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【科技成果】LED筒燈關鍵技術參數評價
文:楊樾 施曉紅 來源:上海市質量監督檢驗技術研究院 時間:2016-06-25 點擊:4083

能源在國民經濟中具有特別重要的戰略地位,在中國社會注重節能減排的大環境下,LED燈具以其節能的特點廣泛應用在日常照明中。但目前還沒有國家性能標準對功率和光通量等關鍵參數規定評價方法,導致市場上魚龍混雜,給消費者在選購節能產品時造成很大困擾。各個地方團體也在起草LED照明產品標準,但目前國際和國內尚無系統性的LED燈具性能要求標準,對LED照明產品的關鍵技術參數,比如功率、光通量、燈具效能等的評價方法也是五花八門。本文主要通過276個LED筒燈的測量數據,分析目前LED筒燈在功率、光通量、燈具效能等影響LED筒燈主要節能指標的質量水平,同時對國際和國內流行的評價方法進行比對評估,尋找合理的判定原則,為性能標準的制定提供有力的技術支撐。

  一、目前LED筒燈的質量水平分析

  目前市場上,制造商在燈具的標記中一般都會標出功率和光通量,而燈具效能指標還沒有在標記中標出。本文重點分析功率、光通量和燈具效能指標,明晰市場上的LED燈具產品質量情況。

  本文選取了46批次、每批次6只共276只LED筒燈作為分析樣本,功率覆蓋了 3.3W到35W;直徑范圍為3cm到19cm。測量這276只筒燈的功率、光通量、和燈具效能等技術參數。

  1. 功率

  功率是評價產品能耗的重要參數,燈具實際的消耗功率與額定功率會有一定的偏離,該偏離描述了實測功率與標稱功率一致性的好壞,一致性就作為評價產品質量的考核指標。我們通過計算實測功率與額定功率之商的百分比來評價實測功率與額定功率的偏差,如公式1所示:

  ηP=實測功率/標稱功率*100% (1)

  為了直觀的了解整個樣本的分布情況,將276個燈具數據用散點圖直觀的表示,見圖1。

  由圖1可以看出,大部分數據分布在90%到120%的區間內。按照實際功率與額定功率百分比限值進行合格性分析,見表1。

  由表1可以看出, 58.7%的燈具的實測功率大于制造商在標記中聲稱的額定功率,說明目前市場上還存在功率低標、誤導消費者的現象。

  1. 光通量

  光通量是考核LED筒燈性能的重要指標,額定光通量越高,說明相同功率下可以獲得更高的光通量。有些廠家為了更好的賣出產品,會標高額定光通量,誤導消費者。

  我們通過計算實際測量光通量與額定光通量之商的百分比來評價實際測量的光通量與額定光通量的偏差,如公式2所示:

  ηL=實測光通量/額定光通量*100% (2)

  為了直觀的了解整個樣本的分布情況,圖2給出了實測光通量與額定光通量的百分比散點圖。

  由圖2可以看出,數據占據了從40%到140%范圍,比較分散,說明實際測量得到的光通量與額定光通量的偏差較大。

  進一步按照實測光通量與額定光通量的百分比限值進行合格性分析,見表2。

  由表2可以更加詳細地看出,測量的初始光通量小于制造商在標記中給出的額定標稱光通量的樣品占57.97%,說明此次LED筒燈的實際測量的光通量大部分都小于標稱的額定光通量,目前市場上的LED筒燈存在高標額定光通量的現象,這樣會造成對消費者的誤導,造成市場的混亂。

3. 燈具效能

  文章前面兩段介紹了LED筒燈功率和光通量的現狀,存在功率低標、光通量高標的現象,這樣的標稱,是為了獲得較高的燈具效能。那么,實際LED筒燈的燈具效能情況到底如何呢?

