LED筒灯关键技术参数评价
杨樾 施晓红上海市质量监督检验技术研究院，国家电光源质量监督检验中心（上海），国家灯具质量监督检验中心，上海时代之光照明电器检测有限公司
摘 要：LED筒灯以其节能的特点广泛应用在日常照明中。最小能源消耗和最大光输出以获得高灯具效能是产品设计的主要目标，更是表征产品节能与否的关键技术参数。考核产品标注的功率和光输出与实际消耗功率和实际光输出的一致性，并同时研究对实际灯具效能的影响。有助于人们关注参数标识的准确性，引导企业准确声称产品的耗能指标、使用户了解灯具的真实技术参数。本文通过几种合格性评价标准，对一组LED筒灯的功率和光输出参数的合格水平进行分析，给出了目前功率和光输出等关系到能源利用的关键技术参数的合格率水平，并提示我们准确标记LED灯具消耗的功率和光输出才能满足将来更高的评价标准。
关键词：功率，光输出，能效，LED筒灯， 统计
Status analysis and evaluation of technical criteria on LED Downlights
Yang Yue, Shi Xiaohong
Abstract: LED downlight is used widely in general lighting because of its less energy conservation. Less consumed power and more light output is the main aim of lighting product design and the critical parameters to indicate the product lumen efficiency characters. Comparing the consistency between the declared values and the actual values on power, light output, and research the relevant influence on product efficiency, and it is helpful for us pay more attention to the accuracy of marked lighting facts, lead manufactures to declare the product characters correctly, and make it possible for user to know the real product facts. By introducing several evaluate criteria on power, analyzing light output and the efficiency of a set of LED downlights, the paper give the quality level of key characters relating to energy efficiency on power, light output and the efficiency of LED downlight, and it prompts us it is important to mark the LED lighting power consumption and light output accurately, so as to meet the higher evaluation criteria in the future.
Key words: Power, Light output, energy efficiency, LED Downlights, statistics
能源在国民经济中具有特别重要的战略地位，在中国社会注重节能减排的大环境下，LED灯具以其节能的特点广泛应用在日常照明中。但目前还没有国家性能标准对功率和光通量等关键参数规定评价方法，导致市场上鱼龙混杂，给消费者在选购节能产品时造成很大困扰。各个地方团体也在起草LED照明产品标准，但目前国际和国内尚无系统性的LED灯具性能要求标准，对LED照明产品的关键技术参数，比如功率、光通量、灯具效能等的评价方法也是五花八门。本文主要通过276个LED筒灯的测量数据，分析目前LED筒灯在功率、光通量、灯具效能等影响LED筒灯主要节能指标的质量水平，同时对国际和国内流行的评价方法进行比对评估，寻找合理的判定原则，为性能标准的制定提供有力的技术支撑。
一、目前LED筒灯的质量水平分析
目前市场上，制造商在灯具的标记中一般都会标出功率和光通量，而灯具效能指标还没有在标记中标出。本文重点分析功率、光通量和灯具效能指标，明晰市场上的LED灯具产品质量情况。
