照明節(jié)能設(shè)計(jì)探討

▲中國(guó)中元國(guó)際工程公司 劉宗東

引言

節(jié)能減排就是節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)升級(jí)，我國(guó)能源需求呈剛性增長(zhǎng)，受國(guó)內(nèi)資源保障能力和環(huán)境容量制約以及全球性能源安全和應(yīng)對(duì)氣候變化影響，資源環(huán)境約束日趨強(qiáng)化。因此，政府把節(jié)能減排作為調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的重要抓手和突破口?！秶?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出了到2015年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2010年降低16%，主要污染物排放總量減少10%左右的約束性指標(biāo)。

建筑領(lǐng)域是能源和資源高消耗領(lǐng)域，據(jù)測(cè)算，建筑在建材生產(chǎn)環(huán)節(jié)耗能約占20%，建造環(huán)節(jié)耗能約占1.5%，建筑使用過程耗能約占28%。建筑領(lǐng)域節(jié)能減排對(duì)于建設(shè)低碳社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。

住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部作為行業(yè)行政主管部門，對(duì)節(jié)能減排工作非常重視，每年都會(huì)開展全國(guó)建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排監(jiān)督檢查，選派建筑、暖通、供熱、照明、污水處理及垃圾處理等方面專家組成督查組，由部委辦領(lǐng)導(dǎo)親自帶隊(duì)前往全國(guó)各地，通過聽取匯報(bào)、查閱資料、抽調(diào)施工圖設(shè)計(jì)文件和工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢查等方式，對(duì)建筑節(jié)能、供熱計(jì)量、城市照明、城鎮(zhèn)污水處理及生活垃圾處理等方面進(jìn)行監(jiān)督檢查。民用建筑項(xiàng)目的檢查按公共建筑和居住建筑兩大類分別進(jìn)行，檢查的工程從在建和竣工項(xiàng)目中隨機(jī)抽取。督查組在檢查審閱施工圖設(shè)計(jì)文件的時(shí)候，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員、專業(yè)負(fù)責(zé)人及施工圖審查人員需到場(chǎng)，以便接受督查專家的質(zhì)詢。督查專家根據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)一制定的“節(jié)能設(shè)計(jì)文件檢查表”，逐項(xiàng)逐條地進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，最后得出綜合評(píng)價(jià)，指出存在的問題和不足，必要時(shí)下發(fā)行政執(zhí)法通知書。

作為首都建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的行政主管部門，北京市規(guī)劃委員會(huì)勘察設(shè)計(jì)管理辦公室每年會(huì)不定期地組織建筑節(jié)能施工圖設(shè)計(jì)文件專項(xiàng)抽查。由建筑、暖通及電氣三個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)專家組成抽查小組，從本市已經(jīng)通過施工圖設(shè)計(jì)文件審查并取得合格書的房屋建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目中隨機(jī)抽取。以民用建筑為主，按公共建筑和居住建筑兩大類分別抽查，內(nèi)容包括建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是否符合國(guó)家及地方節(jié)能設(shè)計(jì)方面的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)；是否嚴(yán)格執(zhí)行市規(guī)發(fā)〔2008〕112號(hào)“《北京市建筑節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算文件編制要求》的通知”。各有關(guān)的設(shè)計(jì)單位及施工圖審查機(jī)構(gòu)對(duì)節(jié)能專項(xiàng)抽查的初步意見進(jìn)行核實(shí)，并提出反饋意見。審查小組經(jīng)認(rèn)真研究形成抽查最終意見，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)按最終意見對(duì)施工圖設(shè)計(jì)文件進(jìn)行整改并送施工圖審查機(jī)構(gòu)確認(rèn)。

對(duì)于電氣專業(yè)，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)檢查主要是圍繞著照明節(jié)能。下面就照明節(jié)能設(shè)計(jì)檢查中經(jīng)常遇到的問題進(jìn)行探討。

1 光源選擇

檢查中發(fā)現(xiàn)，有的設(shè)計(jì)文件將1 200mm直管熒光燈的功率標(biāo)注為40W，容易被認(rèn)為采用了粗管徑的T12熒光燈；點(diǎn)光源的功率標(biāo)注為40W或60W，可能會(huì)被認(rèn)為采用了普通照明用白熾燈。

