不同照明技術(shù)產(chǎn)品全生命周期能量消耗對(duì)比

與各種傳統(tǒng)照明技術(shù)相比，LED照明在節(jié)能和提高照明質(zhì)量方面具有更好的潛力。但是要準(zhǔn)確評(píng)估一項(xiàng)照明技術(shù)在節(jié)能和環(huán)保方面的效果，需要對(duì)該項(xiàng)產(chǎn)品從加工制造到廢棄處理整個(gè)生命周期的資源和能效消耗進(jìn)行全過程的評(píng)估。近日，美國能源部基于現(xiàn)有的關(guān)于照明產(chǎn)品生命周期的研究資料，就白熾燈、節(jié)能燈（CFL）、LED燈從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)阶罱K使用環(huán)節(jié)的總能耗進(jìn)行了對(duì)比研究，并發(fā)布了一項(xiàng)名為《白熾燈、緊湊型節(jié)能燈和LED燈具在全生命周期內(nèi)的能量消耗對(duì)比研究》的研究報(bào)告。

評(píng)估比較過程的三個(gè)階段

1.基于現(xiàn)存生命周期評(píng)估（LCA）文獻(xiàn)基礎(chǔ)上的LED燈具和其他類型燈具的能源消耗比較；

2.LED生命周期研究包括了生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和廢棄處理過程中直接或間接的材料投入和過程加工投入；

3.各種燈具從購買、拆裝和化學(xué)檢測等各個(gè)方面進(jìn)行研究來檢測是否有潛在的危險(xiǎn)物質(zhì)積聚而超出了危險(xiǎn)物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)。

上游能源消耗和下游能源節(jié)約的潛在的不平衡性使得一些機(jī)構(gòu)開始采用生命周期分析法來量化LED照明產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)的能源消耗影響。該報(bào)告的目標(biāo)就是根據(jù)先前的研究來評(píng)估LED燈具和其他類型燈具能源消耗差異。該報(bào)告分析了幾種現(xiàn)有的生命周期評(píng)估研究，其中包括了學(xué)術(shù)出版物也包括了生產(chǎn)報(bào)告和獨(dú)立的調(diào)研報(bào)告。報(bào)告分析回答了下面三個(gè)問題：

1.LED燈具在其生命周期的每個(gè)階段（生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)龋┠茉聪母魇嵌嗌伲?/p>

2.LED燈具生命周期內(nèi)的能源消耗如何區(qū)別于白熾燈和CFL？

3.LED燈具產(chǎn)品在生命周期內(nèi)的能源消耗將來會(huì)出現(xiàn)何種變化趨勢(shì)？

該報(bào)告是美國能源部首次啟動(dòng)的一個(gè)較大型的研究項(xiàng)目，研究不同照明技術(shù)生產(chǎn)、流通、使用全過程中的資源和環(huán)境消耗。報(bào)告中所采用的研究數(shù)據(jù)大部分來自于既有的能源消耗全過程研究報(bào)告。為了對(duì)各種照明產(chǎn)品生命周期內(nèi)的全過程能源消耗進(jìn)行綜合的對(duì)比研究，該報(bào)告所引用的公開研究材料多達(dá)10種。

白熾燈、節(jié)能燈、LED燈分別代表著不同的照明技術(shù)，根據(jù)這些技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品各有其性能特征。如前所述，報(bào)告中引用的已發(fā)行的這10種生命周期分析是研究了大量的不同規(guī)格、不同類型的燈具。因此，在評(píng)估每個(gè)燈具的能源消耗時(shí)，關(guān)于白熾燈和CFL的現(xiàn)有的性能特征的依據(jù)就是現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的分析。對(duì)于LED燈具來說，為了使當(dāng)前的分析可行并兼顧對(duì)未來產(chǎn)品的分析，LED產(chǎn)品的性能特征的依據(jù)就是美國能源部發(fā)布的《2011年DOE半導(dǎo)體照明多年規(guī)劃方案》。

由于每只燈具的流明輸出和使用壽命都不一樣，為了保證產(chǎn)品生命周期能耗分析的一致性，研究中選用了一種叫2000萬流明-小時(shí)的功能單位。這種功能單位代表了一只60WLED燈具在使用壽命期內(nèi)所提供的照明服務(wù)。因?yàn)榘谉霟艉虲FL的使用壽命比LED燈具的使用壽命要短很多，單只白熾燈或者CFL比上述功能單位提供的照明服務(wù)時(shí)長要少很多。因此，需要用到多只燈具才能達(dá)到等量的照明效果，所以生命周期全過程能量消耗的測算會(huì)以單只燈具的能源消耗乘以燈的數(shù)量。