本文选取了46批次、每批次6只共276只LED筒灯作为分析样本，功率覆盖了 3.3W到35W；直径范围为3cm到19cm。测量这276只筒灯的功率、光通量、和灯具效能等技术参数。
1. 功率
功率是评价产品能耗的重要参数，灯具实际的消耗功率与额定功率会有一定的偏离，该偏离描述了实测功率与标称功率一致性的好坏，一致性就作为评价产品质量的考核指标。我们通过计算实测功率与额定功率之商的百分比来评价实测功率与额定功率的偏差，如公式1所示：
ηP＝实测功率/标称功率*100％ (1)
为了直观的了解整个样本的分布情况，将276个灯具数据用散点图直观的表示，见图1。
图1 实测功率与标称功率一致性百分比散点图
由图1可以看出，大部分数据分布在90%到120%的区间内。按照实际功率与额定功率百分比限值进行合格性分析，见表1。
表1 实测功率与标称功率一致性在不同限值下的合格情况表
由表1可以看出， 58.7％的灯具的实测功率大于制造商在标记中声称的额定功率，说明目前市场上还存在功率低标、误导消费者的现象。
2. 光通量
光通量是考核LED筒灯性能的重要指标,额定光通量越高，说明相同功率下可以获得更高的光通量。有些厂家为了更好的卖出产品，会标高额定光通量，误导消费者。
我们通过计算实际测量光通量与额定光通量之商的百分比来评价实际测量的光通量与额定光通量的偏差，如公式2所示：
ηL＝实测光通量/额定光通量*100% (2)
为了直观的了解整个样本的分布情况，图2给出了实测光通量与额定光通量的百分比散点图。
图2 实测光通量与标称光通量之比的散点图
由图2可以看出，数据占据了从40％到140％范围，比较分散，说明实际测量得到的光通量与额定光通量的偏差较大。
进一步按照实测光通量与额定光通量的百分比限值进行合格性分析，见表2。
表2不同限值下初始光通量的合格率
由表2可以更加详细地看出，测量的初始光通量小于制造商在标记中给出的额定标称光通量的样品占57.97%，说明此次LED筒灯的实际测量的光通量大部分都小于标称的额定光通量，目前市场上的LED筒灯存在高标额定光通量的现象，这样会造成对消费者的误导，造成市场的混乱。
1. 灯具效能
文章前面两段介绍了LED筒灯功率和光通量的现状，存在功率低标、光通量高标的现象，这样的标称，是为了获得较高的灯具效能。那么，实际LED筒灯的灯具效能情况到底如何呢？
我们通过计算实测光通量除以实测功率来计算实际灯具效能，如公式3所示：
η＝实测光通量/实测功率 (lm/w) (3)
为了更加形象直观，图4给出了本次选取的276个筒灯的实测灯具效能的散点图。
图4 实测灯具效能的散点分布图
由图4可以看出，大部分实际测量的灯具效能数据集中分布在30到80的区间内，大于80的寥寥无几。
灯具效能是节能评价参数，在照明产品的能效标准中会规定灯具效能限值，表3给出了不同灯具效能限值下的合格品百分比。
表3实测灯具效能在不同限值下的合格率
按照灯具效能大于60要求来考核，合格率仅仅为55.43%，有近一半的LED筒灯灯具不符合要求，灯具效能大于75更是少，只占了5.07%，而灯具效能小于50的灯具占总数的30.8%。如果按照80%的产品合格的要求，那么灯具效能的限定值目前只能定在40lm/W，这显然与LED照明产品节能高效的特点不一致，LED筒灯的实际测量灯具效能并没有向制造商宣传的那样高，目前的LED筒灯还是良莠不齐，制造技术还有待提高。当然，在日常照明中，光的颜色、显色性等参数都是使用者应该关注的参数，我们不能因为盲目追求高灯具效能而忽视了照明的舒适性。
二、评价方法的对比
LED筒灯的特性与使用传统光源的灯具有着显著的区别。传统光源，比如荧光灯、气体放电灯等光源，基本上都是生产技术比较成熟、产品规格已经比较完备的产品，光源的各项指标也已经标准化，故而对于使用传统光源的灯具来讲，功率测量和评价也比较容易，在灯具的产品标准中，型式试验只测量一只灯具即可。而LED是照明行业新兴的光源，还处在技术发展阶段，LED光源的特性稳定性、各类技术指标还没有形成成熟技术，没有形成标准化的产品，包括LED光源的功率、规格型号、光强、灯具效能、输入电流和电压等参数的不确定性，给使用LED光源的灯具带来了测量的不稳定性。因此，传统的采用一只灯具样品进行评价的方法明显不适用于LED筒灯的测量要求。
国内已经制定了许多地方标准和技术规范，其中有两个技术规范使用范围较广，一是2010年8月国家发展改革委、住房城乡建设部、交通运输部三部委联合发布的《半导体照明产品技术要求（2010版）》（以下简称技术要求）。另外一个是2010年12月CQC发布的LED筒灯节能认证技术规范（以下简称CQC技术规范）。
目前，世界上各个标准化组织都在研究LED灯具性能的评价方法。IEC/TC 34D标委会起草的IEC/PAS 62722-2-1(ED1.0) LED灯具性能标准草案中介绍了采用统计学的评价方法，在IEC/TC 34D标委会LUMAX维持工作组2011年6月召开的技术会议上，许多专家又提出用平均值代替统计学的概念。表4列出了以上评价方法。
