LED光源歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)與我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的比較

趙志嵩，劉 夢(mèng)，張 婧

(上海海關(guān)機(jī)電產(chǎn)品檢測技術(shù)中心，上海 200135)

引言

歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)是一系列關(guān)于能源相關(guān)產(chǎn)品全生命周期的節(jié)能環(huán)保類法規(guī)，旨在減少能源消耗，降低溫室氣體排放，減輕環(huán)境污染。其覆蓋面廣，影響力大，是我國出口企業(yè)和相關(guān)政府部門重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)性貿(mào)易措施。2019年，歐盟發(fā)布了(EU)2019/2020法規(guī)，并于2021年2月進(jìn)行了首次修訂。該法規(guī)及其修訂件對(duì)包括LED光源在內(nèi)的照明產(chǎn)品提出了最新的性能及能效要求，可能會(huì)對(duì)我國LED出口企業(yè)產(chǎn)生一定的影響。本文將對(duì)涉及LED光源的歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)進(jìn)行簡要梳理，并重點(diǎn)分析(EU)2019/2020法規(guī)及其修訂件與我國相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)之間的差異。

1 歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)的發(fā)展歷程

2005年，歐盟委員會(huì)(European Commission)頒布了關(guān)于建立用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)要求框架的指令2005/32/EC，該指令被稱為EuP(Energy-using Products)指令。2008年，歐盟委員會(huì)頒布了2008/28/EC指令，該指令對(duì)EuP指令中的部分內(nèi)容進(jìn)行了修訂。然而，EuP指令的適用范圍僅限于用能產(chǎn)品，具有一定的局限性。在生產(chǎn)和生活中有許多產(chǎn)品本身并不直接消耗能源，但卻能夠間接影響到節(jié)能效果(例如建筑隔熱材料)?？紤]到這一點(diǎn)，歐洲委員會(huì)在2009年發(fā)布了關(guān)于建立能源相關(guān)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)要求框架的指令2009/125/EC，并廢除了指令2005/32/EC和2008/28/EC。指令2009/125/EC也被稱為ErP(Energy-related Products)指令。目前該指令仍是現(xiàn)行有效的指令，可被近似認(rèn)為是具體產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)的“上位法”。

在歐盟法律體系中，指令(directive)通常是綱領(lǐng)性、框架性的文件，僅對(duì)要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果具備約束力，具體則由每個(gè)成員國自行選擇形式和方法以滿足指令的要求。而法規(guī)(regulation)則具有普遍適用性和完全的約束力，并直接適用于所有成員國[1]。

2009年3月，歐洲委員會(huì)發(fā)布了(EC)244/2009法規(guī)，對(duì)非定向家用燈提出了具體的生態(tài)設(shè)計(jì)要求，其適用范圍涵蓋了非定向LED光源。這也是歐盟首次對(duì)LED光源提出具體的能效限值。2012年，歐盟發(fā)布了(EU)1194/2012法規(guī)，其內(nèi)容涵蓋了定向LED光源的性能和能效要求以及非定向LED光源的性能要求。2019年，歐盟發(fā)布了(EU)2019/2020法規(guī)，對(duì)包括LED光源在內(nèi)的各類電光源和分離式控制裝置提出了新的生態(tài)設(shè)計(jì)要求。該法規(guī)的主體內(nèi)容于2021年9月1日正式生效，(EC)244/2009和(EU)1194/2012法規(guī)同時(shí)廢止。2021年2月23日，該法規(guī)進(jìn)行了首次修訂。圖1給出了與LED光源相關(guān)的歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)指令和法規(guī)以及它們之間的相互關(guān)系。

圖1 與LED光源相關(guān)的歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)指令和法規(guī)框架Fig.1 Framework of EU eco-design directives & regulations related to LED light sources注1：1994—2009年間的指令或法規(guī)的編號(hào)命名使用縮寫EC(European Commission)，2010年之后的指令或法規(guī)的編號(hào)命名均改用縮寫EU(European Union)。注2：一個(gè)指令或法規(guī)可以對(duì)多個(gè)指令或法規(guī)進(jìn)行修訂或替代，如(EU)2015/1428既是對(duì)(EC)244/2009的第二次修訂，也是對(duì)(EU)1194/2012的第一次修訂。

