LED光源歐盟生態設計法規與我國標準規范的比較

趙志嵩，劉 夢，張 婧

(上海海關機電產品檢測技術中心，上海 200135)

引言

歐盟生態設計法規是一系列關于能源相關產品全生命周期的節能環保類法規，旨在減少能源消耗，降低溫室氣體排放，減輕環境污染。其覆蓋面廣，影響力大，是我國出口企業和相關政府部門重點關注的技術性貿易措施。2019年，歐盟發布了(EU)2019/2020法規，并于2021年2月進行了首次修訂。該法規及其修訂件對包括LED光源在內的照明產品提出了最新的性能及能效要求，可能會對我國LED出口企業產生一定的影響。本文將對涉及LED光源的歐盟生態設計法規進行簡要梳理，并重點分析(EU)2019/2020法規及其修訂件與我國相關國家標準之間的差異。

1 歐盟生態設計法規的發展歷程

2005年，歐盟委員會(European Commission)頒布了關于建立用能產品生態設計要求框架的指令2005/32/EC，該指令被稱為EuP(Energy-using Products)指令。2008年，歐盟委員會頒布了2008/28/EC指令，該指令對EuP指令中的部分內容進行了修訂。然而，EuP指令的適用范圍僅限于用能產品，具有一定的局限性。在生產和生活中有許多產品本身并不直接消耗能源，但卻能夠間接影響到節能效果(例如建筑隔熱材料)。考慮到這一點，歐洲委員會在2009年發布了關于建立能源相關產品生態設計要求框架的指令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。目前該指令仍是現行有效的指令，可被近似認為是具體產品生態設計法規的“上位法”。

在歐盟法律體系中，指令(directive)通常是綱領性、框架性的文件，僅對要實現的結果具備約束力，具體則由每個成員國自行選擇形式和方法以滿足指令的要求。而法規(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，歐洲委員會發布了(EC)244/2009法規，對非定向家用燈提出了具體的生態設計要求，其適用范圍涵蓋了非定向LED光源。這也是歐盟首次對LED光源提出具體的能效限值。2012年，歐盟發布了(EU)1194/2012法規，其內容涵蓋了定向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，歐盟發布了(EU)2019/2020法規，對包括LED光源在內的各類電光源和分離式控制裝置提出了新的生態設計要求。該法規的主體內容于2021年9月1日正式生效，(EC)244/2009和(EU)1194/2012法規同時廢止。2021年2月23日，該法規進行了首次修訂。圖1給出了與LED光源相關的歐盟生態設計指令和法規以及它們之間的相互關系。

圖1 與LED光源相關的歐盟生態設計指令和法規框架Fig.1 Framework of EU eco-design directives & regulations related to LED light sources注1：1994—2009年間的指令或法規的編號命名使用縮寫EC(European Commission)，2010年之后的指令或法規的編號命名均改用縮寫EU(European Union)。注2：一個指令或法規可以對多個指令或法規進行修訂或替代，如(EU)2015/1428既是對(EC)244/2009的第二次修訂，也是對(EU)1194/2012的第一次修訂。

2 LED光源光效要求的差異

在歐盟生態技術法規中，無論是早先的(EC)244/2009、(EU)1194/2012還是最新的(EU)2019/2020，對于LED光源光效的限值規定與我國國家標準GB 30255—2019中的相關規定有著明顯的區別。歐盟法規中的限值往往是以公式的形式給出，涉及的參數較多，計算相對繁瑣。而我國國家標準只是將LED光源劃分成幾個類別，每一類別的限值固定不變，相對歐盟法規更加直觀和清晰。

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

(1)

其中Ponmax是光源允許的最大消耗功率，Φuse是企業聲明的“可用光通量”。對于非定向光源，Φuse等于總光通量。對于光束角≥90°的定向光源，Φuse等于πsr立體角內(對應于角度為120°的圓錐體)的光通量。對于光束角<90°的定向光源，Φuse等于0.586πsr立體角內(對應于90°角的圓錐體)的光通量。C是修正因子，L是終端損耗因子，這兩個因子均與光源的具體種類有關。對于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，對于非定向光源，F=1；對于定向光源，F=0.85。η的含義為“閾值光效”，這是一個與具體光源類型和特征有關的值，對于LED光源，閾值光效等于120 lm/W。需注意這個值并不是光源的實際光效限值。R是顯色指數因子，對于LED光源，R=(CRI+80)/160，計算得到的值需修約至2位小數。

表1 與LED光源相關的修正因子

在我國標準GB 30255—2019中，LED光源也劃分為定向燈和非定向燈兩個大類，標準對這兩類光源的光效限值分別進行了規定。在這一點上，我國標準與歐盟法規的思路是一致的，并且兩者對于定向燈的定義也完全相同[2,3]，但國標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)。與歐盟法規不同的是，國標中將定向燈和非定向燈根據不同的額定相關色溫區間給出了不同的限值，而歐盟法規的計算公式中并不涉及相關色溫。另外，國標還將非定向燈按照不同的配光類型進行劃分，將定向燈按照不同的外形進行劃分，這也是歐盟法規中未涉及的。國標中的具體要求見表2[4]。

表2 國標中LED光源的能效限定值

由于國標與歐盟法規之間的技術差異較大，難以直接對兩者進行比較，因此有必要先假定一些具有典型參數的LED光源，并在此基礎上進行比較分析。假定的四款LED光源見表3。

