我国自镇流荧光灯产品结构与能效状况分析

2013-09-16李爱仙赵跃进

照明工程学报 2013年1期

李爱仙赵跃进

(1.中国科学院城市环境研究所，福建厦门 361021;2.中国标准化研究院，北京 100088)

1 引言

自镇流荧光灯是目前室内照明主要电光源产品，我国自镇流荧光灯的产量已超过白炽灯的产量，成为我国电光源照明产业的支柱产品。为了促进我国自镇流荧光灯能效的提高，2003年我国发布了GB 19044－2003《自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》国家能效标准，根据自镇流荧光灯能效标准我国实施自镇流荧光灯能效标准的节能认证和能效标识管理制度等国家鼓励性政策。这些政策的出台促进了自镇流荧光灯生产企业研发和生产更高效自镇流荧光灯的积极性，使得我国自镇流器荧光灯能效水平得到普遍提高，我国自镇流荧光灯产品以价物美价廉的优势逐渐进入国际市场，使我国成为世界自镇流荧光灯产品的生产大国，我国自镇流器荧光灯的能效水平也正为世界其他国家自镇流荧光灯能效标准和节能政策的风向标。2009年我国又下达了对GB 19044的修订计划，在修订过程中为了体现标准的科学性和先进性，标准课题组采用数据统计技术对我国自镇流荧光灯能效状况进行分析，并提出更科学的能效等级划分方法。

2 我国自镇流荧光灯产业发展状况

由于绿色照明活动的推动，全球推广节能灯的步伐不断加快，特别是发达国家，如德国、荷兰、英国、瑞典、日本、美国等，对自镇流荧光灯用户给予优惠政策。我国政府也通过财政手段来扩大国内自镇流荧光灯市场，有效推动了自镇流荧光灯的普及率。国内外自镇流荧光灯市场的供需两旺，使我国自镇流荧光灯产业获得高速发展，生产能力在短期内得到了迅速的提高，并形成较大的生产规模。2010年自镇流荧光灯年产量达到46.7亿只。2000年至2010年我国自镇流荧光灯各年产量见图1。

图1 我国自镇流荧光灯各年产量Fig.1 China's self-ballasted fluorescent lamp annual production

我国自镇流荧光灯虽然得到了较大的发展，但是我国自镇流荧光灯生产企业技术水平、管理水平良莠不齐。虽然我国一些大品牌的生产企业所生产的产品具有较高的质量水平，其产品可销往一些发达国家或地区，但是也有一些技术水平较差的企业也占据着我国某些地方市场，这些落后企业在原材料选用、制灯工艺、生产设备等方面与大企业相比，还比较落后，在光通维持率、光效、寿命等主要性能指标均低于大企业的同类产品。另外，在自镇流荧光灯市场被普遍看好的情况下，有许多假冒伪劣产品流入市场，损害了消费者的利益，使得目前仍有消费者反映自镇流荧光灯节电不节钱的现象，从而严重影响了该行业的健康发展。

3 我国自镇流荧光灯的产品结构

3.1 功率规格的分布

在市场经济体制下，企业的生产运行是以销定产，市场需要什么规格的产品，企业就生产什么规格的产品。市场需求量越大的产品，企业生产得就越多。自镇流荧光灯能效标识是强制性的节能制度，企业在国内所销售产品必须通过能效标识的备案，因此我们可以通过企业能效标识备案的信息，了解我国自镇流荧光灯一些参数的情况。所以，能效标识产品规格备案情况在一定程度上可以反映市场产品结构情况。通过对457家企业备案的9822个规格进行统计，可得出以下额定功率分布、能效等级分布、色温分布等情况。

根据统计计算，这9822个备案数据并不是平均分布在这42个额定功率上的，总的分布趋势是低功率段多，高功率段小，但在低功率段中，6W、10W、12W等规格备案数量也相对少，而在大功率段，45W、55W也相对多一些，这种现象也进一步证实了前面论述的企业备案数据反映了企业生产情况，企业生产情况反映了市场的需求情况，备案数据在额定功率上的分布具体情况见图2。从图2中可以看出，集中度最高的是11W，其次是9W、5W、13W、7W和15W。

图2 能效标识备案中的额定功率分布Fig.2 Rated power distribution in the record of the energy efficiency label

