不同照明技術(shù)產(chǎn)品全生命周期能量消耗對比

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。但是要準確評估一項照明技術(shù)在節(jié)能和環(huán)保方面的效果，需要對該項產(chǎn)品從加工制造到廢棄處理整個生命周期的資源和能效消耗進行全過程的評估。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)、運輸?shù)阶罱K使用環(huán)節(jié)的總能耗進行了對比研究，并發(fā)布了一項名為《白熾燈、緊湊型節(jié)能燈和LED燈具在全生命周期內(nèi)的能量消耗對比研究》的研究報告。
評估比較過程的三個階段
1.基于現(xiàn)存生命周期評估(LCA)文獻基礎(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)檢測等各個方面進行研究來檢測是否有潛在的危險物質(zhì)積聚而超出了危險物質(zhì)排放標準。
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。該報告的目標就是根據(jù)先前的研究來評估LED燈具和其他類型燈具能源消耗差異。該報告分析了幾種現(xiàn)有的生命周期評估研究，其中包括了學(xué)術(shù)出版物也包括了生產(chǎn)報告和獨立的調(diào)研報告。報告分析回答了下面三個問題：
1.LED燈具在其生命周期的每個階段(生產(chǎn)、運輸?shù)?能源消耗各是多少?
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)的能源消耗將來會出現(xiàn)何種變化趨勢?
該報告是美國能源部首次啟動的一個較大型的研究項目，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告。為了對各種照明產(chǎn)品生命周期內(nèi)的全過程能源消耗進行綜合的對比研究，該報告所引用的公開研究材料多達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，在評估每個燈具的能源消耗時，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)有文獻對產(chǎn)品的分析。對于LED燈具來說，為了使當前的分析可行并兼顧對未來產(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-小時的功能單位。這種功能單位代表了一只60W LED燈具在使用壽命期內(nèi)所提供的照明服務(wù)。因為白熾燈和CFL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)時長要少很多。因此，需要用到多只燈具才能達到等量的照明效果，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)。
運輸階段是指包裝好了的產(chǎn)品從生產(chǎn)車間運輸?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輸則視作并計入生產(chǎn)階段。關(guān)于產(chǎn)品運輸過程對能源消耗的影響的研究比較少，已有研究對能源消耗的測算幫助不大。因此，該報告中運輸階段的能源消耗是獨立分析研究的。為了計算運輸環(huán)節(jié)中的能源消耗，每項照明技術(shù)產(chǎn)品的源產(chǎn)地均需考慮在內(nèi)。因此，該項研究把運輸距離的長短、運輸工具的類型和荷載等因素考慮在內(nèi)，對每個功能單位在運輸過程中的能源消耗進行了測算研究。
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)來進行的。但評估中型螺口燈產(chǎn)品使用階段能耗時，需要著重考慮《2007能源獨立和安全法案》。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，例如該項報告中所提到的60W的白熾燈，是不太可能滿足這項能源保護方面的規(guī)定的。因此《2009能源獨立和安全法案》有望引導(dǎo)市場向更加節(jié)能的照片產(chǎn)品方面進行轉(zhuǎn)型，例如符合標準的鹵素?zé)簟FL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研究報告當中。不過，報告中用到了鹵素?zé)粼谑褂秒A段的能耗數(shù)據(jù)，以與其他照明產(chǎn)品進行對比。
LED燈的生產(chǎn)、運輸?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2000萬流明小時的消耗是3900兆焦(MJ)。這個能耗僅為白熾燈的1/4，白熾燈的能耗為每個功能單位15100MJ。但是，如果2015年，LED燈的能耗水平能夠達到預(yù)期目標的話，屆時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)和運輸環(huán)節(jié)。運輸環(huán)節(jié)能源消耗在整個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%。