解讀UL園藝照明設備標準UL 8800:2017

劉 影，蘇振標，陳志明

(廣州特種機電設備檢測研究院，國家防爆設備質量檢驗檢測中心(廣東)，廣東 廣州 510760)

引言

植物燈是農業生產中蔬菜大棚等場所不可或缺的燈具產品。植物燈不僅可以在天然光不足時提供一般的補充光照，還可以通過光源設計增強特定的光波段的照射強度，滿足植物生長對光譜的不同需要。伴隨著農業科技的發展，植物燈被廣泛地應用到農業種植場所，而植物燈的安全和性能也成為不容忽視的問題。美國于2017年頒布的植物燈標準UL 8800, 對園藝照明設備(包含植物燈及其他相關設備)的安全和性能做了詳細的規定。本文對UL 8800的技術要求進行解析，進而提出國內植物燈的安全評估建議，為消費者、生產企業和檢測機構提供技術參照。

1 標準背景

植物工廠是通過設施內高精度環境控制實現農作物周年連續生產的高效農業系統，是利用智能計算機和電子傳感系統對植物生長的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養液等環境條件進行自動控制，使設施內植物的生長發育不受或很少受自然條件制約的省力型生產方式[1]。因為不受土地的限制，植物工廠成為解決糧食和環境問題的重要研究方向，因為植物工廠內需要用園藝照明設備來提供照明，所以伴隨著植物工廠的興起，植物照明產業近年來呈現爆發式的增長，照明行業的巨頭都致力于植物照明的研究和開發。

為規范和監管大量增加的園藝照明產品的質量，美國于2017年頒布了園藝照明設備標準UL 8800, 對園藝照明設備的安全和性能做了詳細的規定。本標準的制定不僅參照了UL 73、UL 1598等相關的UL標準，還參照了IEC 60529、 IEC 62471、IEC/TR 62471-2等IEC標準在外殼防護方面以及光生物傷害方面的要求，對進行園藝照明設備進行更加全面的評估。

2 標準解析

2.1 標準范圍

本標準適用于根據美國電工法安裝的、在園藝環境中使用的照明設備。本標準覆蓋的設備是用于園藝照明目的，包含：燈具、燈座、線束、插頭和連接器、LED封裝、鎮流器/LED驅動、燈泡以及與充分利用光生長有關的硬件和結構。對于提供寬頻白光的、用于一般照明的燈具，或者最初目的只是為了美觀和維持植物生命的燈具不在本標準的范圍內[2]。

本標準的制定基于UL 1598,園藝照明設備首先要滿足UL 1598的通用要求，然后還需要滿足本標準規定的特殊要求。標準主要從結構、防止對人傷害、性能、標簽與說明書幾個方面對園藝照明設備進行規定。

2.2 結構

關于結構，主要從以下幾個方面提出要求：一般要求、機械結構、電氣結構、LED園藝照明設備、使用熒光燈光源的園藝照明設備、使用HID光源的園藝照明設備以及額定環境。

2.2.1 一般要求

根據標準，園藝照明設備應該能夠按照美國國家電氣法規來安裝，應提供適合于生長環境的電氣絕緣和外殼，并且能夠防止人在正常工作條件下受到光輻射傷害。

對于園藝照明結構，應該基于它們的結構和耐環境條件在室內或室外按預期固定安裝。戶外安裝的結構應該確認它的額定NEMA環境等級。根據標準定義，園藝照明結構是指預制箱、包圍區域、或者優化植物生長的電氣基礎設施的主要子系統。

對于電動園藝照明設備，應該符合UL 73的要求，在評估電動園藝照明設備的光生物安全時，應該在正常范圍工作下，使光源處于最不利的位置。電動園藝照明設備是指用來調節植物或者調節園藝照明光源的高度或方向來優化植物生長的設備。

綜上所述，結構方面的一般求包括：照明設備的安裝和使用應該符合電氣法規；應該有適應其使用環境的外殼保護；不應對人造成光輻射傷害；測試照明設備時應該考慮到其最不利的使用狀況。

國內的園藝照明產品的評估也應該遵循這個原則。不同之處主要有以下幾點：

1)我國是采用國際電工委員會標準(IEC標準)，在電壓、配電系統、接地系統和電線電纜等方面均與美國國家電氣法規不同，我們的燈具設計應該符合國內的電工標準。特別是我國的電壓為220 V，相對于美國120 V的電壓，防觸電保護的要求更高，所有的金屬外殼需要可靠接地，塑料材料應滿足雙重絕緣或者加強絕緣的要求。