光源選擇的原則是：高光效、壽命長(zhǎng)、顯色性好。雖然價(jià)格可能較高，造成一次投資增加，但使用數(shù)量減少、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用降低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)還是合理的。

各種電光源的光效、顯色指數(shù)、色溫和平均壽命等技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.1 白熾燈

普通照明白熾燈雖然具有瞬時(shí)啟動(dòng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、顯色性好及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其光效低、且壽命短。因此，《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2004第3.2.3條規(guī)定“一般情況下，室內(nèi)外照明不應(yīng)采用普通照明白熾燈；在特殊情況下需采用時(shí)，其額定功率不應(yīng)超過100W?！辈捎镁o湊型熒光燈替代普通照明白熾燈光效可提高4～6倍。

2011年11月1日，國(guó)家發(fā)展改革委、商務(wù)部、海關(guān)總署、國(guó)家工商總局、國(guó)家質(zhì)檢總局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于逐步禁止進(jìn)口和銷售普通照明白熾燈的公告》（以下簡(jiǎn)稱《公告》），決定從2012年10月1日起，按功率大小分階段逐步禁止進(jìn)口和銷售普通照明白熾燈。逐步淘汰白熾燈的進(jìn)程分為五個(gè)階段：2011年11月1日至2012年9月30日為過渡期；2012年10月1日起禁止進(jìn)口和銷售100W及以上普通照明白熾燈；2014年10月1日起禁止進(jìn)口和銷售60W及以上普通照明白熾燈；2015年10月1日至2016年9月30日為中期評(píng)估期；2016年10月1日起禁止進(jìn)口和銷售15W及以上普通照明白熾燈，或視中期評(píng)估結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

表1 各種電光源的技術(shù)指標(biāo)

表2 粗、細(xì)管徑熒光燈技術(shù)對(duì)比

1.2 熒光燈

《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2004第

3.2.3 條規(guī)定，高度較低的房間及場(chǎng)所宜采用細(xì)管徑直管形熒光燈。細(xì)管徑是指管徑≤26mm的直管形熒光燈，如T8、T5熒光燈等；粗管徑是指熒光燈管徑為38mm以上的熒光燈，如T12熒光燈等。細(xì)管徑熒光燈的光效提高，汞用量減小，有利于環(huán)保；并且細(xì)管徑更易于使用三基色熒光粉。表2給出了粗、細(xì)管徑熒光燈的技術(shù)對(duì)比。

熒光燈玻管內(nèi)壁涂敷的熒光粉是熒光燈的關(guān)鍵材料之一，其好壞直接關(guān)系到熒光燈的光效、光通維持率、色溫及顯色性等。熒光粉通常分為鹵磷酸鈣（簡(jiǎn)稱鹵粉）和稀土三基色兩種。稀土三基色熒光粉的光效高，比鹵粉提高約17%～30%；顯色性好，從鹵粉的60～72提高到80～98；壽命長(zhǎng)，約提高50%～100%，并且抗短波紫外線的能力強(qiáng)。雖然三基色熒光燈價(jià)格比鹵粉熒光燈貴，但在相同照度條件下，使用燈管數(shù)量減少，從而使建設(shè)投資降低，運(yùn)行費(fèi)用減少。因此，用三基色熒光粉取代傳統(tǒng)的鹵磷酸鈣熒光粉，是提高熒光燈光效的重要措施。京建發(fā)[2010]326號(hào)文“發(fā)布《北京市推廣、限制和禁止使用禁止材料目錄（2010年版）》的通知”的規(guī)定：除頻繁啟動(dòng)場(chǎng)所外禁止使用白熾燈和鹵素?zé)?；禁止使用鹵粉熒光燈及熒光燈類一般型電感鎮(zhèn)流器。

選擇熒光燈時(shí)應(yīng)盡量采用不小于4ft（1.2m）長(zhǎng)的直管形熒光燈。2ft（0.6m）18W的T8直管形熒光燈比36W的T8直管形熒光燈多耗電31%（配電子鎮(zhèn)流器）～45%（配節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器），而且初建費(fèi)要增加30%～60%，另外25W以下熒光燈所配電子鎮(zhèn)流器的3次諧波含量也很大。

