国际节能灯标准协调项目

1、国际节能灯标准协调项目国际节能灯标准协调项目节能灯性能测试节能灯性能测试:亚太地区比较分析亚太地区比较分析Jiang Lin, Lawrence, 伯克利国家实验室(LBNL)Li Tienan ,Han Wei, 中国标准认证 中心 (CSC)Li Aixian ,Chen Haihong, 中国国家标准化研究院 (CNIS)2005-10-7背景背景为了减轻全球气候变化带来的影响并取得更好的经济效益，节约能源已经逐渐成为全世界各国政府的主要政策之一。 节能灯(CFLs) 是受到最为广泛的推广和认可的节能技术之一。一项非正式调查显示，至少有 24 个国家在开展不同形式的节能灯技术推广活动 (

2、CLASP, 2005) 。绝大部分节能灯项目都有自己的性能标准，并且测试协议也各有不同，这就使得决策者和制造商很难比较和了解不同国家的节能灯项目的不同要求。因此，统一高质量的节能灯的性能标准和相应的测试协议，可以减少节能灯进入世界上不同国家市场的障碍。2005 年 5 月，在上海举办的第六次节能照明国际会议上，超过 80 位代表参加了关于节能灯的特别会议，讨论了许多关于统一全世界高质量节能灯的性能标准方面的问题。在这个会议上，代表们原则上同意追求国际节能灯统一化，要进一步研究创造一个统一的测试程序问题，这个统一的测试程序应该最终符合 IEC（国际电工委员会）或其他国际组织的要求；还同意了要进

3、一步研究自镇流节能灯的性能标准的范围问题，这一研究是为了方便测试比较，以及实现节能灯性能要求的合理化(APEC-ESIS 2005)。这篇文章描述了不同国家的不同的节能灯测试协议并且对它们进行了比较，至少对一系列常用性能指标做了比较。结果发现，在很大程度上，所有的测试协议都是两个主要方案的变体，一个方案主要在北美使用，而另一个方案在世界其他地区使用。在这篇文章研究的性能指标的核心项目中，他们事实上可以被看成是等同的。因此，我们将来是有可能对这些测试协议（或至少对核心的性能指标）进行全面的统一的。而一个统一的测试协议可以为节能灯性能标准的统一奠定基础。节能灯测试协议概论节能灯测试协议概论现在,

4、24 个不同的经济体已经为节能灯实施了能效标准以及能效标识项目。在这些实施能效标识项目的经济体中，3 个实施了强制标识，22 个实施了自愿标识。在节能灯的效率标准最低的经济体中，12 个有强制要求，还有 1 个实施自愿标准。除了上述能效标准以及能效标识方案以外，还有更多的国家提倡使用节能灯。例如，在欧盟的节能灯质量宪章中定义了一系列的性能标准，参与这个项目的制造商们已经同意他们的产品将自愿遵守这些标准(EU)。独立的国家标准和标识项目的增加代表着对制造商的挑战，并且阻碍了节能灯的国际贸易，这也反过来限制了高质量节能灯在某些市场上的销售。针对国际市场而进行生产的制造商们现在要面对许多不同的出口标

5、准，这些标准随着不同的进口国的生产项目和要求的不同而变化。随着国家标准和标识方案的增加，根据每个不同的标准要求进行制造和测试的费用也随之上升。由此我们可以明确看到统一国家标准或标识方案的需要。然而，为了统一不同的国家标准或标识标准，首先就需要先确定一系列常用的测试协议。表 1 列出了参与亚太经合组织的一些有节能灯标准或标识方案的国家及其相应的测试协议表表 1：亚太经合组织成员的节能灯测试标准概览：亚太经合组织成员的节能灯测试标准概览亚太经合组织经济体亚太经合组织经济体国家测试标准国家测试标准参考测试标准参考测试标准加拿大CAN/CSA-C 861-95IES LM 66 智利NCh 2695:

6、 2002IEC 60969 中国GB 19044-2003/GB/T-17263IEC 60969 香港，中国IEC 60969 韩国（南韩）KS C 7621-99IEC 60969 印度IS 15111: Part 2: 2002IEC 60969墨西哥Nom-017-ener-1997IEC 60901澳大利亚/新西兰开发中菲律宾PNS 603-2-Amd.1: 2001 IEC 60969 俄罗斯无详细信息新加坡CIE 84-1989 AS/NZS 60969:2001IEC 60969泰国TIS 236-2533 IEC 60081 美国美国能源之星IES LM 66; ANSI

