張 璐

(國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 (上海)，國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114)

1 引言

LED筒燈是應(yīng)用新型LED照明光源在傳統(tǒng)筒燈基礎(chǔ)上改良開發(fā)的產(chǎn)品，比傳統(tǒng)筒燈更加節(jié)能、低碳、長壽，而且可設(shè)計成更加美觀輕巧，光源不外露，無眩光，人的視覺效果柔和、均勻。LED筒燈屬于定向式照明燈具，只有它的對立面才能受光，光束角屬于聚光類，光線較集中，明暗對比強烈。越來越多的辦公室甚至家庭都使用上了LED筒燈照明。LED筒燈對于室內(nèi)照明的適應(yīng)性已越來越被人們知道，并越來越受到人們的歡迎。筒燈一般應(yīng)用于商場、辦公室、工廠、醫(yī)院等室內(nèi)照明，安裝簡單方便為人們所喜愛。

本文通過LED筒燈的自身的特點來解讀GB/T 29294—2012《LED筒燈性能要求》的相關(guān)條款要求。

2 使用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以LED為光源、電源電壓不超過250V的一般照明用LED筒燈的性能要求。

一般照明是指為照亮某個場所而設(shè)置的均勻照明。是充滿房間的非定向照明，為房屋空間中所有活動創(chuàng)造一個通用的基礎(chǔ)照明。

需要注意的是，不是所有類型的LED筒燈本標(biāo)準(zhǔn)都適用。本標(biāo)準(zhǔn)不包括使用一體化自鎮(zhèn)流的LED燈的筒燈。這句話是指LED筒燈中的LED模塊與LED控制裝置是一體化的或LED控制裝置分離式的筒燈。對LED驅(qū)動電源未安裝在燈具內(nèi)，此類產(chǎn)品可以更換使用其他類型的一體化自鎮(zhèn)流光源的筒燈不屬于本標(biāo)準(zhǔn)的范圍。

3 本標(biāo)準(zhǔn)適用的LED筒燈類型

(1)按照出光口面的幾何形狀分類，有圓形或其他形狀。一般筒燈的出光口面以圓形居多，特別是嵌入式LED筒燈。

(2)標(biāo)準(zhǔn)按照安裝方式將LED筒燈分為兩類:嵌入式LED筒燈，燈具的全部或部分嵌入到天花板內(nèi)安裝;固定式LED筒燈，燈具在天花板表面吸頂安裝或懸掛安裝。

(3)本標(biāo)準(zhǔn)適用額定光通量是300lm、400lm、600lm、800lm、1100lm、1500lm、2000lm、2500lm、3000lm、4000lm或5000lm的LED筒燈。也就是說，制造商在銘牌標(biāo)志上的額定光通量只能是以上中的一個。

我們都知道，在節(jié)能環(huán)保的要求之下，一般的制造商在制造燈具的時候，都會追求更高的節(jié)能特性，節(jié)能特性最普遍最直觀的考核標(biāo)準(zhǔn)之一，也就是燈具的效能。制造商都希望自己的產(chǎn)品功率低，光通量高。這樣的話，勢必會出現(xiàn)廠家將功率標(biāo)低，表示產(chǎn)品消耗的功率小，但是實際上不然，消耗的功率很有可能比標(biāo)稱的高，因此，本標(biāo)準(zhǔn)要求LED筒燈的輸入功率不應(yīng)超過額定值的1.1倍。采用了單邊上限值的方法，這樣對廠商進行限制，杜絕亂標(biāo)功率的行為。額定光通量存在的問題是往往被標(biāo)高，因此要求初始光通量允許比標(biāo)稱值高，但是不能太低，標(biāo)準(zhǔn)要求初始光通量不應(yīng)低于90%額定光通量，采用了單邊下限值。

LED筒燈的效能要求是初始效能不低于90%額定值，而且其初始效能不應(yīng)低于35lm/W。LED筒燈一般是霧面罩，霧面罩可以控制眩光，保證照明的舒適度，但是是以降低能效為代價的。按照目前市場上做的LED筒燈進行統(tǒng)計分析，效能值主要集中在30lm/W～80lm/W，將初始效能限值定在35lm/W，可以保證80%的LED筒燈達到效能要求。