  我們通過計算實測光通量除以實測功率來計算實際燈具效能,如公式3所示:

  η=實測光通量/實測功率 (lm/w) (3)

  為了更加形象直觀,圖4給出了本次選取的276個筒燈的實測燈具效能的散點圖。

  由圖4可以看出,大部分實際測量的燈具效能數據集中分布在30到80的區間內,大于80的寥寥無幾。

  燈具效能是節能評價參數,在照明產品的能效標準中會規定燈具效能限值,表3給出了不同燈具效能限值下的合格品百分比。

  按照燈具效能大于60要求來考核,合格率僅僅為55.43%,有近一半的LED筒燈燈具不符合要求,燈具效能大于75更是少,只占了5.07%,而燈具效能小于50的燈具占總數的30.8%。如果按照80%的產品合格的要求,那么燈具效能的限定值目前只能定在40lm/W,這顯然與LED照明產品節能高效的特點不一致,LED筒燈的實際測量燈具效能并沒有向制造商宣傳的那樣高,目前的LED筒燈還是良莠不齊,制造技術還有待提高。當然,在日常照明中,光的顏色、顯色性等參數都是使用者應該關注的參數,我們不能因為盲目追求高燈具效能而忽視了照明的舒適性。

  二、評價方法的對比

  LED筒燈的特性與使用傳統光源的燈具有著顯著的區別。傳統光源,比如熒光燈、氣體放電燈等光源,基本上都是生產技術比較成熟、產品規格已經比較完備的產品,光源的各項指標也已經標準化,故而對于使用傳統光源的燈具來講,功率測量和評價也比較容易,在燈具的產品標準中,型式試驗只測量一只燈具即可。而LED是照明行業新興的光源,還處在技術發展階段,LED光源的特性穩定性、各類技術指標還沒有形成成熟技術,沒有形成標準化的產品,包括LED光源的功率、規格型號、光強、燈具效能、輸入電流和電壓等參數的不確定性,給使用LED光源的燈具帶來了測量的不穩定性。因此,傳統的采用一只燈具樣品進行評價的方法明顯不適用于LED筒燈的測量要求。

  國內已經制定了許多地方標準和技術規范,其中有兩個技術規范使用范圍較廣,一是2010年8月國家發展改革委、住房城鄉建設部、交通運輸部三部委聯合發布的《半導體照明產品技術要求(2010版)》(以下簡稱技術要求)。另外一個是2010年12月CQC發布的LED筒燈節能認證技術規范(以下簡稱CQC技術規范)。

  目前,世界上各個標準化組織都在研究LED燈具性能的評價方法。IEC/TC 34D標委會起草的IEC/PAS 62722-2-1(ED1.0) LED燈具性能標準草案中介紹了采用統計學的評價方法,在IEC/TC 34D標委會LUMAX維持工作組2011年6月召開的技術會議上,許多專家又提出用平均值代替統計學的概念。表4列出了以上評價方法。

由上表可以看出,目前存在的幾種評價方法還是有比較大的區別的。首先,國內的兩個技術規范進行比較,CQC技術規范在初始光通量和初始燈具效能的評價方法與發改委技術要求相同,但功率的評價方法卻相差較大。國際上,IEC草案中要求不僅單個樣品要滿足要求,且樣品的平均值也要滿足標準相關要求。當然,對于樣品平均值的考核方法現在還在討論,目前IEC組織對平均值有兩種考核方式,一種是在一定置信概率下的單邊限值不超過規定值,另一種是平均值不超過規定值。而且,IEC草案中對功率規定的是單邊上限,對初始光通量和燈具效能規定的是單邊下限值。當然,還有一個更明顯的區別是IEC草案中規定的限值為制造商的聲稱值,而國內的兩個技術規范規定的是具體的數值,這也與規范的性質有關,CQC技術規范和發改委規范都是以節能產品為挑選目的,而IEC標準草案是以性能標準評價為基礎,兩者目的不同,所以評價指標也不同。下面,我們就按照上述3大類評價方法4種具體方式對樣本數據進行分析,見表4。