1.3 金屬鹵化物燈

高大空間場(chǎng)所使用金屬鹵化物燈，應(yīng)選用陶瓷內(nèi)管金屬鹵化物燈，與石英金屬鹵化物燈相比，顯色性從65提高到85，光效提高8%～20%，壽命延長(zhǎng)10%～15%。

2 鎮(zhèn)流器選擇

檢查中發(fā)現(xiàn)，有的設(shè)計(jì)文件電感鎮(zhèn)流器未注明采用“節(jié)能型”，鎮(zhèn)流器未注明“應(yīng)符合該產(chǎn)品的國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)”。

《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2004第3.3.5條規(guī)定：自鎮(zhèn)流熒光燈應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器；直管形熒光燈應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；高壓鈉燈、金屬鹵化物燈應(yīng)配用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，功率較小者可配用電子鎮(zhèn)流器。

熒光燈和高強(qiáng)氣體放電燈的鎮(zhèn)流器分為電感式和電子式兩大類，電感式包括普通型和節(jié)能型。傳統(tǒng)普通型電感鎮(zhèn)流器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全系數(shù)高、堅(jiān)固耐用、價(jià)格低廉，但噪聲高、功耗大（自身功耗占光源功率的10%～11%），已不符合照明節(jié)能的要求。隨著鐵芯材料質(zhì)量、生產(chǎn)工藝技術(shù)、工裝設(shè)備的提高和完善，使得工頻電感鎮(zhèn)流器的能效和質(zhì)量全面提升。尤其E型、環(huán)形、補(bǔ)償性電感鎮(zhèn)流器由傳統(tǒng)普通型到節(jié)能型，自身功耗大大減少，節(jié)能約40%以上，已接近電子鎮(zhèn)流器的水平。節(jié)能型鎮(zhèn)流器具有溫升小、耐瞬間過電壓沖擊、浪涌電流小，過載能力強(qiáng)、波峰比好、安全可靠、穩(wěn)定性好、光效比高等優(yōu)點(diǎn)。

熒光燈用電子鎮(zhèn)流器一般使用20～60kHz頻率供給燈管，使燈管光效比工頻提高約10%（按長(zhǎng)度為4ft的燈管），且自身功耗低，使燈的總輸入功率下降約20%，具有更好的節(jié)能效果。電子鎮(zhèn)流器消除了頻閃和噪聲，發(fā)光穩(wěn)定，有利于提高視覺分辨率，降低連續(xù)作業(yè)的視覺疲勞，保護(hù)視力。對(duì)于需要調(diào)光的場(chǎng)所，采用配可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的高效熒光燈替代白熾燈或鹵鎢燈，可實(shí)現(xiàn)2%～100%的大范圍調(diào)光。

熒光燈的管徑越細(xì)，啟輝點(diǎn)燃電壓越高，電感鎮(zhèn)流器不能可靠啟動(dòng)T5燈管。對(duì)于功率≤150W的金屬鹵化物燈和高壓鈉燈配用電子鎮(zhèn)流器，可以節(jié)能。但功率≥250W時(shí)，采用高頻點(diǎn)燈不僅沒有使高強(qiáng)度氣體放電燈的光效有所提高，反而有所下降，未必節(jié)能。實(shí)際使用中，往往會(huì)因?yàn)榉N種原因需要把鎮(zhèn)流器安裝在遠(yuǎn)離光源的地方。電感鎮(zhèn)流器只要導(dǎo)線截面積足夠，導(dǎo)線電阻約占鎮(zhèn)流器等效阻抗的0.5%以下時(shí)，幾乎不會(huì)影響光源的正常工作，這一距離一般可達(dá)50m左右。而電子鎮(zhèn)流器由于是高頻輸出，輸出導(dǎo)線的高頻感抗較大，當(dāng)燈與鎮(zhèn)流器距離達(dá)到5m時(shí)，因?qū)Ь€高頻阻抗較大會(huì)使光源的輸出功率明顯下降約3%～8%，并且電子鎮(zhèn)流器輸出導(dǎo)線的加長(zhǎng)還會(huì)使對(duì)外干擾（EMI）明顯上升并超過標(biāo)準(zhǔn)限值。

