283的漏气试验,以证实在压差75Pa时每分钟的漏气量小于2.0立方呎.灯具必须有一个”气密”的标志或类似说明按照ASTME238中规定的在压差75Pa时的漏气量小于2.0立方呎最小光输出灯具发出≥150lm的光通量(初始)需要的环带光通密度在0-90°环带内灯具发出至少总光通的85%的(初始)光通量最小灯具能效24lm/w最小光输出灯具发出≥50lm的光通量(初始)需要的环带光通密度在0-90°环带内灯具发出至少总光通的85%的(初始)光通量最小灯具能效20lm/w最小光输出灯具发出≥100lm的光通量(初始)需要的环带光通密度在0-90°环带内灯具发出至少总光通的85%的(初始)光通量最小灯具能效25lm/w6灯具的能效能≥70lm/w.3.所有的其他要求眩光的要求:正在进行中.随着B类灯具的出现,象A类灯具一样有其它的要求,但A类中的最小光输出和环带流明密度将不会应用.