(4)按照LED筒燈的口徑尺寸，圓形嵌入式LED筒燈分類為 51mm、64mm、76mm、89mm、102mm、127mm、 152mm、 178mm、 203mm 或254mm。這里是針對圓形的嵌入式LED筒燈而言的，是嵌入天花板安裝的筒燈，因為這種分類跟安裝開口有關(guān)。固定式LED筒燈不適用。我們按照習(xí)慣，筒燈的口徑尺寸是根據(jù)英寸來規(guī)定的。

(5)按照使用的LED光源的類型分類，LED筒燈可以分類為使用一體化LED模塊、半一體化LED模塊、非一體化LED模塊、半一體化LED燈或非一體化LED燈。

采用一體化LED燈的筒燈是不適用本標(biāo)準(zhǔn)的。

4 一般試驗要求

帶有調(diào)光控制的LED燈具應(yīng)調(diào)節(jié)到最大輸出功率進行所有試驗。

帶有可調(diào)色溫的LED燈具應(yīng)按制造商或責(zé)任銷售商的要求調(diào)節(jié)/設(shè)置到一個功率最大的固定值。

本標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗樣品數(shù)量為3個。

本標(biāo)準(zhǔn)的初始值是不需要經(jīng)過老煉直接測得的，而是在穩(wěn)定時測得的光度和電學(xué)特性。判斷被測樣品是否達到穩(wěn)定狀態(tài)可以參考《LED筒燈性能測量方法》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)所述:達到穩(wěn)定所需時間取決于被測樣品的類型，穩(wěn)定時間一般為30min到2h或更長。每隔15min測量一次光輸出和電功率，當(dāng)30min內(nèi)光輸出和電功率中的各3個讀數(shù)值的差異(最大－最小)小于3個讀數(shù)平均值的0.5%時認(rèn)為達到穩(wěn)定。樣品的穩(wěn)定時間應(yīng)在測試報告中說明。這一點和之前出節(jié)能認(rèn)證時的要求是不一樣的，節(jié)能認(rèn)證要求LED筒燈在老煉1000h(連續(xù)點燈)后所測得的光電色參數(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)沒有要求老煉后再測試初始值，其實是對LED燈具測量的一種規(guī)范化。傳統(tǒng)燈具中的光源幾乎都是可以替換的，但是使用LED模塊的燈具大多數(shù)是不可替換的，LED燈具和LED光源的界限也比較模糊。但是，按照燈具的定義，采用整體式不可替換光源的發(fā)光器被視作一個燈具，使用LED模塊的燈具也是燈具，不能算作光源。要測量光源的初始值，要經(jīng)過老煉以后再測得，而這一要求對燈具卻不適用。

5 電性能要求

本標(biāo)準(zhǔn)要求LED筒燈的輸入功率不應(yīng)超過額定值的110%，這里的輸入功率是既包括LED光源，還包括LED控制裝置所消耗的總功率。

LED筒燈的輸入電流與額定值的偏離不應(yīng)超過10%。

LED筒燈的功率因數(shù)不應(yīng)低于額定值0.05。

LED筒燈使用的LED模塊控制裝置輸出電參數(shù)與LED模塊的輸入電參數(shù)應(yīng)匹配。LED的參數(shù)要求很嚴(yán)格，參數(shù)不匹配時會出現(xiàn)很多問題，電壓太高，電流太大會使LED模組光衰加快，嚴(yán)重時甚至?xí)龤ED模組。

6 光度性能要求

標(biāo)準(zhǔn)中對LED筒燈的光度性能除了規(guī)定初始光通量，燈具效能，光強分布相關(guān)色溫等光源常見的性能要求以外，還有一些燈具特有的性能要求。

(1)光通量維持率是指LED燈具壽命期間某一給定時間的燈具維持光通量除以燈具的初始光通量，并以百分比表達。在25%額定壽命 (最大持續(xù)時間6000 h)時所測得的光通量維持率不應(yīng)低于與額定壽命相關(guān)的光通量維持率要求值。該要求不適用于使用一體化自鎮(zhèn)流燈LED燈的LED筒燈。根據(jù)聲稱的壽命，光通量維持率的要求值用式 (1)計算。

其中 Φ0——初始光通量，單位:lm;

Φ——維持光通量，單位:lm;

α——衰減系數(shù);

t——光通量維持率試驗的時間，單位:h。

α的計算方法如下:

其中 t0——額定壽命，單位:h。

這里的聲稱的壽命是L70(光通量達到初始光通量的70%)壽命，一般企業(yè)聲稱的L70壽命達到25000h以上。與傳統(tǒng)光源不同，各種型號規(guī)格封裝組成的LED模塊或LED陣列的廠商都沒有提供與產(chǎn)品聲稱壽命相關(guān)的光通量維持率的參數(shù)。由于光源沒有提供數(shù)據(jù)，因此LED燈具要進行長時間的光通量維持率的試驗。