通过自镇流荧光灯功率规格分析，我们还可以看出一个现象，从5W至30W这一常用的功率段中，几乎每个功率都有样本数据，只有29W在这次数据统计中没有，这说明社会对自镇流荧光灯大小功率的需求更加精细，这也反映出一些大宗用户在选择自镇流荧光灯功率时也考虑到了应用中节能的含义，即减少使用中光的浪费。

目前耗能产品发展正朝着定制化的生产方式转变，许多耗能产品是按各户的需求来设计和生产的，而客户所提出的要求，更适应产品使用的工况，这种由客户提出具体产品规格的生产方式，如同量身定制，使耗能产品的使用在一定程度上避免了大马拉小车的现象，这也是一种节能的方式。为使该标准能够在功率适用范围内，既能起到对低能效产品的监督作用和对高能效产品鼓励作用，所以一些国家或地区采用了连续曲线的方式来规定能效标准，这种确定照明产品标准或法规适用范围的方式，已在欧洲、澳大利亚等国家或地区采用。

我国制定能效标准和实施节能政策的目的是促进社会照明用电的节约，我们要认清一个简单的道理，一个2级能效的自镇流荧光灯与一个同功率的3级能效灯同时使用，2级能效的灯并没有节能，应为它们消耗的电能是相同，只不过能效2级的灯发出的光更多一些。要真正达到节能的效果，这只能效2级自镇流荧光灯的功率就应该制造得小一些，并使它与能效3级的具有同样的光输出，这样做才能真正达到节能的效果。

目前我国照明工程的节能考核是按功率密度来计算，为使功率密度不超标，设计人员首先要选高光效的电光源，同时选用的光源功率也要与设计值基本一致。这才能有效的降低照明的功率密度。所以照明工程的节能设计业促进了我国对自镇流荧光灯灯功率多样化的需求。

3.2 能效等级的分布

自从我国制定了GB 19044－2003《普通照明用自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》，并根据该标准实施了自镇流荧光灯节能产品认证和财政补贴政策，大大的促进了我国自镇流荧光灯的应用和能效水平的提高。在GB 19044－2003刚刚发布时，许多企业反映，生产达到2级 (节能评价值)水平的自镇流荧光灯非常困难，所以当时申请自镇流荧光灯节能认证的企业很少，即使申请，也只是申请很少几个规格。

自我国在2008年开始对自镇流荧光灯开始实施财政补贴后，将能效2级作为财政补贴招标的入门门槛，从而激发了企业开发和生产高效自镇流荧光灯的积极性，通过能效标识备案数据中可以看出，目前达到2级能效水平比例已上升到61%，远远超过了3级水平的数量，使我国61%的自镇流荧光能效提高了10%。具体比重情况见图3。

图3 不同能效等级的比重Fig.3 The proportion of different energy efficiency levels

3.3 产品的色温分布

色温是当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时，我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。色温按不同温度分为RR:6500K日光色;RZ:5000K中性白光色;RL:4000K冷白色;RB:3500K白色;RN:3000K暖白色;RD:2700K白炽灯色六种。

目前许多人长期使用白炽灯，而白炽灯的色温较低，大约在2800°K左右，所以已习惯低色温光照的环境，并感觉在这种环境下的心情也是温馨的;而有的人为了提高工作效率，喜欢在高色温照明环境下工作。为了照顾人们用灯的习惯，减少能效标准的繁杂，在制定标准时将色温分为RR、RZ、RL、RB、RN、RD六种类型。在自镇流荧光灯能效标准中，为了简化标准，将六种色温划成两个段，分别规定自镇流荧光灯的光效。

图4 能效标识备案数据在不同色温上的分布Fig.4 The distribution of different color temperature in the record of the energy efficiency label

在图4中显示了9822个能效标识备案数据的色温分布情况，从图9中可以看出在RR的分布比重最高，达到65.8%，其次是RD，比重是27%。这说明色温高的和色温低的自镇流荧光灯都有市场需求，而中间几个色温加起来也就占到7.1%，人们对自镇流荧光灯色温的需求主要集中在高低两端。

3.4 产品能效指标的离散性分布分析

产品能效指性的离散性决定于企业的生产工艺水平，生产工艺水平高，产品能效指标的离散型就小，企业生产工艺水平低，产品的能效指标离散性就大。在修订自镇流荧光灯能效标准的过程中，我们也对些企业能效指标的离散性的分布进行了分析，分析结果见图5。

图5 企业能效指标的离散性分布Fig.5 The discrete distribution of energy efficiency index for companies