2)照明設備首先要滿足國內已有標準的通用要求，然后才滿足植物燈照明產品的特殊要求，例如燈具類產品首先要滿足GB 7000.1—2015的要求，LED燈泡首先要滿足GB 24906—2010的要求，對于電動園藝照明設備，因為GB 7000.1—2015已經包含了帶有馬達的燈具的要求，不需要再另外增加其他要求。如果是其他類產品帶有馬達，那么可以考慮參照GB 7000.1—2015中對于馬達的相關要求。

2.2.2 機械結構

標準要求園藝照明設備應符合UL 1598的相關要求；另外暴露在太陽下或者釋放UV-A、UV-B輻射的光源下的聚合外殼，擋板、反射板和防水罩等機械結構件需要通過UV測試，測試后，這些部件的功能應該不受影響。

測試方法參考UL 1598或者UL 746C。這兩個標準對UV測試的設備相同，方法也基本相同，只是對樣品準備和判定稍有不同，以UL 1598為例，對UV測試的要求如下：

三塊被測材料經受下面條件的UV輻射測試，提供UV輻射的光源可以是碳弧燈或者氙燈。如果使用碳弧燈，需測試720 h；如果使用氙燈，需測試1 000 h[3]。

根據UL 8800,這些部件的功能在測試后應該不受影響，即在UV測試后，樣品應該還能夠符合標準中關于機械強度、防水防塵、防火等方面的要求。

由如上的測試方法可見，UV測試主要是考核聚合物材料在長時間的UV照射造成老化后，會不會影響產品的安全。由于大部分園藝照明設備可能暴露在陽光下，或者光源直接發出UV-A和UV-B紫外光，這個要求將對大部分園藝照明設備適用，這就要求園藝照明設備所用的相關塑料材料必須是耐UV的材料。

如上所描述，UV 測試的要求在美國固定式燈具的標準UL 1598里面就已經提出，UL 8800只是引用了這個測試并給出了合格性評估要求。對于國內的標準體系，燈具和燈泡等標準對戶外使用的產品并沒有UV測試的要求，標準中也沒有其他測試可以覆蓋這個要求。由于園藝照明設備特別的使用條件要求，參照本標準增加UV測試評估還是十分有必要。

2.2.3 電氣結構

除需要符合UL 1598的電氣結構相關要求外，標準主要對聚合物電氣絕緣材料、電源連接、照明設備和遙控電源的連接、軟線以及插頭插座和連接器等幾種電氣結構做了規定。

2.2.3.1 聚合物電氣絕緣材料

聚合物電氣絕緣材料需要進行UV測試，這里的電氣絕緣材料是指導體和導線的絕緣、燈座體，連接器體，插頭體等。

2.2.3.2 電源連接

電源連接需要有保護接地，電源連接方式只能是下面幾種方式之一：

A)按照UL 1598規定的提供連接導管或者其他永久布線方法；

B)有一定長度的電源線；

C)帶有組裝式的NEMA標準的插頭的電源線；

D)帶有一體的 NEMA標準的插頭的電源線；

E)提供專有的接線系統(保護帶)，這種方式應該符合UL 817的要求。

對比UL 1598的電源連接要求，去掉了安裝在接線盒內的導線、扣式連接器、壓力或者螺紋接線端子等方式，增加了專有的接線系統這種連接方式。因為一般的美國固定燈具是通過導線與天花或者墻壁燈標準的安裝盒用徒手就可操作的接線端子進行接線，而園藝照明設備不是用在普通建筑內，沒有標準的安裝盒可用，所以使用安裝在接線盒內的導線顯然不合適。而扣式連接器、壓力或者螺紋接線端子這樣的方式可能需要另外的防護才能保證產品的防塵防水性能，并且人工操作的風險較高，所以也不被接受。

國內燈具的安裝方式和美國有很大不同，根據標準GB 7000.1—2015，國內的一般固定式燈具有燈具連接裝置、接線端子、插頭、連接引線、電源線、與電源導軌連接的接合器、器具插座、安裝耦合器等幾種方式[4]，其中與電源導軌連接的接合器、器具插座、安裝耦合器這幾種方式顯然很難滿足外殼防護的要求，不應該被采用，其他的方式都是需要工具操作的，都是可行的，要注意配有相應的防塵防水保護方式，并有足夠清晰的安裝說明書即可。

