不同照明技术产品全生命周期能量消耗对比

与各种传统照明技术相比，LED照明在节能和提高照明质量方面具有更好的潜力。但是要准确评估一项照明技术在节能和环保方面的效果，需要对该项产品从加工制造到废弃处理整个生命周期的资源和能效消耗进行全过程的评估。近日，美国能源部基于现有的关于照明产品生命周期的研究资料，就白炽灯、节能灯(CFL)、LED灯从生产、运输到最终使用环节的总能耗进行了对比研究，并发布了一项名为《白炽灯、紧凑型节能灯和LED灯具在全生命周期内的能量消耗对比研究》的研究报告。
评估比较过程的三个阶段
1.基于现存生命周期评估(LCA)文献基础上的LED灯具和其他类型灯具的能源消耗比较;
2.LED生命周期研究包括了生产、运输、使用和废弃处理过程中直接或间接的材料投入和过程加工投入;
3.各种灯具从购买、拆装和化学检测等各个方面进行研究来检测是否有潜在的危险物质积聚而超出了危险物质排放标准。
上游能源消耗和下游能源节约的潜在的不平衡性使得一些机构开始采用生命周期分析法来量化LED照明产品在其生命周期内的能源消耗影响。该报告的目标就是根据先前的研究来评估LED灯具和其他类型灯具能源消耗差异。该报告分析了几种现有的生命周期评估研究，其中包括了学术出版物也包括了生产报告和独立的调研报告。报告分析回答了下面三个问题：
1.LED灯具在其生命周期的每个阶段(生产、运输等)能源消耗各是多少?
2.LED灯具生命周期内的能源消耗如何区别于白炽灯和CFL?
3.LED灯具产品在生命周期内的能源消耗将来会出现何种变化趋势?
该报告是美国能源部首次启动的一个较大型的研究项目，研究不同照明技术生产、流通、使用全过程中的资源和环境消耗。报告中所采用的研究数据大部分来自于既有的能源消耗全过程研究报告。为了对各种照明产品生命周期内的全过程能源消耗进行综合的对比研究，该报告所引用的公开研究材料多达10种。
白炽灯、节能灯、LED灯分别代表着不同的照明技术，根据这些技术生产出的产品各有其性能特征。如前所述，报告中引用的已发行的这10种生命周期分析是研究了大量的不同规格、不同类型的灯具。因此，在评估每个灯具的能源消耗时，关于白炽灯和CFL的现有的性能特征的依据就是现有文献对产品的分析。对于LED灯具来说，为了使当前的分析可行并兼顾对未来产品的分析，LED产品的性能特征的依据就是美国能源部发布的《2011年DOE半导体照明多年规划方案》。
由于每只灯具的流明输出和使用寿命都不一样，为了保证产品生命周期能耗分析的一致性，研究中选用了一种叫2000万流明-小时的功能单位。这种功能单位代表了一只60W LED灯具在使用寿命期内所提供的照明服务。因为白炽灯和CFL的使用寿命比LED灯具的使用寿命要短很多，单只白炽灯或者CFL比上述功能单位提供的照明服务时长要少很多。因此，需要用到多只灯具才能达到等量的照明效果，所以生命周期全过程能量消耗的测算会以单只灯具的能源消耗乘以灯的数量。
不同阶段灯具能源消耗的测算
生产阶段的能源消耗，包括主要原材料的获得、原材料的加工、生产加工和组装环节。关于白炽灯、CFL、LED灯生产阶段的能源消耗，完全基于现有的LCA研究。这些数据包括生产阶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，还包括灯具器件拆分而产生的能源消耗数据 (包括存货消耗)。
运输阶段是指包装好了的产品从生产车间运输到零售终端的过程。生产环节之前的原材料等的运输则视作并计入生产阶段。关于产品运输过程对能源消耗的影响的研究比较少，已有研究对能源消耗的测算帮助不大。因此，该报告中运输阶段的能源消耗是独立分析研究的。为了计算运输环节中的能源消耗，每项照明技术产品的源产地均需考虑在内。因此，该项研究把运输距离的长短、运输工具的类型和荷载等因素考虑在内，对每个功能单位在运输过程中的能源消耗进行了测算研究。
使用阶段能源消耗的测算是基于不同照明产品的额定功率、流明输出值等数据来进行的。但评估中型螺口灯产品使用阶段能耗时，需要着重考虑《2007能源独立和安全法案》。该法案规定了中型螺口通用白炽灯的最高功率，该规定的有效期限是2012-2014年。无卤素白炽灯产品，例如该项报告中所提到的60W的白炽灯，是不太可能满足这项能源保护方面的规定的。因此《2009能源独立和安全法案》有望引导市场向更加节能的照片产品方面进行转型，例如符合标准的卤素灯、CFL以及LED灯具。尽管卤素灯有可能在未来市场中占有越来越重要的地位，但是由于缺少生产加工环节的能源数据，所以这类产品的生命周期全过程能源消耗没有纳入到这个研究报告当中。不过，报告中用到了卤素灯在使用阶段的能耗数据，以与其他照明产品进行对比。
LED灯的生产、运输到使用过程中总能耗的平均水平已经与节能灯持平，大概每2000万流明小时的消耗是3900兆焦(MJ)。这个能耗仅为白炽灯的1/4，白炽灯的能耗为每个功能单位15100MJ。但是，如果2015年，LED灯的能耗水平能够达到预期目标的话，届时其生命周期总能耗将只有目前水平的1/2。此外，所有三种类型的照明产品当中，使用环节是能源消耗最多的环节，平均占其整个生命周期能源消耗的90%。接下来分别是生产环节和运输环节。运输环节能源消耗在整个生命周期能源消耗中所占的比例不到1%。生产环节能源消耗所占比例是最不确定的，不同产品该环节的能耗比例为0.1%～27%，平均值是7%。