7、C78.5-2003 表 1 列出的测试协议主要有以下三个主要来源：1)国际电工委员会（IEC），2)美国国家标准局（ANSI），3)北美照明工程协会（IESNA）。北美经济体趋向于使用 IESNA和 ANSI 的测试标准，而世界上其他的地区则倾向于使用国际电工委员会（IEC）的测试标准。最高水平的测试标准主要包括：IEC 60969 一般用途的自镇流灯的性能要求。版本 1.2, 2001-03。IEC 60901-1/97 单头荧光灯的性能标准。版本 2.2, 2001-11。ANSI C78.375-1997 荧光灯的电气测量指导。第一版，1997。ANSI C78.5-2003 自镇流节

8、能灯的性能标准。IESNA LM-66-00 IESNA 通过的单极节能灯的电气测试和光度测试方法。2000. IESNA。IESNA LM-65-01 IESNA 通过的节能灯的使用寿命测试方法。2001. IESNA。注意泰国参考的 IEC 60081-1997（双帽荧光灯的性能标准）是关于双头荧光灯的测试标准的一个较老的版本，因此它不包括在下面的比较中。不同测试标准的比较不同测试标准的比较为了便于分析，我们主要集中考虑以下几个性能指标：(a)使用寿命(b)功效(c)流明维持率(d)显色性和显色性指标(e)开启和运转时间(f)水银含量使用寿命使用寿命通常节能灯的使用寿命是指一组节能灯的平均

9、使用寿命。平均使用寿命是指大量灯中超过 50的灯损坏所用的时间。使用寿命测试使用寿命测试所使用的相关测试标准是 IESNA LM-65-01 和 IEC 60901-97（有时也使用IEC 90696）。这些测试标准的主要差别在于操作过程。IEC 60901 要求操作过程要求，在节能灯工作了 2 小时 45 分钟之后要关闭 15 分钟。IESNA 规定在工作了 3 小时之后要关闭 20 分钟。IEC 60969 则提供了一个更灵活的操作过程，它要求灯在 24 个小时的工作时间内可以关闭 8 次，每次关闭时间 10 到 15 分钟，而每次工作时间则至少要达到 10 分钟。表表 2：IEC 测试和

10、测试和 IESNA 测试条件的比较测试条件的比较状况状况IEC 60969IEC 60901-1/97IESNA LM-65-01状况状况IEC 60969IEC 60901-1/97IESNA LM-65-01周围环境周围环境温度在 15oC 到 40oC 之间；避免过量通风。这些条件还在考虑之中。温度在 15oC 到 50oC 之间；避免过量通风。必须控制在灯和镇流器的生产商说明的限度之内；通常温度在 15oC 到 35oC 之间；超出温度范围则暂停测试。空气流动要降到最低。电力供应电力供应额定电压的变化在2%的范围内镇流器的供给电压和供给频率的变化不得超出额定电压和额定功率的2%。输入电

11、压的变化需在额定值2%范围内。工作周期工作周期灯在每 24 个小时的工作时间内应该关闭 8 次。关闭时间应该在 10 到15 分钟内。每次灯打开的时间应该至少为10 分钟。165 分钟开，15 分钟关闭（北美时间记录）。180 分钟开，20 分钟关闭。假如其他测试条件相同，操作过程中这些微小的差别不可能对灯的使用寿命造成可察觉到的影响。对于一盏额定使用寿命为 6000 小时的节能灯来说，IESNA 测试标准意味着1800 次循环，而 IEC 测试标准则意味 2000 次循环。这三个测试标准对测试条件和使用仪器都有相似的规定。但是，IESNA 标准要求周围环境温度变化的范围较小一些。详细的讨论可

12、以在 2005 年 Fridley 编写的文章及其他文章中查阅到。功效功效功效，或称初始效力，其定义是初始光通量与被测的节能灯的测得的输入功率的比值。光通维持率光通维持率光通维持率是指在灯的使用寿命内在给定时间里的光通量，它可以用初始光通量的百分率来表示。平均流明是在额定使用寿命到达 40%时开始测量的。光通维持率和功效的测量这些测量是从光度测量和电力测量的结果中得来的。对于光度测量（例如光照强度，光通量，颜色等），IEC 60969 和 IESNA LM-66 都涉及到了 CIE 84-1989（光通量的测量），因此它们两者是相同的。但是 IESNA 在测量光通量时提供了更多的选择，可以利用