在進行光通維持率試驗時，還提到了一個燈具性能的環(huán)境溫度 (tq)的概念，試驗環(huán)境溫度應(yīng)為tq±2℃。若制造商未提供tq，則認(rèn)為tq為25℃。這里我們應(yīng)該弄清楚tq的具體意義。

tq的定義是與燈具性能相關(guān)的燈具周圍的環(huán)境溫度。在這里我們很容易就想到跟燈具標(biāo)準(zhǔn)要求有關(guān)的其他常見溫度:ta，tp，tc。

額定最高環(huán)境溫度ta的定義來自GB 7000.1—2007《燈具第1部分:一般要求與試驗》，由制造商規(guī)定的燈具在正常條件下可以工作的最高持續(xù)溫度。tq和額定最高環(huán)境溫度ta比較類似，但是tq是從燈具的性能要求考慮，ta是用于燈具的安全要求。這兩者之間的關(guān)系是tq≤ta。

關(guān)于tq和tp，前者是LED燈具針對性能的燈具環(huán)境溫度要求，后者是針對LED模塊性能的特征溫度點要求。與LED模塊性能相關(guān)的tp點的溫度，對于燈具設(shè)計者，應(yīng)確保當(dāng)燈具在聲稱的最高環(huán)境溫度tqmax下連續(xù)工作達到熱平衡后，其內(nèi)部LED模組上所測得的tp值不大于模組所聲稱的tpmax值。

額定最高溫度tc的定義來自GB 24819《普通照明用LED模塊安全要求》，正常工作條件和在額定電壓/電流/功率或最大額定電壓/電流/功率范圍工作時，模塊的外表面 (如標(biāo)記的話，在指定的部位)可能出現(xiàn)的最高允許溫度。tq和tc之間也有區(qū)別，tq是LED模塊性能要求的考慮，tc是LED模塊安全要求的考慮。兩者之間的關(guān)系是tp≤tc，這是僅當(dāng)tp點與tc點位置相同時的情況。tp與tc的位置可以不同，但tc值是主要的。在同一位置tp點的數(shù)值可能多于一個，取決于聲稱的壽命時間，對于給定的壽命時間，tp溫度是一個定值，不是變值。

對LED燈具進行光通維持率的試驗消耗大量的時間和成本，人們已經(jīng)做出了很多研究性工作，目前正在考慮如何減少試驗時間。

(2)光輸出比

此條僅對光源可更換的燈具而言。燈具的光輸出比是燈具發(fā)出的光通量與燈具內(nèi)光源裸露點燃時發(fā)出光通量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。測試方法也跟傳統(tǒng)燈具一樣的。此條款適用于使用可更換LED光源的筒燈。標(biāo)準(zhǔn)還要求光輸出比≥90%。

光輸出比是衡量燈具對光通量的利用率質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，與光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計、選材和加工等因素有關(guān)。

(3)距高比

室內(nèi)安裝燈具既要求節(jié)約用電和達到要求的照度數(shù)值指標(biāo)，還要求一定的照度均勻度。照度的均勻性與燈具的布置關(guān)系很大，而燈具的布置又涉及燈具的配光。因此，為了保證一定的照度均勻度，不同配光的燈具應(yīng)有不同的布置方式。距高比就是在安裝燈具時，相鄰燈具間的安裝距離與燈具的安裝高度之比。在很多國外標(biāo)準(zhǔn)和文獻中，距高比也可以用SC表示。

距高比是根據(jù)燈具的配光曲線計算得出的。僅以直接照明為基礎(chǔ) (忽略室內(nèi)各表面間的相互反射)，不能應(yīng)用于間接照明。具體的計算方法見GB/T29293—2012《LED筒燈性能測量方法》中的8.4。

LED筒燈最普遍的是旋轉(zhuǎn)對稱配光，也就是說空間各個方向的光強分布是基本一樣的，同時也就是各個方向的距高比數(shù)據(jù)是一樣的。這種情況下，只有一個距高比數(shù)據(jù)。也有少部分透明透光罩的LED筒燈，發(fā)出的光強分布是按照內(nèi)部光源的布點方式的不同而不同的。呈現(xiàn)出兩面對稱配光。這時應(yīng)該給出C0-C180平面的距高比數(shù)據(jù)和C90-C270平面的距高比數(shù)據(jù)。