从图5可以看出，目前我国企业能效指标的离散性分布呈正态分布，属于比较正常的情况，绝对误差在1.5lm/W～3lm/W的比重最多，占总样本量的33.2%。图6显示的分别是离散性在10m/W～15m/W，1.5lm/W～3lm/W而和0m/W～0.5lm/W三组不同企业的能效指标数据。从图中可以看出，三角形点表示的企业产品，虽然平均能效较高，但是由于产品能效指标的离散性大，在市场监督中具有较大的风险，若抽检时正好抽到效率最低的产品，则会判为不合格。

图6 三组不同企业能效指标离散性情况Fig.6 Energy efficiency index discrete situations for three manufacturers

4 我国自镇流荧光灯能效水平的分布

4.1 能效水平的概率分布情况

能效水平分析的出发点是，通过所获取的数据对目前我国自镇流荧光灯能效水平现状进行分析，以便确定标准修订后的各级能效指标，以及方今后新标准实施后其实效果的分析。

以下自镇流荧光灯的能效数据主要通过三种渠道收集到的:

·2010年自镇流荧光灯能效标识备案检测数据;

·由国家电光源产品质量监督检验中心提供的近几年的国家抽查数据及其他测试数据。

·由国家电光源质量监督检验中心和企业提供的测试数据

在GB19044－2003《普通照明用自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》中按灯功率划为5W～8W、9～14W、15W ～24W、25W ～60W 四个功率段。每个功率段中又分了两个色温段。为了与03版标准发布前进行能效分布对比，以下分别对每一段中的能效分布情况进行分析。

首先通过计算机进行对2010年自镇流荧光灯能效标识备案检测数据分析，获得当下自镇流荧光灯各能效段的能效指标概率分布图，图中的横坐标为光效值，纵坐标为样本数量值。样本数据分布在横坐标的范围越小越好，说明企业能效水平的集中度高;曲线的峰值越偏右侧越好，说明大多是企业产品光效越高。各功率段的具体分布情况见图7～图14。

图7 RRRZ 5W～8W能效指标分布曲线Fig.7 RRRZ 5W～8W energy efficiency index distribution curve

图8 RRRZ 9W～14W能效指标分布曲线Fig.8 RRRZ 9W～14W energy efficiency index distribution curve

图9 RRRZ 15W～24W能效指标分布曲线Fig.9 RRRZ 15W～24W energy efficiency index distribution curve

图10 RRRZ 25W～60W能效指标分布曲线Fig.10 RRRZ 25W～60W energy efficiency index distribution curve

图11 RLRBRNTD 5W～8W能效指标分布曲线Fig.11 RLRBRNTD 5W～8W energy efficiency index distribution curve

图12 RLRBRNTD 9W～14W能效指标分布曲线Fig.12 RLRBRNTD 9W～14W energy efficiency index distribution curve

图13 RLRBRNTD 15W～24W能效指标分布曲线Fig.13 RLRBRNTD 15W～24W energy efficiency index distribution curve

图14 RLRBRNTD 25W～60W能效指标分布曲线Fig.14 RLRBRNTD 25W～60W energy efficiency index distribution curve

从图7～图14可以看出我国自镇流荧光灯能效标准的分布情况，除25W～60W功率段集中度不高(呈双峰状)外，其他几个功率段的集中度都较高。为使自镇流荧光灯能效分布情况的量化，我们在上述能效指标概率分布曲线的基础上，进一步进行统计分析，计算出各功率段的峰度系数和偏度系数。峰度系数是反映与正态分布相比某一分布的尖锐度或平坦度，正峰值表示相对尖锐的分布，负峰值表示相对平坦的分布。偏度系数是反映以平均值为中心的分布的不对称程度，正偏斜度表示不对称部分的分布更趋向正值，负偏斜度表示不对称部分的分布更趋向负值。峰度系数KU与偏度系数SK的计算公式如下:

峰度系数计算式:

式中，s——样本的标准偏差;n——数组中的数字个数。

偏度系数计算式:

根据以上公式计算出各功率段的峰度系数和偏度系数见表1。

表1 各功率段的峰度系数和偏度系数Table 1 The kurtosis coefficient and the skewness coefficient of power sections

从表1中的数字可以看出，除了高色温15W～24W功率段外，其他的功率段都是随着功率的增大，峰度系数不断减少。偏度系数的变化趋势也基本相同。这说明对于小功率自镇流荧光灯企业在开发产品时尽量向更节能型的设计，而大功率的自镇流荧光企业在设计时即有普通效率的也有高效的，因而大功率的能效指标概率分布曲线呈双峰状态，偏峰系数就偏小一些。