13、整个球体或从标准强度进行计算。对于电气测量来说，不同的测试程序对电源和使用仪器的误差的要求都相当一致。它们都要求压力呈正弦波形，且谐频是给定的，限于基频的 3%。供给电压在稳定阶段的变化幅度限制在0.5%以内，在测试阶段限制在0.2%以内。只有 IESNA LM 66-00 测试要求的变化范围更小，在0.1%以内，但它并没有规定这是对稳定阶段还是测试阶段，或是对两个阶段都是这个要求。因此，实际上，IEC 和 IESNA/ANSI 的测试方法对功效和光通维持率的测量本质上是相同的。显色性指标显色性指标灯发出的光的光谱特性的效果在被照的物体上的颜色显示叫做显色性。显色性指标（CRI）的定义是根据

14、CIE 出版刊物 No. 13.3-1995 的推荐，在测试光照和标准光照下对光谱三色激励值的比较得出的。CRI测试所有情况下的 CRI 测试都是根据 CIE 出版物 No. 13.3-1995 的推荐进行的，因此在IEC 和 ANSI 标准之间不存在什么差别。开启和运转时间开启和运转时间开启时间是指在供给电压接通以后，到灯完全打开并且保持发光状态所需要的时间(IEC 60969, 条款 2.15)。运转时间是指供给电压接通后，灯达到它最终的光通量的 80%所需要的时间。开启和运转时间的测试开启和运转时间的测试比起其他的性能指标的测试更加不明确。IEC 90696 只说明“开启和运转时间应该与

15、制造商给定的值一致” (IEC 90696, 条款 5)。IEC 90601 也有类似的语言描述(条款 1.5.4)。只有 ANSI C78.5-2003 提供了一个详细的测试方法（附录 A），也给出了开启和运转时间的推荐值（条款 4.7 和 4.8）；电子镇流节能灯的开启时间不应该超过 2 秒，磁性镇流节能灯的开启时间不应该超过 4 秒，并且运转时间不能超过 3 秒。但是 ANSI C78.5 -2003 并没有给定测量运转时间的流明维持率的水平。IEC 90969 和 90601 虽然没有提供测试的详细程序，但是假设使用一个计时设备来计算开启和运转测试共用的时间。在测试方法将来的版本中，为

16、了说明这一点，应该为运转时间给出一个明确的照明标准。水银含量水银含量在所有的荧光灯包括节能灯里都含有少量的水银。当灯泡被处理的时候，水银会被释放到油和水里，引起水银污染。水银污染对人体健康和儿童的发育都有非常严重的影响，因此在世界上的许多地方都受到控制。经我们的考察发现关于节能灯的水银含量测量的三个参考文献：日本电灯制造商协会标准JEL 303-2004；被提议的澳大利亚/新西兰标准，荧光灯灯中的水银含量；还有欧盟对灯泡的生态标签测试方法，测试水银含量的方法等。三种测试方法里都包含了在灯内的水银的化学分解以及通过将测试溶液和标准水银溶液相比较来决定水银的含量。但是，细节的程度变化相当大，使得欧

17、盟的生态标签测试方法最不全面。而且，欧盟的测试方法并没有处理汞合金问题，这可能导致对水银含量的严重低估。澳大利亚/新西兰的提议与日本的测试方法很接近，并且两者都列出了不同的处理汞合金问题的方法。因此，澳大利亚/新西兰的提议与日本的测试方法应该优先于欧盟的生态标签测试方法。由于日本的测试方法相对较新，所以需要在其他经济体系的实验室里广泛开展更多的测试来使这个方法在这一领域获得认同，特别是考虑到带有汞合金的节能灯时。第二个可供使用的选择是毒性过滤程序(TCLP)测试。美国环保署为了处理方便，对荧光灯进行了毒性过滤程序（TCLP）测试，将灯泡分为危险物或无危险物。TCLP 测试并没有测量全部的水银含