燈具距高比是表征燈具配光特性的指標(biāo)，距高比大小不同的燈具應(yīng)用于不同的照明用途，具體按室內(nèi)設(shè)施的高低布局來選擇合適的距高比。而且，在較大范圍內(nèi)均勻照明，應(yīng)配合燈具的出光度選擇合適距高比的燈具。

7 眩光控制

燈具的亮度限制和保護角對照明質(zhì)量的影響較大，它是評價燈具視覺舒適感所必需的參數(shù)。

(1)為了避免直接眩光，應(yīng)選擇合適的燈具保護角。燈具的保護角實際上反映的是燈具的遮擋光源直射光的范圍，因此又稱為遮光角。保護角是通過測量具體的燈具，計算得出的。

a)測量燈具內(nèi)光源的發(fā)光邊界和不發(fā)光的燈罩邊緣的連線長度a;

圖1 保護角示意圖Fig.1 Pictorial drawing of shielding angle

b)測量光源發(fā)光邊界至燈具口面的高度b;

c)保護角S由以下公式求得:

燈具的保護角愈大，光分布就愈窄，效率也愈低。由于燈具的保護角的實際意義在于限制光源的直射光，從而防止或限制直接眩光，所以為了控制燈具在45°～85°垂直角范圍內(nèi)的亮度值，一般燈具應(yīng)選取10°～30°的保護角。本標(biāo)準(zhǔn)還根據(jù)燈具出光口平均亮度值來規(guī)定允許的最小保護角。

(2)亮度限制

本條款適用在VDT作業(yè)環(huán)境下考核亮度限制

VDT(Visual Display Teminal)作業(yè)是使用計算機系統(tǒng)的視覺顯示終端VDT和個人電腦進行數(shù)據(jù)、文字、圖像等信息處理工作的總稱，是伴隨著計算機在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而出現(xiàn)的一種新型的作業(yè)形式，正在成為現(xiàn)代社會的主要勞動形式之一。VDT作業(yè)是典型的視覺作業(yè)，視覺負(fù)擔(dān)顯著大于傳統(tǒng)的桌面作業(yè)。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LED筒燈在65°及以上γ角的平均亮度不應(yīng)大于聲稱值。

圖2 VDT作業(yè)環(huán)境亮度限制角度示意圖Fig.2 Pictorial drawing of limited viewing angle in VDT

分別在γ65°、γ75°和 γ85°的橫向(C0 和C180)、縱向 (C90和C270)、以及45°方向 (C45、C135、C225和C315)測量和計算平均亮度，9個平均亮度值均應(yīng)滿足要求。具體的測量方法見GB/T 29293—2012《LED筒燈性能測量方法》。

應(yīng)該注意的是，如果在燈具說明書內(nèi)有“燈具不適于安裝在VDT視覺作業(yè)環(huán)境”提示的，本要求就不適用。

8 色度

(1)顯色指數(shù) (CRI)

LED產(chǎn)品的顏色質(zhì)量是至關(guān)重要的，人們對其關(guān)注的程度在增加。傳統(tǒng)顯色指數(shù)的評價已經(jīng)有40年的歷史了，但是人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將它用于目前藍(lán)光LED加黃色熒光粉的系統(tǒng)時有很多問題，比如說，CRI的數(shù)值的大小在很多情況下往往不能與眼睛的感覺相一致。CRI是通過計算一套預(yù)先選定的色樣分別用待測光源和參考照明體照明時的色差來評估顏色的保真度的，目前白光LED基本是用藍(lán)光LED+黃色熒光粉YAG，因此，它產(chǎn)生的白光是缺少紅光的，而R9是飽和紅色的樣板，如果缺乏紅光，R9呈負(fù)值，影響實際的顯色性，使顯色指數(shù)不能達到80。因此本條款對 LED產(chǎn)品提出了提出R9＞0的要求。

本標(biāo)準(zhǔn)還提出初始CRI值不應(yīng)小于 (額定值－3)。6000小時顯色指數(shù)維持率不應(yīng)小于 (額定值－5)。

(2)相關(guān)色溫

ANSI C78.377標(biāo)準(zhǔn)中明確的規(guī)定了Duv和CCT之間的聯(lián)系，Duv和CCT的計算是在同一個色度圖CIE 1960UCS上。Duv的定義是，在 (u'，2/3v')色度圖上靠近黑體軌跡的最短距離，“+”表示位于黑體軌跡上方，“－”表示位于黑體軌跡下方。