小功率自镇流荧光灯的销售渠道主要是市场，最大的消费群体是家庭用户;而大功率自镇流荧光灯的客户群是非家庭用户。自国家实施自镇流荧光灯能效标识管理制度，要求生产企业在自镇流荧光灯包装盒上必须粘贴能效标识，促使了企业开发和生产达到2级能效水平的小功率自镇流荧光灯。而大功率自镇流荧光灯并不是走商场的销售渠道，能效3级的产品只要价格便宜，照样好销售。从这个例子可以看出，能效标识管理制度对商场中销售的耗能产品的作用更大一些。

4.2 我国近年来能效指标的发展变化

自镇流荧光灯能效标准最初是在2001年至2002年制定的，经过8年之后，特别是在这8年期间，我国对自镇流荧光灯产品制定了能效标准，开展了节能产品认证制度和能效标识管理制度、实施了节能产品补贴政策。这些政策在促进自镇流荧光能效水平上到底产生了多大的作用?这一问题必须采用8年前与目前自镇流荧光灯能效指标分布曲线的对比分析才能了解得更清楚，见图15～图19。

8年前自镇流荧光灯能效指标的数据来自购置样品的测试、国家检测机构的检测数据和企业提供的数据。由于当时大功率自镇流荧光灯很少，收集的数据也很少，所以8年前25W～60W自镇流荧光灯能效数据不能做出能效分布曲线。

图15 RRRZ 5W～8W能效分布曲线对比图Fig.15 RRRZ 5W～8W energy efficiency distribution curve comparison chart

图16 RRRZ 9W～14W能效分布曲线对比图Fig.16 RRRZ 9W～14W energy efficiency distribution curve comparison chart

从图15～图19可以看到，在几个功率段中2010年的曲线分布范围明显向高光效端 (右侧)移动了，一些低端产品也基本被淘汰掉了。总体讲，通过8年能效标准和相关政策的实施，我国自镇流荧光灯整体水平有了较大的提高，但是目前仍有低效产品存在。如在低色温功率段为15W～24W的分布曲线对比图中，目前仍有低于55lm/W的产品存在。所以应继续加大自镇流荧光灯能效标识的监督检查工作。

图17 RRRZ 15W～24W能效分布曲线对比图Fig.17 RRRZ 15W～24W energy efficiency distribution curve comparison chart

图18 RLRBRNRD 9W～14W能效分布曲线对比图Fig.18 RLRBRNRD 9W～14W energy efficiency distribution curve contras comparison chart

图19 RLRBRNRD 15W～24W能效分布曲线对比图Fig.19 RLRBRNRD 15W～24W energy efficiency distribution curve contras comparison chart

5 我国自镇流荧光灯能效标准的修订

5.1 关于能效等级的类型

在修订自镇流荧光灯能效标准中，一些专家或企业曾提出我国照明产品的能效标识应同欧盟一样，将不同类型的灯放在一个能效标识体系中进行比较。但是我国能效标准所规定的每个能效等级在节能政策中都是有一定含义的，如能效3级是能效限定值，无论什么产品，只要能效低于3级就不能生产和销售;能效在3级以上，2级以下为合格产品;能效在2级以上，1级以下为节能产品，达到2级以上的产品可申请节能认证和享受政府各种财政优惠政策;能效1级为能效领跑者指标，生产1级以上的企业，今后可享受企业领跑者奖励。若采用欧盟将所有产品放入一个能效等级中，这种能效等级与国家政策相对应的关系将会被打乱。

我国所采用的方式是考虑到不同的照明产品在一定程度上是不能简单替代的，不同种类照明产品的存在，是应为要满足不同的照明需求。我们促进高效产品的发展是要使不同种类的照明产品能效都能得到提高。中国照明产品能效标识的3级方式最大优点就是可以促进每一种产品能效的提高，使用户在所需要的照明产品种类中可选择更高效的产品。而欧盟能效标识大排对的方式，只能说明哪一类电光源产品光效高，哪一类产品光效低。例如高压气体放电灯要比荧光灯光效高，首先高压气体放电灯和自镇流荧光灯在许多场合是没有互换性的，一般情况下谁也不会在家庭或办公室使用道路照明用的高压钠灯。若把高压钠灯和自镇流荧光灯放在一个能效等级中，既不利于限制较低效率的高压钠灯，也不利于鼓励较高效率的自镇流荧光灯，所以我国仍坚持不同种类的照明产品采用单独的能效等级评价方式。