關于保護接地，因為美國的產品是沒有雙重絕緣和加強絕緣的說法，一般的美國產品用國內標準的角度看就是基本絕緣的結構，對可觸及的金屬進行接地來起到增加保護的作用。而國內是有兩種做法，除了對金屬進行接地外，也可以做成雙重絕緣或者加強絕緣的結構。

照明設備和遙控電源的連接方式與電源連接的方法相同，也是需要用如上A到E的五種方式，但是連接到遙控電源的插頭和連接器的形狀與連接到電源的插頭和連接器的形狀應該有所不同，以防止誤接。

2.2.3.3 軟線

如2.2.3.2中提到的軟線需要滿足下面的要求：

A)至少是UL 1598定義的硬使用(“hard-usage”)類型；

B)長度不超過4.5 m；

C)線徑不小于18AWG,適合于應用的電流；

D)額定電壓和溫度適合；

E)對于有“潮濕場所”或者 “IP” 防水的照明設備的軟線要耐水，對于暴露在陽光下或者有UV的光源下的照明設備的軟線需要耐UV。

這里的“hard-usage”是美國UL標準對線的類型的劃分，針對這一點， UL電線按照使用環境從有利到惡劣分為“not hard usage”、“hard usage”和“extra hard usage”幾個級別，這些級別對于芯線絕緣和外皮絕緣要求各有不同，每個類型包含一些不同型號的電線， 園藝照明設備需要選用至少是“hard usage”對應的型號。

國內的電線規格和美國的完全不同，對于國內的燈具產品來說，根據現有標準GB 7000.1—2015,可能在戶外使用或者在需要防塵防水環境使用的電線應該選用至少為60245 IEC 57的電線，線徑應該至少為1.0 mm2，溫度和電流有溫升測試確認。這已經考慮了電線的絕緣厚度、線徑、電流、防水、耐UV等UL標準考慮到的各個方面，只是并沒有電線長度的要求。關于電線的長度，因為在UL標準中，接地電阻的測量并不包含電源線，使用過長的電源線可能會使得最終的接地電阻過大而產生安全隱患，所以增加了電線長度的要求來控制。對于國內的標準，因為接地電阻是要把電線長度計算在內的，因此不必再增加電線長度的限制。

2.2.3.4 插頭插座和連接器

插頭插座和連接器首先應該按照自身的額定溫度、環境、電壓和電流等條件來使用；另外它們應該符合相關的插頭插座及連接器的標準；最后，插頭和插座里面的接地連接應該最先接通、最后斷開。

我們國內園藝照明產品也應該遵循上面的原則，只是我們的插頭、插座、連接器的規格與美國不同，按照我們現行標準的規格即可，只是要特別注意防塵防水等級必須滿足整個產品使用環境的需要，或者提供額外的防護結構來滿足整個產品的安全。

2.2.4 LED園藝照明設備

LED園藝照明設備的相關零部件需要符合相關標準的要求，包括：印制電路板要符合UL 796和UL 8750的要求；LED 驅動、LED 矩陣、LED控制模塊以及LED封裝應該符合UL 8750的要求；LED自鎮流燈泡應該符合UL 1993的要求。

對于國內的園藝照明產品，根據現有的標準體系：LED模塊應該符合GB 24819—2009《普通照明用LED模塊 安全要求》；LED 驅動應該符合GB 19510.14—2009《燈的控制裝置 第14部分：LED模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求》以及GB 19510.1—2004《燈的控制裝置 第1部分 一般要求和安全要求》；LED燈泡應該符合GB 24906—2010《普通照明用50V以上自鎮流LED燈安全要求》。

2.2.5 使用HID光源的園藝照明設備

(1)使用HID光源的園藝照明設備應該符合UL 1598中的“HID燈具—補充要求”；使用金鹵燈的HID 照明設備，燈泡需要是ANSI “O” 型,或者燈具提供一個擋板；燈座應該符合UL 496的要求并能提供合適的額定脈沖電壓；燈座的導體絕緣和帶有高壓啟動脈沖的鎮流器的輸出導體絕緣的額定電壓應至少為600 V。