選擇電子鎮(zhèn)流器應(yīng)特別注重其諧波含量。《管形熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器性能要求》GB/ T 15144-2009已經(jīng)取消了94年版對(duì)電子鎮(zhèn)流器的分級(jí)（L級(jí)和H級(jí)）的規(guī)定，其諧波限值應(yīng)符合《電磁兼容限值 諧波電流發(fā)射限值》GB17625.1-2003（設(shè)備每相輸入電流≤16A）。該標(biāo)準(zhǔn)第7.3條給出了C類設(shè)備（照明設(shè)備）的諧波電流限值，如表3所示。

表3 C類設(shè)備（照明）的諧波電流限值（燈的有功功率大于25W）

設(shè)計(jì)中應(yīng)注意表3注中25W及以下燈管的諧波限值非常寬松，如果一個(gè)建筑物內(nèi)大量采用這種小功率熒光燈（包括長(zhǎng)度2ft的T8、T5燈管和緊湊型熒光燈），將導(dǎo)致嚴(yán)重的波形畸變，中性線電流過大以及線路功率因數(shù)降低等不良后果。

鎮(zhèn)流器能效標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《管形熒光燈鎮(zhèn)流器能效限定值及能效等級(jí)》GB 17896-2012、《高壓鈉燈用鎮(zhèn)流器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》GB 19574-2004、 《金屬鹵化物燈用鎮(zhèn)流器能效限定值及能效等級(jí)》GB 20053-2006。其中能效是強(qiáng)制性的，凡不滿足限定值要求的均為不合格產(chǎn)品。

3 燈具選擇

檢查中發(fā)現(xiàn)，有的設(shè)計(jì)文件沒有明確燈具的效率。

燈具除了具有固定保護(hù)光源、裝飾環(huán)境、將光源及其附件與電源可靠連接的功能外，還擔(dān)任著對(duì)光源產(chǎn)生的光通量進(jìn)行重新分配、定向控制及防止眩光等重要作用。

燈具效率（燈具光輸出比）是指在規(guī)定條件下，工作面或參考面上測(cè)得的燈具所發(fā)射的光通量值與燈具內(nèi)所有光源發(fā)出的光通量測(cè)定值之和的比值。它反映了燈具對(duì)光的利用程度，效率越高，光源光通量的利用率就越高?！督ㄖ彰髟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2004第3.3.2條規(guī)定，在滿足眩光限制和配光要求條件下，應(yīng)選用效率高的燈具。并且，從節(jié)能考慮對(duì)熒光燈燈具和高強(qiáng)度氣體放電燈燈具的效率規(guī)定了下限值，見表4、表5。

4 照度及照明功率密度

檢查中發(fā)現(xiàn)，有的設(shè)計(jì)文件沒有照度計(jì)算值或照度計(jì)算值超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值的±10%；照明安裝功率只考慮了光源功率，遺漏鎮(zhèn)流器或其他光源附屬裝置的功率或功耗取值偏大；照明面積按房間軸線面積計(jì)算而未按凈面積計(jì)算，造成照明功率密度計(jì)算值超出規(guī)范限定值。

表4 熒光燈燈具的效率下限值

表5 高強(qiáng)度氣體放電燈燈具的效率下限值

4.1 照度計(jì)算

照度是照明的數(shù)量指標(biāo)，《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2004中所規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)值均為作業(yè)面或參考平面上的維持平均照度值，它等于照明裝置新裝時(shí)的平均照度乘上維護(hù)系數(shù)（又稱為減光系數(shù)，室內(nèi)取80%、70%或60%）。實(shí)際設(shè)計(jì)中，除了滿足規(guī)范第4.1.3條和4.1.4條時(shí)可按照度標(biāo)準(zhǔn)值分級(jí)提高或降低一級(jí)以外，不能隨意選用、更改其他分級(jí)的照度標(biāo)準(zhǔn)值，或規(guī)范照度標(biāo)準(zhǔn)值分級(jí)中未規(guī)定的某一照度值，如260lx、400lx等。

平均照度的常用計(jì)算方法是利用系數(shù)法，它適用于燈具均勻布置、墻和天棚反射系數(shù)較高、空間無大型設(shè)備遮擋的室內(nèi)一般照明。新裝時(shí)作業(yè)面或參考平面上的平均照度等于單位受照面積上的全部光源的總光通量乘以利用系數(shù)。