  下面,我們對表4的數據進一步分析。

  首先,我們對各個參數的限值確定進行分析。

  由表4可以看出,發改委對功率的要求比較寬松,滿足發改委功率要求的樣品占總數的93.48%。CQC和IEC草案對功率的限值規定了上限,即實測值不超過額定值的10%。按照CQC限值要求,若按照傳統方法采用單只燈評價,合格率為83.70%。若是按照每組6只樣品都要滿足要求,則合格率下降到80.43,要求比傳統的單個樣品評價方法嚴格一些。對于功率來講,一般的生產廠都會將功率低標,以表示自己的產品消耗的功率小,但實際消耗的功率往往超過標稱的功率。CQC和IEC草案規定了實測功率的上限,使實際測量的功率與標稱值差異不能過大,以遏制市場上制造商亂標功率迷惑市場的不法行為,是比較科學合理的。

  對于光通量,發改委和CQC采用的是雙邊限值的方法,IEC草案采用的是單邊下限值方法。一般的制造商都會希望自己的產品功率低,但是光通量高,具有更高的節能特性,因此,往往會將標稱光通量標高,但實際的光通量不一定能大道標稱光通量。因此,需要限定實測光通量的下限值。因此,IEC草案的單邊下限值方法是比較科學的。

  而對于燈具效能,無論是發改委還是CQC技術規范,都無一例外的規定了燈具效能下限值,這也與這兩個規范是節能規范有密切關系,節能規范需要規定燈具效能限值,以篩選出燈具效能高的節能產品。而IEC草案是LED燈具性能標準要求,該標準的使用范圍更加廣泛,因此只規定了與制造商聲稱值為基礎的要求。

  由于目前大部分產品都沒有聲稱燈具效能,因此,本文按照IEC草案的方法假設聲稱的燈具效能值,但號稱高燈具效能的LED筒燈實際上并沒有制造商宣傳的那樣好,燈具效能高于60的樣品僅占56.52%,即使按照CQC要求合格率僅為52.17%。這一數據說明LED照明產品的技術還有待提高。

下面,我們對IEC草案中的平均值評價方法做進一步的詳細分析。

  目前對平均值有兩種評價方案,一是采用置信概率單邊值的方法,一種是平均值限值的方法。以初始光通量為例,見表5。

  滿足條件1)的樣品組數為29組,而滿足條件2)即平均光通量的單側下置信限要求的為31組,說明條件2)要比條件1要求低,只有條件1)即可滿足要求。如果我們提高對平均值的限值要求,例如3)和4)的要求,則合格的組數出現了下降,甚至4)的要求比1)還要嚴酷。當我們制定標準的時候,應該充分考慮到限值要求的合理性和可操作性,并通過一定的數據進行驗證才能最終確定限值。IEC組織目前還在對該方法進行討論,我們也會將研究結果反饋到IEC組織,積極參與IEC草案的討論活動。

  對于平均值限值的評價方法與置信概率單邊值限值的方法大同小異,都是對平均值進行評價。由表4中的數據可以看出,如果平均值限值與單個樣品的限值相同,是沒有存在的意義的。因此本文給出了不同平均值限值下的合格率,為標準的限值選擇提供數據和依據。

  比較IEC草案中方法,從表4可以看出,若每組的單個樣品的限值和平均值限值相同,則單個樣品滿足要求即可,無論是平均值的置信概率單邊值限值還是平均值限值都沒有存在的必要。如果單個樣品限值與平均值限值不同,則需要對不同限值下的合格率進行比較,選擇出最合理的限值。

  三、結論

  本文首先對LED筒燈的功率、光通量和燈具效能等性能參數進行分析,給出了LED筒燈按照不同指標評價的合格率水平,并評價分析目前市場上的LED筒燈產品質量。其次,介紹目前存在的幾種合格性評價標準,并對功率、光通量和燈具效能等參數分別按照這幾種不同評價方法分析其合格水平,比對不同評價方法的差異,為標準選擇評價方法提供技術支撐。

 
 
 
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