不同階段燈具能源消耗的測算

生產(chǎn)階段的能源消耗，包括主要原材料的獲得、原材料的加工、生產(chǎn)加工和組裝環(huán)節(jié)。關(guān)于白熾燈、CFL、LED燈生產(chǎn)階段的能源消耗，完全基于現(xiàn)有的LCA研究。這些數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)階段能源消耗的直接估算，以及由于能源消耗引起的二氧化碳排放，還包括燈具器件拆分而產(chǎn)生的能源消耗數(shù)據(jù)(包括存貨消耗)。

運(yùn)輸階段是指包裝好了的產(chǎn)品從生產(chǎn)車間運(yùn)輸?shù)搅闶劢K端的過程。生產(chǎn)環(huán)節(jié)之前的原材料等的運(yùn)輸則視作并計(jì)入生產(chǎn)階段。關(guān)于產(chǎn)品運(yùn)輸過程對(duì)能源消耗的影響的研究比較少，已有研究對(duì)能源消耗的測算幫助不大。因此，該報(bào)告中運(yùn)輸階段的能源消耗是獨(dú)立分析研究的。為了計(jì)算運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的能源消耗，每項(xiàng)照明技術(shù)產(chǎn)品的源產(chǎn)地均需考慮在內(nèi)。因此，該項(xiàng)研究把運(yùn)輸距離的長短、運(yùn)輸工具的類型和荷載等因素考慮在內(nèi)，對(duì)每個(gè)功能單位在運(yùn)輸過程中的能源消耗進(jìn)行了測算研究。

使用階段能源消耗的測算是基于不同照明產(chǎn)品的額定功率、流明輸出值等數(shù)據(jù)來進(jìn)行的。但評(píng)估中型螺口燈產(chǎn)品使用階段能耗時(shí)，需要著重考慮《2007能源獨(dú)立和安全法案》。該法案規(guī)定了中型螺口通用白熾燈的最高功率，該規(guī)定的有效期限是2012-2014年。無鹵素白熾燈產(chǎn)品，例如該項(xiàng)報(bào)告中所提到的60W的白熾燈，是不太可能滿足這項(xiàng)能源保護(hù)方面的規(guī)定的。因此《2009能源獨(dú)立和安全法案》有望引導(dǎo)市場向更加節(jié)能的照片產(chǎn)品方面進(jìn)行轉(zhuǎn)型，例如符合標(biāo)準(zhǔn)的鹵素?zé)?、CFL以及LED燈具。盡管鹵素?zé)粲锌赡茉谖磥硎袌鲋姓加性絹碓街匾牡匚?，但是由于缺少生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的能源數(shù)據(jù)，所以這類產(chǎn)品的生命周期全過程能源消耗沒有納入到這個(gè)研究報(bào)告當(dāng)中。不過，報(bào)告中用到了鹵素?zé)粼谑褂秒A段的能耗數(shù)據(jù)，以與其他照明產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比。

圖1顯示LED燈的生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞褂眠^

程中總能耗的平均水平已經(jīng)與節(jié)能燈持平，大概每2000萬流明小時(shí)的消耗是3900兆焦（MJ）。這個(gè)能耗僅為白熾燈的1/4，白熾燈的能耗為每個(gè)功能單位15100MJ。但是，如果2015年，LED燈的能耗水平能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的話，屆時(shí)其生命周期總能耗將只有目前水平的1/2。此外，所有三種類型的照明產(chǎn)品當(dāng)中，使用環(huán)節(jié)是能源消耗最多的環(huán)節(jié)，平均占其整個(gè)生命周期能源消耗的90%。接下來分別是生產(chǎn)環(huán)節(jié)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)。運(yùn)輸環(huán)節(jié)能源消耗在整個(gè)生命周期能源消耗中所占的比例不到1%。生產(chǎn)環(huán)節(jié)能源消耗所占比例是最不確定的，不同產(chǎn)品該環(huán)節(jié)的能耗比例為0.1%～27%，平均值是7%。