Duv的計算公式:

(3)色差異

標(biāo)準(zhǔn)要求取3個樣品，每個LED筒燈都要測量空間平均色品坐標(biāo) (u'，v')，在CIE 1976UCS色品圖上，利用加權(quán)平均計算平均色品坐標(biāo) (xa，ya)。

加權(quán)平均計算平均色品坐標(biāo)xa見式 (5)。ya的計算與xa相同。

其中Δγ——γ角的測試間隔，當(dāng)測試間隔為10°時，Δγ =10°;

n與測試間隔有關(guān)，當(dāng)間隔Δγ=10°時，n=19;

wi(γi)——γi角的加權(quán)系數(shù);I(γi)是同一個γi角上所有C平面測得光強的算術(shù)平均值;

Ω(γi)——關(guān)于γi角的環(huán)帶立體角。

再通過轉(zhuǎn)換公式:

將 (xa，ya)轉(zhuǎn)換成 (u'，v')。

最后將三個樣品的 (u'，v')在CIE1976UCS色品圖上的距離不應(yīng)超過0.004。

(4)空間色品不一致性

空間色品不一致性Δu'v'是，在大于峰值光強10%的區(qū)域內(nèi)，所有測量點的空間色品坐標(biāo)與按照式 (5)，式 (6)得出的平均空間色品坐標(biāo)在CIE1976UCS色品圖上的最大距離不應(yīng)超過0.004。

(5)色維持

LED照明產(chǎn)品的主要優(yōu)點之一在于極長的工作壽命，但這也導(dǎo)致了色度漂移的問題。白光LED在點燃過程中CCT會發(fā)生變化，隨著熒光粉和封裝材料的變化而變化，它與LED的結(jié)溫及硅膠和熒光粉的質(zhì)量有關(guān)。因此，在光通量維持率試驗結(jié)束時，LED筒燈的色度與初始值的偏差在CIE1976UCS色品圖上的最大距離不應(yīng)超過0.007。

根據(jù)以上的分析解讀，我們可以看出，相關(guān)色溫和Duv值是在CIE1960UCS色度圖上計算得出的。而色差異，空間色品不一致性 (Δu'v')，色維持都是在CIE1976UCS色品圖上計算得出的。

9 其他要求

結(jié)構(gòu)要求對可替換部件，防眩光結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)檢查，用目測和手工試驗檢驗。

熱試驗要求按照說明書規(guī)定的安裝方式進行熱試驗，如果沒有安裝方式的說明，這應(yīng)進行嵌入安裝和固定安裝兩種安裝方式的熱試驗。熱試驗要與GB 7000.1第12.4要求一起考慮。

可靠性的試驗方法正在研究中。

為了滿足LED筒燈低溫工作的要求，規(guī)定LED筒燈應(yīng)在－20℃或聲稱的更低的溫度下啟動并正常工作。具體試驗方法按照 GB/T 2423.1—2008第5.3試驗Ad:散熱試驗樣品溫度漸變的低溫試驗——試驗樣品在溫度開始穩(wěn)定后通電的要求進行試驗，見GB/T 29293—2012《LED筒燈性能測試方法》第12條。

10 總結(jié)

針對不同LED燈具的性能標(biāo)準(zhǔn)以及配套的測試方法標(biāo)準(zhǔn)正在逐一制定，LED筒燈畢竟屬于燈具產(chǎn)品，考核燈具的性能，和考核LED光源的性能要求有相同點也有區(qū)別。對LED筒燈而言，我們不能片面追求燈具效能，而忽略了它作為室內(nèi)燈具的照明舒適度的要求，因此配光，距高比，亮度限制，LED燈具效能，色度，結(jié)構(gòu)，熱試驗相關(guān)的tp溫度等都是我們需要注意的方面。

［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 29294—2012 LED筒燈性能要求［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［2］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 29293—2012 LED筒燈性能測量方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［3］陳超中，施曉紅，楊樾，李為軍.厘清LED光源光效與LED燈具效能的本質(zhì)［J］.中國照明電器，2011(12).

［4］陳超中，施曉紅，李為軍，楊樾.關(guān)注LED燈具性能的IEC/PAS的進展［J］.照明工程學(xué)報，2012，23(3).

［5］American National Standard Lighting Group ANSI C78.377—2008 Specification for the Chromaticity of Solid State Lighting Products［S］.USA:American National Standard Lighting Group，2008.