美国能源之星LM-80

美国生产的节能灯
美国能源之星LM-80是一款节能灯。
项目背景
在一片节能照明的呼唤声中，各国开始针对固态照明领域制订相关的标准，经过近一年的草案修订后，美国能源之星固态照明灯具标准于2007年9月发布最终版。在各国积极推广节能政策，而照明占全球总用电量近五分之一的情形下，LED发光二极管是最受期待可达成节能照明的最佳方式之一，随技术的快速发展，半导体照明产业的商机也指日可待。
照明灯具标准
能源之星对固态照明灯具制订的标准，除依据符合现行照明工业参考标准和测试程序外，同时也由相关的照明工业组织开发新增或修订的标准和测试程序。本标准适用的范围为一般照明使用之固态照明产品，其中包括具有显著照明功能的装饰用产品，产品若要符合能源之星资格，则须满足其标准规定之所有规范，其同时规范住宅及商用产品，且只适用于被设计连接至电力网(Electric Power Grid)之产品。
除此之外，指示用的固态照明产品，如交通灯和出口标志、专供装饰之产品，以及被用于改造现有设备的固态照明产品都不适用于此标准。在本标准中，固态照明产品被分为A类产品(Category A)和B类产品(Category B)，该标准对各产品的规范中，一般规定的部分均适用于A类和B类产品。
表1 固态照明灯具的相关色温范围列表
标称相关色温(K)	色温	(K)
2,700	2,725±145
3,000	3,045±175
3,500	3,465±245
4,000	3,985±275
4,500	4,503±243
5,000	5,028±283
5,700	5,665±355
6,500	6,530±510
表2　A类产品个别规范即效能目标一览表
项目	厨房橱柜照明	架装橱柜工作灯	便携式案	头工作灯	嵌灯	户外	阳台	壁灯	户外	台阶灯	户外	走道灯
最小光	输出	灯具应提供每直线英尺最低125流明（初始值）。该光输出的要求是按备注公式计算。	灯具应提供每直线英尺最低125流明（初始值）。	灯具应提供最低限度的200流明（初始值）。	孔径≤4.5英寸：345流明（初始值）；孔径>4.5英寸：575	流明	（初始值）	灯具应提供最低限度的150流明（初始值）。	灯具应提供最低限度的50流明（初始值）。	灯具应提供最低限度的100	流明	（初始值）。
区间	流明	密度	要求	灯具应在0～60°的区间内提供至少总流明值之60%（初始值），在60～90°区间至少有总流明值之25%（初始值）（双边对称）。	灯具应在0～60°的区间内提供至少总流明值之60%（初始值），在60～90°区间至少有总流明值之25%（初始值）（双边对称）。	灯具应在0～60°的区间内提供至少总流明值之85%（初始值）（双边对称）。	灯具应在0～60°的区间内提供至少总流明值之75%（初始值）（双边对称）。	灯具应在0～90°的区间内提供至少总流明值之85%（初始值）（双边对称）。	灯具应在0～90°的区间内提供至少总流明值之85%（初始值）（双边对称）。	灯具应在0～90°的区间内提供至少总	流明值	之85%（初始值）（双边对称）。
最低	灯具	效能	24lm/W	29lm/W	29lm/W	35lm/W	24lm/W	20lm/W	25lm/W
容许	相关	色温	2,700K、3,000K和3,500K	2,700K、3,000K、3,500K、4,000K、4,500K和5,000K	2,700K、3,000K、3,500K、4,000K、4,500K和5,000K	宅用：2,700K、3,000K和3,500K。	商业用：没有限制。	--	--	--
表3　能源之星固态灯具标准对各项性能特征规范之参考标准表
性能特征	量测方法参考标准
光输出	IESNA LM-79-XX*
输入功率	ANSI C82.2
功率因子	ANSI C82.77
流明	衰退(L70)	IESNA LM-80-XX*