2 LED光源光效要求的差異

在歐盟生態(tài)技術(shù)法規(guī)中，無論是早先的(EC)244/2009、(EU)1194/2012還是最新的(EU)2019/2020，對(duì)于LED光源光效的限值規(guī)定與我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 30255—2019中的相關(guān)規(guī)定有著明顯的區(qū)別。歐盟法規(guī)中的限值往往是以公式的形式給出，涉及的參數(shù)較多，計(jì)算相對(duì)繁瑣。而我國國家標(biāo)準(zhǔn)只是將LED光源劃分成幾個(gè)類別，每一類別的限值固定不變，相對(duì)歐盟法規(guī)更加直觀和清晰。

在(EU)2019/2020中，光源的光效限值由式(1)間接進(jìn)行計(jì)算[2]：

(1)

其中Ponmax是光源允許的最大消耗功率，Φuse是企業(yè)聲明的“可用光通量”。對(duì)于非定向光源，Φuse等于總光通量。對(duì)于光束角≥90°的定向光源，Φuse等于πsr立體角內(nèi)(對(duì)應(yīng)于角度為120°的圓錐體)的光通量。對(duì)于光束角<90°的定向光源，Φuse等于0.586πsr立體角內(nèi)(對(duì)應(yīng)于90°角的圓錐體)的光通量。C是修正因子，L是終端損耗因子，這兩個(gè)因子均與光源的具體種類有關(guān)。對(duì)于LED，終端損耗因子等于1.5，修正因子的選擇詳見表1。F是效用因子，對(duì)于非定向光源，F(xiàn)=1；對(duì)于定向光源，F(xiàn)=0.85。η的含義為“閾值光效”，這是一個(gè)與具體光源類型和特征有關(guān)的值，對(duì)于LED光源，閾值光效等于120 lm/W。需注意這個(gè)值并不是光源的實(shí)際光效限值。R是顯色指數(shù)因子，對(duì)于LED光源，R=(CRI+80)/160，計(jì)算得到的值需修約至2位小數(shù)。

表1 與LED光源相關(guān)的修正因子

在我國標(biāo)準(zhǔn)GB 30255—2019中，LED光源也劃分為定向燈和非定向燈兩個(gè)大類，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這兩類光源的光效限值分別進(jìn)行了規(guī)定。在這一點(diǎn)上，我國標(biāo)準(zhǔn)與歐盟法規(guī)的思路是一致的，并且兩者對(duì)于定向燈的定義也完全相同[2,3]，但國標(biāo)尚未涉及需要另接控制裝置的光源(如額定電壓為DC12V的LED反射燈杯)。與歐盟法規(guī)不同的是，國標(biāo)中將定向燈和非定向燈根據(jù)不同的額定相關(guān)色溫區(qū)間給出了不同的限值，而歐盟法規(guī)的計(jì)算公式中并不涉及相關(guān)色溫。另外，國標(biāo)還將非定向燈按照不同的配光類型進(jìn)行劃分，將定向燈按照不同的外形進(jìn)行劃分，這也是歐盟法規(guī)中未涉及的。國標(biāo)中的具體要求見表2[4]。

表2 國標(biāo)中LED光源的能效限定值

由于國標(biāo)與歐盟法規(guī)之間的技術(shù)差異較大，難以直接對(duì)兩者進(jìn)行比較，因此有必要先假定一些具有典型參數(shù)的LED光源，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行比較分析。假定的四款LED光源見表3。