利用系數(shù)法是投射到工作面或參考面上的光通量與從全部光源發(fā)射出的光通量之比，其數(shù)值與下列因素有關(guān)：

1）燈具的型式、光效及配光特性。

2）燈具的懸掛高度。懸掛越高，反射光通量越多，利用系數(shù)也越高。

3）房間的面積及形狀。房間面積越大，越接近于正方形，則直射光通量越多，利用系數(shù)也越高。

表6 照明節(jié)能設(shè)計(jì)判定表

4） 墻壁、天棚及地板的顏色和潔污狀況。顏色越淺，表面越潔凈，反射的光通量越多，利用系數(shù)也越高。

利用系數(shù)是燈具光強(qiáng)分布、燈具效率、房間形狀、室內(nèi)表面反射比的函數(shù)，計(jì)算比較復(fù)雜。通常，由燈具生產(chǎn)廠家提供的光度數(shù)據(jù)表查表獲得。

照度計(jì)算時(shí)考慮到布燈的需要、光源功率和光通量不是連續(xù)變化的實(shí)際情況，規(guī)范對(duì)于10個(gè)燈具以上的照明場(chǎng)所，照度設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值允許有±10%的偏差；當(dāng)燈具小于10個(gè)時(shí)，允許適當(dāng)超過此偏差。

4.2 照度功率密度計(jì)算

一般照明的照明功率密度值（W／m2）是建筑照明節(jié)能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，它是單位面積上照明安裝功率（包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器），對(duì)提高照明能效，節(jié)約能源有重大的意義。

《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6章規(guī)定了七類建筑中85種最常用、量大面廣的房間或場(chǎng)所的照明功率密度值（LPD）上限值，除居住建筑外，其他建筑的照明功率密度值均為強(qiáng)制性的，實(shí)際設(shè)計(jì)中不得突破。

對(duì)于根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2004第4.1.3條和4.1.4條提高或降低一級(jí)照度標(biāo)準(zhǔn)值的情況，照明功率密度值應(yīng)隨之改為調(diào)整后的照度分級(jí)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值；對(duì)于裝飾性燈具，只將其總功率的一半計(jì)入照明功率密度值的計(jì)算；設(shè)有重點(diǎn)照明的商店?duì)I業(yè)廳樓層，其照明功率密度值可每平方米增加5W。北京市的公共建筑項(xiàng)目，還應(yīng)按《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB11／687-2009第6.2.1條的要求，在設(shè)計(jì)文件中以照明節(jié)能設(shè)計(jì)判定表的形式，見表6，對(duì)國(guó)家強(qiáng)制性條文規(guī)定的房間或場(chǎng)所的實(shí)際LPD值進(jìn)行驗(yàn)算。

通過推導(dǎo)，照明功率密度值與維護(hù)平均照度存在如下關(guān)系：

式中：LPD ——照明功率密度；

Eav——維護(hù)平均照度；

K ——維護(hù)系數(shù)；

U ——利用系數(shù)；

ηS——光源光效、光源光通量與其安裝功率（包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器的功率總和）之比。

由⑴式可知，一旦房間或場(chǎng)所選定，Eav和K便確定了，若要降低LPD值就應(yīng)從光源光效ηS和利用系數(shù)U入手。首先提高光源的光效，包括降低鎮(zhèn)流器或變壓器的功耗；另外提高利用系數(shù)，包括選用高效率燈具、選擇與房間相適應(yīng)的燈具配光，合理提高房間墻面、天棚和地面的反射比。

5 結(jié)語

我國(guó)照明用電約占全社會(huì)用電量的12%左右，節(jié)能減排潛力巨大。照明節(jié)能設(shè)計(jì)作為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要組成部分，需要不斷深入研究，充分理解領(lǐng)會(huì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能要求，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中嚴(yán)格貫徹執(zhí)行。

以上是筆者的粗淺認(rèn)識(shí)，不當(dāng)之處敬請(qǐng)廣大同行批評(píng)指正、不吝賜教。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. GB 50034－2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. JGJ／T 119－2008 建筑照明術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院. JGJ 16－2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院. 全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施－電氣節(jié)能專篇[M]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

[5]北京市建筑設(shè)計(jì)研究院. DB11/ 687－2009 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：北京市建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化辦公室，2010.

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