將表3中光源的實測功率代入Ponmax進行反向計算，可以算出Φuse的值。對于1號光源，計算得Φuse=909 lm。需要特別注意的是，計算得到的Φuse在此刻是一個聲稱值，上述計算結果僅僅意味著1號光源所聲稱的Φuse值不得低于909 lm，而不是實測Φuse值不低于909 lm。如果不了解這一點，可能會誤認為1號光源的實測光效不應低于909/9.8=92.8 lm/W。在(EU)2019/2020法規附件四的表6中給出了實測值與聲明值的允差，Φuse實測值不應低于聲稱值的90%。由于聲稱值一般不會精確到個位數，可將1號光源的Φuse聲稱值向上取整至910 lm，那么Φuse實測值應不低于910×90%=819 lm，1號光源實際應滿足的最低光效為83.6 lm/W。對表3中的其他LED光源按上述思路進行計算，得到的限值見表4第二列。

表3 假定的典型LED光源

表4 國標與歐盟法規對于典型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(EU)2019/2020對于LED光源實際光效的總體要求并不高，僅當非定向自鎮流LED燈的功率較大時，其限值才會明顯高于GB 30255—2019中的限值。而目前我國LED光源生產企業所生產的10 W左右的非定向自鎮流LED燈(主要是LED球泡燈)的光效已經普遍能夠達到90 lm/W以上。因此在光效這一指標上，我國企業要滿足歐盟的市場準入要求還是比較容易的。然而企業應當注意合理確定產品的Φuse聲稱值，特別是對于光束角較大的LED定向燈。因為當光束角較大時，定向燈的總光通量可能會明顯大于Φuse值。如果企業根據產品實測總光通量來確定Φuse聲稱值，該聲稱值可能會明顯偏高，在后續的市場監管中容易出現不合格情況。在條件允許的情況下，建議企業使用分布光度計測出定向燈的Φuse實測值，并在此基礎上確定Φuse聲稱值。

3 LED光源光通維持率要求的差異

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

(2)

其中LM是光源應滿足的光通維持率限值，t0是光源的聲稱壽命。在歐盟法規中，如果計算得到的LM值大于96.0%，則光通維持率限值就取96.0%，而我國國家標準并無此規定。這意味著歐盟對于光通維持率的要求更為寬松。假設一款LED光源的聲稱壽命為3萬小時，那么根據公式計算得到的LM值為96.5%。在這種情況下，我國標準規定的3 000 h光通維持率限值即為96.5%，而歐盟法規中的限值則是96.0%。

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

表5 國標和歐盟法規中的光通維持率測試方法比較

雖然目前尚無公開的實證研究表明表5中的方法差異會在多大程度上影響光通維持率的測試結果，但我們可以使用一些方法從側面進行分析。(EU)2019/2020 中規定的環境溫度允差與兩個國標相比僅有±5 ℃的偏差。根據經驗，由此導致的LED封裝Ts溫度偏差大致也在±5 ℃的區間內。從許多LED封裝的LM80測試報告中可以發現，Ts=55 ℃和Ts=85 ℃條件下的3000 h光通維持率差異并不大(絕大多數情況下小于1.5%)，因此有理由認為歐盟法規和我國國家標準在試驗環境溫度上的差異對于光通維持率的影響非常有限。另外，大多數LM80報告中的1000 h光通維持率非常接近100%，這意味著是否進行1000 h老煉對于光通維持率并沒有明顯的影響。在通斷時間的規定上，(EU)2019/2020和GB/T 24908—2014相對接近，一個通斷周期都是180 min，且斷電時間均不計入試驗時間。通過簡單計算可知，3000 h前者的通斷循環次數為1200次，后者的通斷循環次數為1091次。根據經驗，百余次的通斷次數差異對光通維持率造成的影響可以忽略不計。然而GB/T 29295—2012中LED光源是持續燃點的，與歐盟法規差異較大，該差異對于光通維持率的影響有待進一步研究。

4 LED光源其它技術要求的差異

除了光源光效和光通維持率之外，(EU)2019/2020法規也對光源的功率偏差、顯色指數、色容差、變位系數、存活率和頻閃等性能指標提出了要求。表6給出了(EU)2019/2020法規及其修訂件和我國強制性技術規范CEL 034—2020《室內照明用 LED 產品能源效率標識實施規則》在一些主要性能指標上的差異[2,7,8]。

表6 歐盟法規與我國強制性規范對于LED光源其它技術要求的比較

續表6

從表6中可以看出，歐盟法規中的許多性能指標在我國的強制性規范中是沒有要求的(其中個別指標在我國推薦性標準中有涉及)。其中一些指標相對容易滿足，而另一些對于我國的相關生產企業則是一個挑戰，例如頻閃效應。薛曉曉等[10]在國內市場上隨機購買了80批次自鎮流LED燈進行頻閃效應測試，結果發現23批樣品的SVM值大于1。

5 結語

通過對歐盟法規和我國標準規范的比較可以發現，我國標準規范中已有規定的性能指標總體上并不低于歐盟法規的要求，如光效、光通維持率、顯色指數等。但歐盟法規中有許多技術要求是我國強制性標準或規范中所沒有的，如頻閃效應、可用光通量等。這些要求對于我國的LED光源生產企業可能是一個盲區。相關企業應當予以重視，研究產品可能存在的短板，有針對性地提升產品性能，避免歐盟技術性貿易壁壘對企業造成經濟損失。