演色性	指数	ANSI C78.377A*	IESNA LM-78-XX*	CIE 13.3-1995	IESNA LM-58
色度与	相关色温	IESNA LM-79-XX*	CIE 15:2004	IESNA LM-58	IESNA LM-16
色空间均匀度与色彩维持	IESNA LM-79-XX*	CIE 15:2004	IESNA LM-58	IESNA LM-16
电源供应器	外壳最高量测或制造商指定测量点温度	UL1598
噪音	声音评定等级A：	电源供应器	不超过24分贝
便携式灯具安全性	ANSI/UL 153
接线式灯具安全性	UL1598
一般规定适用所有灯具
能源之星在色度方面，要求灯具的相关色温(CCT)必须包含其指定八个相关色温值的任一个，且范围落于附件中于CIE 1931色度图上定义的七阶色度四边形(7-step Chromaticity Quadrangles)内(见表1)。其所定义的八个色度四边形，除与能源之星日光灯规范现行的六个七阶麦克亚当椭圆(MacAdam Ellipses)重合外，另外增加4500K及5700K可于固态照明灯具上应用的标称(Nominal)相关色温值。
此外，能源之星也要求灯具在不同方向的色空间均匀度(Color Spatial Uniformity)，如视角的改变的色度变化，必须位于从CIE 1976(u',v')色度图的加权平均点(Weighted Average Point)之0.004以内。而产品寿命期间的色度变化在CIE 1976(u',v')色度图上应于0.007内，其对于室内灯具的演色性指数(Color Rendering Index)也须在75以上。
至于其它方面，灯具在关闭状态(Off-state Power)时不得消耗功率。但用于居住、运动、光控或具有外部控制及智慧的可独立寻址灯具为例外，其在关闭状态时的电消耗不得超过0.5瓦。能源之星也要求制造商提供从购买日起3年内修理或更换损坏零件，包括光源及电源供应器的保固，对于住宅产品而言，其书面保固必须于装运时附于灯具包装内，而灯具制造商也应遵守组件制造商对热管理的指引、认证计划和测试程序。
对模块和数组之要求
本标准的最终版比起其先前提出之草案版本，降低对于住宅室内流明衰退(Lumen Depreciation)的要求，以承认住宅室内应用较短的操作周期。这一降低会允许更多的产品以较低的成本，且依然很长的使用寿命进入市场，以此估计，住宅室内灯具在每天操作3个小时的情况下，可被预期维持70%的初始光输出达23年。
室外灯具之要求
关于住宅自动日光控制，能源之星规定附加于建筑物上的住宅灯具及其耗损功率大于13瓦的灯具，必须包含一个自动积分光传感器(Integral Photo-sensor)以防止其在白天操作。此外，控制器必须在手动切换或测试操作24小时内自动重新启动。
电源供应器之要求
电源供应器的功率因子(Power Factor)在住宅用须大于0.70，商用则须大于0.90。最低操作温度方面，规定户外应用灯具之电源供应器应具有-20℃或更低的最低操作温度。在实时(In-situ)操作时，量测之温度值不应超过电源供应器制造商的最高建议外壳温度或指定测量点温度。此外，能源之星对于输出操作频率、电磁和无线电频率干扰、噪音及瞬时电流保护等项目，也定出个别的规范说明。
封装之要求
有关控制装置和应用不兼容性的部分，文件须写明任何已知的不兼容性，包含光控制(Photo-controls)、调光器(Dimmers)或定时装置(Timing Devices)。除一般规定外，能源之星还分别对于A类与B类产品针对相关色温、光视效能(Luminous Efficacy)、区域流明密度(Zonal Lumen Density)、最小光输出及其它的相关规定作出定义，并分类标示、个别列出以要求达到规定之值，本文将依标准分类之项目列举说明：
A类产品