5.2 能效指标的划分方式

一般情况下，用能产品的规格与能效有一个规律性的特点，即随着功率变大，效率也不断变高。并且功率与效率的变化呈对数曲线的关系，即在小功率段，随着功率的增大，效率增大的比例较大，但功率越大，效率增加的比例越小。

在国际上针对用能产品能效指标的划分方式基本上有两种，一种是阶梯曲线式的，一种是连续曲线式的。在我国旧版本GB 19044－2003《普通照明用自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》中是采用阶梯曲线方式，将自镇流荧光灯的功率分为5W～8 W、9W～14W、15W～24W和25W～60 W。在该标准实施中也发现了一些问题，如图20所示。

从图20可以看出，采用梯形能效指标划分方式，个别企业可以在标准上钻空子。由图20大圆圈中的数据可知，这些能效指标离群较远，但又刚好符合标准要求，经过核对，都基本出自个别企业。其目的是降低生产成本，增加在市场上的价格优势。

图20 旧标准中产品能效分布Fig.20 The product energy efficiency distribution in the old standard

另外，采用阶梯能效指标划分方式，在相同技术水平上，对于每一个功率段中的小功率实际是要求严格了，对于每一段中的大功率是要求放松了，这样企业就会在申请节能认证或能效标识备案时只提供每一功率段中的大功率，而小功率就有可能是不合格的产品。从上述分析看出，确实有个别企业在钻标准的空子。

5.3 新修订标准能效等级的划分

国外大多数能效标识等级划分为5级，有的划分为7级，例如欧盟。我国制定的冰箱能效标识实施细则中将电冰箱等家用电器的能效标识分为了5级，但是考虑到照明产品和工业产品的效率范围比较小，产品能效指标的离散性较大，分为5级有些过细，也不合理，所以我国照明产品和工业产品的能效等级一般分为3级。我国自镇流荧光灯能效采用3级制，能效1级产品在目前市场上只有少数产品能够达到，相当于领跑者指标;2级是先进、高效产品，是节能产品的评价指标，达到2级的产品经过认证应能取得节能认证标志，并可参加我国财政补贴招标活动，这类产品属于国内先进水平，只有20%左右的企业能够生产;3级为能效限定值，也是产品能效水平的合格指标，3级以下为淘汰产品，应该禁止生产和在市场上出售。根据以上原则，我们按样本比重对能效等级的划分见表2。

为了使自镇流荧光灯能效标准与GB/T 17263协调，在数值上虽不能保持一致，因而采用在水平上保持一致的方法，级能效标准的3级曲线穿过GB/T 17263的阶梯曲线。

图21 能效等级划分程序操作部分Fig.21 Energy efficiency grade analysis program

表2 能效等级的样本比重Table 2 The sample proportion of energy efficiency levels

确定各能效等级的指标一般由三个方面因素来确定，一个是以上述原则通过分析，另一个是通过起草组的讨论，以及产品能效标准的能效指标。首先是对所收集的数据进行分析，由于从能效标识办案所收集的数据较多，能效等级的划分必须采用计算机进行运算分析，因而为此专门编辑了一个小运算程序，程序的操作部分见图21。

利用等级划分程序，我们按表2期望的能效等级比重算出能效1级和能效2级的理想比重能效指标 (简称“比重指标”)，而能效3级能效指标以GB/T 17263的阶梯曲线，作为参考值。能效1级和能效2级比重指标点和GB/T 17263的梯形曲线详见图22。

图22 能效1、2级比重指标点和GB/T 17263的梯形曲线Fig.22 Energy efficiency ratio index and trapezoidal curve of GB/T 17263

由于每个额定功率的样本数量不同，样本量越多，比重指标就越接近行业整体的实际指标，若样本少，比重指标就偏向少数几个企业能效水平。比重指标具有一定的离散性，只能表明行业能效技术水平的一个范围。所以应根据灯功率越大光效越大的特点，用线性回归的方式计算出各能效等级标准值。经过起草组的讨论会议，又对能效1级和能效2级指标进行了微调。最后确定了一下自镇流荧光灯各能效等级指标和给出方式。

在此我们采用以下对数方程对其回归，找出A、B、C、D的具体数值，并进行间隔调整。同时找出一个以公式η的方程曲线，该曲线比较均匀的穿过阶梯曲线。