美国能源之星要求的SSL灯具

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

2、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

3、” 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

4、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(K27002725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 (CIE1976uv 图 色保持 在全寿命期内色度变化在 CIE19

5、76uv 图中 0.007以内 显色指数 (CRI室内灯最小的 CRI 为 75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

6、: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 3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

7、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

8、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

9、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 IEEE C62.41-1991,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 58.8

10、60户外入口处廊灯 58.840户外踏步灯 50.040户外走道灯50.050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

11、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

12、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

13、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,5000K4 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

14、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

15、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