將表3中光源的實(shí)測功率代入Ponmax進(jìn)行反向計(jì)算，可以算出Φuse的值。對(duì)于1號(hào)光源，計(jì)算得Φuse=909 lm。需要特別注意的是，計(jì)算得到的Φuse在此刻是一個(gè)聲稱值，上述計(jì)算結(jié)果僅僅意味著1號(hào)光源所聲稱的Φuse值不得低于909 lm，而不是實(shí)測Φuse值不低于909 lm。如果不了解這一點(diǎn)，可能會(huì)誤認(rèn)為1號(hào)光源的實(shí)測光效不應(yīng)低于909/9.8=92.8 lm/W。在(EU)2019/2020法規(guī)附件四的表6中給出了實(shí)測值與聲明值的允差，Φuse實(shí)測值不應(yīng)低于聲稱值的90%。由于聲稱值一般不會(huì)精確到個(gè)位數(shù)，可將1號(hào)光源的Φuse聲稱值向上取整至910 lm，那么Φuse實(shí)測值應(yīng)不低于910×90%=819 lm，1號(hào)光源實(shí)際應(yīng)滿足的最低光效為83.6 lm/W。對(duì)表3中的其他LED光源按上述思路進(jìn)行計(jì)算，得到的限值見表4第二列。

表3 假定的典型LED光源

表4 國標(biāo)與歐盟法規(guī)對(duì)于典型LED光源的光效限值要求Table 4 Requirements ofluminous efficiency of typical LED light sources in related EU regulation & Chinese national standard

從表4中可看出，歐盟法規(guī)(EU)2019/2020對(duì)于LED光源實(shí)際光效的總體要求并不高，僅當(dāng)非定向自鎮(zhèn)流LED燈的功率較大時(shí)，其限值才會(huì)明顯高于GB 30255—2019中的限值。而目前我國LED光源生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的10 W左右的非定向自鎮(zhèn)流LED燈(主要是LED球泡燈)的光效已經(jīng)普遍能夠達(dá)到90 lm/W以上。因此在光效這一指標(biāo)上，我國企業(yè)要滿足歐盟的市場準(zhǔn)入要求還是比較容易的。然而企業(yè)應(yīng)當(dāng)注意合理確定產(chǎn)品的Φuse聲稱值，特別是對(duì)于光束角較大的LED定向燈。因?yàn)楫?dāng)光束角較大時(shí)，定向燈的總光通量可能會(huì)明顯大于Φuse值。如果企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品實(shí)測總光通量來確定Φuse聲稱值，該聲稱值可能會(huì)明顯偏高，在后續(xù)的市場監(jiān)管中容易出現(xiàn)不合格情況。在條件允許的情況下，建議企業(yè)使用分布光度計(jì)測出定向燈的Φuse實(shí)測值，并在此基礎(chǔ)上確定Φuse聲稱值。

3 LED光源光通維持率要求的差異

盡管歐盟法規(guī)(EU)2019/2020中3000 h光通維持率的計(jì)算公式在形式上與我國國家標(biāo)準(zhǔn)中的公式有差異，但化簡后實(shí)際是相同的，即[4]：

(2)

其中LM是光源應(yīng)滿足的光通維持率限值，t0是光源的聲稱壽命。在歐盟法規(guī)中，如果計(jì)算得到的LM值大于96.0%，則光通維持率限值就取96.0%，而我國國家標(biāo)準(zhǔn)并無此規(guī)定。這意味著歐盟對(duì)于光通維持率的要求更為寬松。假設(shè)一款LED光源的聲稱壽命為3萬小時(shí)，那么根據(jù)公式計(jì)算得到的LM值為96.5%。在這種情況下，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的3 000 h光通維持率限值即為96.5%，而歐盟法規(guī)中的限值則是96.0%。

需要注意的是，相同產(chǎn)品在不同測試方法下測得的LED光通維持率可能是不同的，而歐盟法規(guī)中的測試方法與我國國家標(biāo)準(zhǔn)有一定的差異，詳見表5[2,5,6]。