能源之星对非固态照明的住宅灯具的标准，是以在25℃环境下，测量之电灯系统的光输出除以输入功率作为系统效能，荧光灯的测试程序即支持此方式。然而，本标准利用灯具效能，建立固态照明灯具性能的准则：
灯具效能=灯具的光输出量（包括灯具效率与热效应）/灯具输入效率
而能源之星在固态照明产品中所要求的程序是根据灯具效能，而不是系统效能的原因包括发光二极管一般都整合在灯具中，而准确测量脱离灯具的发光二极管光源往往不可能，故无法轻易移除而不改变光源的表现。发光二极管的性能明显受到温度上升的影响，其产生的热通常经由外部散热鳍片(Heat Sink)移除，而这装置可设计在灯具上，将光源从散热鳍片分离可能会明显影响测量结果，且没有标准或测试程序衡量发光二极管的系统效能。
然而，标准组织正在制订发光二极管灯具的光度测试程序，此项测试程序以草案形式，并于2007年第四季度公布最终版标准。灯具效能可提供更实际的能源效率的信息，因考虑电源供应器、散热和灯具的损失，从而更满足买家寻求在最低能源输入下能有最大的光输出。针对不同种类的固态照明产品，能源之星分别作出了不同的规范，如表2所示。
B类产品
B类产品主要是宣告美国能源部的目标，本质上为大幅增加灯具未来的性能需求，并鼓励持续改善固态照明灯具的技术选择和灯具设计，B类产品在普遍照明的宽广应用上将更合适，而不局限于A类产品的应用上。
在B类产品中，能源之星设定的最低灯具效能指标是为能达到当今采用传统光源最具效率之照明系统。举例来说，普遍接受之高性能T8日光灯和电子安定器(Electronic Ballast Systems)系统的额定值约为100lm/W，而高质量灯具的效率约为七成，所以灯具效能大约会在70lm/W左右。
量测标准与文件
由于LED所使用的材料、驱动方式、系统型态、控制及光度特性上和传统光源显著不同，因此须建立新的工业量测标准。美国能源部为加速推广固态照明产品，2006年3月召开工作小组会议，其中包括几个重要的标准制定的组织，如国际电工委员会(IEC)、国际照明委员会(CIE)、北美照明学会(IESNA)、美国国家标准组织(ANSI)、美国电气用品生产者协会(NEMA)、美国国家标准与技术研究院(NIST)、加拿大标准协会(CSA)和优力安全认证公司(UL)等。该会议回顾发光二极管标准和测试方法发展的需要，并订定固态照明标准的发展时间表，能源之星则是此项工作的一个目标点。与固态照明相关的发光二极管的性能标准和试验方法将会由美国国家标准组织和北美照明学会讨论后制订，其项目包含IESNA PR-16术语定义、IESNA LM-80寿命测试方法、IESNA LM-79电气和光度测量、ANSI C78-377A色度学、UL8750发光二极管安规标准。
除IESNA PR-16与UL8750已经推出外，ANSI/IESNA工作小组在2007年底推出其它标准。表3所示为能源之星固态灯具标准对于各项性能特征所规范的参考标准，其中带星号者为尚在制订中之标准。此外，能源之星固态照明灯具标准还规定认证程序、产品变异、流明衰退的认证及品保程序的要求。
在正常情况下，能源之星固态照明灯具标准的生效日订于公布最终版标准后270天，但也有延迟生效的可能，因LM-80流明衰退测试程序尚未正式成为标准，而该测试程序将需要约9个月以完成寿命检验。因此，这些标准试验申请认证资格的产品须于2008年1月即开始测试，这是为使这些产品在生效日期前完成测试。因此，若LM-80测试程序在2008年1月1日无法完成，本标准的生效日期可能被迫延迟。由于发光二极管技术的急速发展，当发光二极管的性能和功效改善后，将添加新应用，因此标准将定期修订。
由于能源之星认证的成功，除美国本土外，其在国际间的公信力也不断提升，能源之星将固态照明纳入照明标准内，对发光二极管产业进军照明市场等于是一剂强心针，再加上其配合固态照明灯具制订的量测标准，势必对于各国在发光二极管照明标准的制定上带来重大的影响。