18、量，事实上，它测量的是当灯泡被作为垃圾处理时，水银渗入或浸入地下水的可能性。在 TCLP 测试中，灯泡被碾成小片并且与酸性的溶液混合。然后将酸性溶液从灯泡碎片中滤去。联邦法律规定，如果在每公升酸性测试溶液中含有的水银少于 0.2mg 时，这一废弃物就可以被看成是无危害的废弃物。但是，虽然 TCLP 测试作为一个现代的标准适用于线性荧光灯，一个较早的尝试将这个测试用于节能灯却没有成功。目前，可以看出上面提到的现有的测试都不能提供一个简单的测试水银含量的适用方法。但是，现在已经在一些管辖区域开展了广泛的研究，研究的早期结果也显示很有希望。在这一点上，还有值得注意的就是所有已提出的测试水银含量的方法

19、通常可以在化学/环境实验室中开展，特别是在现存的照明测试基础设施之外。因此，将水银测试作为修改过的节能灯测试程序的一个部分将增加测试的成本，虽然现在这个增加的百分比估计不过超过 10%1。快速循环测试快速循环测试除了使用寿命测试以外，能源之星要求进行快速循环压力测试，也就是每隔 5 分钟将灯打开和关闭一次。欧盟质量宪章已经有一个类似的测试要求，但是，循环时间是 5 分钟开 10 分钟关(EU, 2005)。在这些不同的状况下测试得到的灯泡循环次数的差距可能很小。Guan 和 Reynolds（2005）证明了在不同的循环状况下测得的平均循环次数非常接近（如下表所示），表表 3 快速循环测试结果

20、和循环状况快速循环测试结果和循环状况开开/ 关关 (秒秒) 2 /105/ 2530 / 90EST 30/270ES 300/300循环次数循环次数1081111679115371118810881快速循环测试的测试方法将来的发展趋势可能会缩短循环周期来加速测试过程。测试方法的整体精确度测试方法的整体精确度需要注意的是每个测试方法中对一些特别性质的测量方案都进行了详细的介绍。但是，对其他标准的测量的方案并没有很好的给出，导致一些问题留待解释，方案的重复采用也比较困难。因此，建议对这些测试方法进一步要做的工作就是尝试将它们涉及到的程序更详细的描述出来。总结总结这篇文章中讨论的大部分节能灯的国家

21、项目都遵循两个基础测试体系，即都符合 IEC框架或 IESNA/ANSI 框架。北美地区遵循后者，而世界上其他地区遵循 IEC 体系。除了在使用寿命的负载循环和快速循环测试上有些小的不同以外，对于性能指标的核心列表里的测试标准本质上都是相同的。节能灯的水银含量正在成为许多相关方越来越关心的问题。但是，测试标准才刚刚发展起来。根据节能灯中水银存在的多种形式，全面测量水银含量的方法中，日本的测试标准和已提出的澳大利亚/新西兰测试标准看起来最好，它们的研究也正在进行。通常，这篇文章中描述的不同的测试标准之间的一致性说明，在不同的国家的项目之间采用一套通用的测试条件存在良好的基础。接下来的步骤自然就是

22、通过现在的 IEC 标准来建立一套节能灯的统一的测试程序，这主要是因为 IEC 标准是世界上最广泛使用的标准。这一修改过的测试程序将在交互管辖区的实验室中开展循环检测。参考文献参考文献ANSI C78.375-1997. Fluorescent LampsGuide for Electrical Measurements. First Edition, 1997.ANSI C78.5-2003. Specifications for Performance of Self-ballasted Compact Fluorescent Lamps.APEC-ESIS 2005. “Internat

23、ional Initiative Launched on Compact Fluorescent Lamps”, /whatsnew.php?id=100084. CLASP, 2005, Energy Star 2003. ENERGY STAR Program Requirements for CFLs: ENERGY STAR Eligibility Criteria: Energy-Efficiency Criteria Version 3.0. Online at

24、/ia/partners/product_specs/program_reqs/cfls_prog_req.pdfEU, 1999, “Establishing the ecological criteria for the award of the Community eco-label to light bulbs,” Official Journal of the European Community 1999/568/EC EU, 2005, EU Quality Charter for CFLs, /CFL/i

25、ndex.htmFridley D, Lin J, Denver A, and Dillavou T, 2005, “CFL Labeling Harmonization in the United States, China, Brazil and ELI Member Countries: Specifications, Testing, and Mutual Recognition,” LBNL Report 58397.Guan F and Reynolds D, 2005, “Topic and Discussions on the Performance Standard and Inspection Methods of CFL,” paper presented at the Right Light 6 conference, Shanghai, China, May 2005.IEC 60969. Self-ballasted