這里的“O” 型是指一種本身自保護類型的金鹵燈，燈泡本身可以防止碎裂，如果使用這種燈泡，需要加警告更換成同樣設計的燈泡，或者燈具設計成只能使用這種燈泡。

對于國內的產品，標準GB 7000.1—2015中已經包含相關的要求。

(2)雙端HID燈泡的端子在換燈泡的時候不應可觸及，或者在能夠觸及之前已經通過聯鎖裝置斷開，或者如果燈泡有接地端子，在燈座旁增加“維護前要斷電，要先插入燈泡”的警告。聯鎖開關需要符合UL 1598的聯鎖開關耐久測試。

在GB 7000.1—2015中，要求是在換燈泡時要雙極自動斷電。另外換燈泡時，是不能觸及帶電件的，加警告的方式是不能接受的。

2.2.6 額定環境

所有園藝照明設備應該適合于在UL 1598中要求的 “DAMP” 或者“WET”的環境安裝使用。在UL 1598中，產品的使用環境有“DRY”、“DAMP” 和 “WET” 三種。“DRY”是指在干燥的環境使用，“DAMP”是指環境中可能會有潮氣，“WET” 是指環境中可能會有水或者其他液體滴落、噴淋或者流動。對于“DAMP” 和 “WET”這兩種環境中使用的燈具，要求使用耐潮氣的絕緣材料；對于“WET”環境使用的燈具，金屬部件需要防腐，另外還要根據安裝形式的不同做淋雨和噴水測試。

對于在可能有塵或者水的環境中使用的植物燈，需要符合IEC 60529中規定的IP測試要求，IP等級至少為IP54，也就是可以防塵防噴水。

對于國內的園藝照明設備來說，使用環境也是一樣的，也應該進行與使用環境相適應的IP測試。不同的是，由于歐洲和國內的很多地區比美國要潮濕，所以國內的標準對于所有的電氣類產品都要求進行潮濕環境的測試，也都有材料防腐蝕的要求。例如標準GB 7000.1—2015中規定，燈具需要放置在濕度為91%～95%、溫度為20～30 ℃的潮態箱內48 h后再進行絕緣電阻和耐壓測試，因此不必再增加潮濕狀態相關要求。

2.3 防止對人的傷害

防止對人的傷害主要是考慮光生物傷害。光生物傷害是指光源發出的光輻射功率過大會對人眼或者皮膚造成傷害，光譜中的不同波段的光會對人的眼睛和皮膚產生不同的影響。標準規定，除了使用用戶可更換光源的植物燈以外，其他植物燈均需根據IEC 62471 評估光生物傷害級別，并且根據IEC 62471—2的要求針對不同的傷害級別做相應的警告標簽放在燈具上及說明書里。評估的波長范圍為280～1 400 nm，測試的距離為離光源20 cm處。

園藝照明設備的危險等級只能接受無危險等級、危險等級1和危險等級2，危險等級3是不能接受的。

我國的燈具標準GB 7000.1—2015已經有光生物傷害的相關要求，然而對照GB 7000.1—2015和UL 8800的光生物傷害部分，有以下幾點不同：

(1)測試波段不同。GB 7000.1—2015的光生物傷害分為紫外輻射和視網膜藍光危害兩個部分。這只是IEC 62471-1測試中280 ～1 400 nm波段范圍其中的兩個波段；UL 8800的光生物傷害需要測試280～1 400 nm波段范圍的全部危害級別。

(2)范圍不同。GB 7000.1—2015中，對于紫外輻射，需要考慮的是鹵鎢燈和金鹵燈。標準指出，對鹵鎢燈和大部分金鹵燈，玻璃防護屏可以降低紫外輻射水平到安全值以內，不需要額外的測試。對于藍光傷害，需要考慮的光源是LED、金鹵燈和特殊的鹵鎢燈。UL 8800規定只要是使用用戶不可更換的光源，就需要測試。

(3)判定標準不同。GB 7000.1—2015不接受藍光危險級別大于二類的光源，并且如果燈具被劃分為二類，需要按要求增加相關的使用距離警告；UL 8800不接受整體組別為大于二類的光源，燈具需要按照IEC 62471-2給出所有傷害的警告標簽。