表4 不同评价方法列表
由上表可以看出，目前存在的几种评价方法还是有比较大的区别的。首先，国内的两个技术规范进行比较，CQC技术规范在初始光通量和初始灯具效能的评价方法与发改委技术要求相同，但功率的评价方法却相差较大。国际上，IEC草案中要求不仅单个样品要满足要求，且样品的平均值也要满足标准相关要求。当然，对于样品平均值的考核方法现在还在讨论，目前IEC组织对平均值有两种考核方式，一种是在一定置信概率下的单边限值不超过规定值，另一种是平均值不超过规定值。而且，IEC草案中对功率规定的是单边上限，对初始光通量和灯具效能规定的是单边下限值。当然，还有一个更明显的区别是IEC草案中规定的限值为制造商的声称值，而国内的两个技术规范规定的是具体的数值，这也与规范的性质有关，CQC技术规范和发改委规范都是以节能产品为挑选目的，而IEC标准草案是以性能标准评价为基础，两者目的不同，所以评价指标也不同。下面，我们就按照上述3大类评价方法4种具体方式对样本数据进行分析，见表4。
表4
下面，我们对表4的数据进一步分析。
首先，我们对各个参数的限值确定进行分析。
由表4可以看出，发改委对功率的要求比较宽松，满足发改委功率要求的样品占总数的93.48%。CQC和IEC草案对功率的限值规定了上限，即实测值不超过额定值的10%。按照CQC限值要求，若按照传统方法采用单只灯评价，合格率为83.70%。若是按照每组6只样品都要满足要求，则合格率下降到80.43，要求比传统的单个样品评价方法严格一些。对于功率来讲，一般的生产厂都会将功率低标，以表示自己的产品消耗的功率小，但实际消耗的功率往往超过标称的功率。CQC和IEC草案规定了实测功率的上限，使实际测量的功率与标称值差异不能过大，以遏制市场上制造商乱标功率迷惑市场的不法行为，是比较科学合理的。
对于光通量，发改委和CQC采用的是双边限值的方法，IEC草案采用的是单边下限值方法。一般的制造商都会希望自己的产品功率低，但是光通量高，具有更高的节能特性，因此，往往会将标称光通量标高，但实际的光通量不一定能大道标称光通量。因此，需要限定实测光通量的下限值。因此，IEC草案的单边下限值方法是比较科学的。
而对于灯具效能，无论是发改委还是CQC技术规范，都无一例外的规定了灯具效能下限值，这也与这两个规范是节能规范有密切关系，节能规范需要规定灯具效能限值，以筛选出灯具效能高的节能产品。而IEC草案是LED灯具性能标准要求，该标准的使用范围更加广泛，因此只规定了与制造商声称值为基础的要求。
由于目前大部分产品都没有声称灯具效能，因此，本文按照IEC草案的方法假设声称的灯具效能值，但号称高灯具效能的LED筒灯实际上并没有制造商宣传的那样好，灯具效能高于60的样品仅占56.52%，即使按照CQC要求合格率仅为52.17%。这一数据说明LED照明产品的技术还有待提高。
下面，我们对IEC草案中的平均值评价方法做进一步的详细分析。
目前对平均值有两种评价方案，一是采用置信概率单边值的方法，一种是平均值限值的方法。以初始光通量为例，见表5。
表5 光通量按照IEC草案要求的合格率一览表
满足条件1)的样品组数为29组，而满足条件2）即平均光通量的单侧下置信限要求的为31组，说明条件2）要比条件1要求低，只有条件1)即可满足要求。如果我们提高对平均值的限值要求，例如3）和4）的要求，则合格的组数出现了下降，甚至4）的要求比1）还要严酷。当我们制定标准的时候，应该充分考虑到限值要求的合理性和可操作性，并通过一定的数据进行验证才能最终确定限值。IEC组织目前还在对该方法进行讨论，我们也会将研究结果反馈到IEC组织，积极参与IEC草案的讨论活动。
对于平均值限值的评价方法与置信概率单边值限值的方法大同小异，都是对平均值进行评价。由表4中的数据可以看出，如果平均值限值与单个样品的限值相同，是没有存在的意义的。因此本文给出了不同平均值限值下的合格率，为标准的限值选择提供数据和依据。
比较IEC草案中方法，从表4可以看出，若每组的单个样品的限值和平均值限值相同，则单个样品满足要求即可，无论是平均值的置信概率单边值限值还是平均值限值都没有存在的必要。如果单个样品限值与平均值限值不同，则需要对不同限值下的合格率进行比较，选择出最合理的限值。
三、结论
本文首先对LED筒灯的功率、光通量和灯具效能等性能参数进行分析，给出了LED筒灯按照不同指标评价的合格率水平,并评价分析目前市场上的LED筒灯产品质量。其次，介绍目前存在的几种合格性评价标准，并对功率、光通量和灯具效能等参数分别按照这几种不同评价方法分析其合格水平，比对不同评价方法的差异，为标准选择评价方法提供技术支撑。
参考文献：
1. 起草中LED灯具性能的IEC规范的现状 陈超中 施晓红 李为军 杨樾 《光源与照明》2011年第1期