表5 國標(biāo)和歐盟法規(guī)中的光通維持率測試方法比較

雖然目前尚無公開的實(shí)證研究表明表5中的方法差異會(huì)在多大程度上影響光通維持率的測試結(jié)果，但我們可以使用一些方法從側(cè)面進(jìn)行分析。(EU)2019/2020 中規(guī)定的環(huán)境溫度允差與兩個(gè)國標(biāo)相比僅有±5 ℃的偏差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由此導(dǎo)致的LED封裝Ts溫度偏差大致也在±5 ℃的區(qū)間內(nèi)。從許多LED封裝的LM80測試報(bào)告中可以發(fā)現(xiàn)，Ts=55 ℃和Ts=85 ℃條件下的3000 h光通維持率差異并不大(絕大多數(shù)情況下小于1.5%)，因此有理由認(rèn)為歐盟法規(guī)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)環(huán)境溫度上的差異對(duì)于光通維持率的影響非常有限。另外，大多數(shù)LM80報(bào)告中的1000 h光通維持率非常接近100%，這意味著是否進(jìn)行1000 h老煉對(duì)于光通維持率并沒有明顯的影響。在通斷時(shí)間的規(guī)定上，(EU)2019/2020和GB/T 24908—2014相對(duì)接近，一個(gè)通斷周期都是180 min，且斷電時(shí)間均不計(jì)入試驗(yàn)時(shí)間。通過簡單計(jì)算可知，3000 h前者的通斷循環(huán)次數(shù)為1200次，后者的通斷循環(huán)次數(shù)為1091次。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，百余次的通斷次數(shù)差異對(duì)光通維持率造成的影響可以忽略不計(jì)。然而GB/T 29295—2012中LED光源是持續(xù)燃點(diǎn)的，與歐盟法規(guī)差異較大，該差異對(duì)于光通維持率的影響有待進(jìn)一步研究。

4 LED光源其它技術(shù)要求的差異

除了光源光效和光通維持率之外，(EU)2019/2020法規(guī)也對(duì)光源的功率偏差、顯色指數(shù)、色容差、變位系數(shù)、存活率和頻閃等性能指標(biāo)提出了要求。表6給出了(EU)2019/2020法規(guī)及其修訂件和我國強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范CEL 034—2020《室內(nèi)照明用 LED 產(chǎn)品能源效率標(biāo)識(shí)實(shí)施規(guī)則》在一些主要性能指標(biāo)上的差異[2,7,8]。

表6 歐盟法規(guī)與我國強(qiáng)制性規(guī)范對(duì)于LED光源其它技術(shù)要求的比較

續(xù)表6

從表6中可以看出，歐盟法規(guī)中的許多性能指標(biāo)在我國的強(qiáng)制性規(guī)范中是沒有要求的(其中個(gè)別指標(biāo)在我國推薦性標(biāo)準(zhǔn)中有涉及)。其中一些指標(biāo)相對(duì)容易滿足，而另一些對(duì)于我國的相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)則是一個(gè)挑戰(zhàn)，例如頻閃效應(yīng)。薛曉曉等[10]在國內(nèi)市場上隨機(jī)購買了80批次自鎮(zhèn)流LED燈進(jìn)行頻閃效應(yīng)測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)23批樣品的SVM值大于1。

5 結(jié)語

通過對(duì)歐盟法規(guī)和我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的比較可以發(fā)現(xiàn)，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中已有規(guī)定的性能指標(biāo)總體上并不低于歐盟法規(guī)的要求，如光效、光通維持率、顯色指數(shù)等。但歐盟法規(guī)中有許多技術(shù)要求是我國強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中所沒有的，如頻閃效應(yīng)、可用光通量等。這些要求對(duì)于我國的LED光源生產(chǎn)企業(yè)可能是一個(gè)盲區(qū)。相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)予以重視，研究產(chǎn)品可能存在的短板，有針對(duì)性地提升產(chǎn)品性能，避免歐盟技術(shù)性貿(mào)易壁壘對(duì)企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。