由此可見，園藝照明設備的標準制定考慮了其使用的特殊性。普通燈具是人的日常生活和工作的場所中經常使用的，人有很大機會長期暴露在燈光照射下，照明燈具的輻射過高會很大幾率傷害人眼和皮膚，因此，必須規定人與光源的安全距離。另外，照明所用的光源絕大多數是白光，根據經驗，對于白光的光源，紫外和藍光的風險較大，所以標準只對這兩項提出要求。園藝照明設備有著不同的情況：園藝照明設備是在農業生產場所給植物補光的，在工作時，人是完全可以避免長時間收到燈光照射的，因此輻射風險較小；另外園藝照明設備不是白光，可能出現的輻射波段還不確定，因此需要進行280～1 400 nm整個波段的測量。根據以上的分析，對于國內園藝照明設備的評估，參照UL 8800的要求，測試280～1 400 nm整個波段，并按照不同的傷害級別標明適當的標簽是比較合適的。

2.4 性能

根據UL 8800標準，在性能方面增加了對燈具產品正常溫度測試的測試條件的補充要求。在正常溫度測試中，燈具應按照說明書中能夠產生最高發熱的條件安裝。應該考慮安裝環境的最大建議溫度、臨近燈具的最小建議距離、墻/天花等可燃表面的最小安裝距離。

那么需要注意的有兩個方面：一是要在安裝環境的最大建議溫度下測試。由于不同植物對溫度的需求不同，同一植物的各個生長階段對溫度的需求也不一樣，因此植物燈的使用環境可能面臨高達40 ℃以上的高溫，這就要求植物燈的設計和測試都要考慮在高溫下的安全性；二是要考慮和臨近燈具的最小距離，也就是要考慮臨近燈具的熱影響，這就要求在測試時可能要使用多個燈具來模擬實際的狀況，準確地測量實際使用時的發熱狀況。

UL 8800標準中對于性能只是如上的安全性能要求，對于光性能沒有考慮。而園藝照明設備之所以能夠應用于促進植物生長，是由于其光譜特性。對于園藝照明產品來說，只是能正常工作是不夠的，因為照明并不是它的主要作用，園藝照明設備必須能夠發出適合植物生長的光譜才能實現它的主要功能。對于普通照明燈具，如果照明性能不好(例如不夠亮)是顯而易見的，它的影響也不是很大；但是如果使用的園藝照明設備光譜不對，不僅不能促進植物生長，反而會起到相反的作用，甚至殺死植物，這將給消費者帶來重大的經濟損失。在消費者選擇園藝照明設備的時候，既需要了解所種植的植物的光譜需求，也需要了解園藝照明設備的準確的光譜組成。而僅憑肉眼看光源的顏色和亮度是沒辦法確定光譜組成的，必須要通過測試才能得出。因此，在評估國內園藝照明設備時，有必要測量光譜數據，并把最后的關鍵數據放在說明書里。對于顏色可調的植物照明設備，可以給出每個常用的顏色模式的光譜數據以及調節方法。

2.5 標簽和說明書

由于園藝照明設備特殊的結構特點和特殊的安裝使用環境，UL 8800標準對標簽和說明書增加了以下幾項要求：

(1)標簽需標明燈具所用光源的具體信息，例如功率、類型、制造商等。

(2)使用雙端HID燈泡的燈具，應標明相應的防觸電的警告。

(3)應該有符合IEC 62471-2的光生物傷害標簽。

(4)說明書應該詳細說明安裝所需信息：

1)與臨近燈具或者與周圍的可燃材料之間的距離；

2)關于安裝的環境溫度及其控制的說明；

3)燈具連接電源和斷開電源的說明；

4)具體安裝的說明，保證電線不通過墻壁、地面、天花或者其他建筑結構隱藏或者伸長；不在懸掛的天花板或者屋頂的上面；不受拉力和物理傷害；整個長度可見；并且按照額定電流能力使用；

5)重復光生物安全的警告和標識；

6)打算使用的環境的說明(例如潮濕環境)，以及IP等級。

國內的園藝照明設備也可以參照如上要求標明相關信息。

3 總結

本文從標準范圍、結構、防止對人的傷害、性能、標簽和說明書等幾個方面分析了標準UL 8800：2017的技術要求，進而提出了評估國內園藝照明設備的一些建議，希望能對生產者設計產品、消費者選購產品以及實驗室對產品的檢測提供參照。