Projekt termiczny w zanurzalnych oprawach LED: dokąd ucieka ciepło

Oprawa zanurzeniowa pracuje jednocześnie w najlepszym i najgorszym dostępnym środowisku termicznym. Woda odprowadza ciepło znacznie skuteczniej niż powietrze, a szczelna obudowa prawie nie zapewnia dostępu ciepła do niej. Każda decyzja dotycząca budowy podwodnego światła jest decyzją dotyczącą tej sprzeczności.

Uszczelniona obudowa stanowi problem termiczny, zanim stanie się problemem z uszczelnieniem

Uszczelnienie i konstrukcja termiczna ciągną w przeciwnych kierunkach. Grubsza ścianka uszczelnia bardziej niezawodnie i zwiększa opór przepływu ciepła. Mieszanka do zalewania chroni elektronikę przed wodą, a także ją otacza, dzięki czemu ciepło musi przez nią przechodzić. Zdejmowana pokrywa zapewniająca dostęp do zabieraka oznacza uszczelkę dociskową, a uszczelka dociskowa jest złączem, które z czasem może przeciekać.

W rezultacie oprawa zanurzeniowa nie jest szczelną lampą z przykręconym problemem termicznym. Jest to konstrukcja termiczna wymagająca uszczelnienia, a z tego wynika geometria obudowy, grubość ścianki, materiał i sposób mocowania wewnętrznego.

Dla kupującego jest to powód, dla którego dwie oprawy o tej samej liczbie diod LED i tej samej mocy mogą zachowywać się inaczej w ciągu pięciu lat. Kostka zachowuje się identycznie. Różnica polega na tym, jak szybko ciepło je opuszcza.

Ścieżka ciepła, krok po kroku

Ciepło z diody LED przemieszcza się wzdłuż łańcucha, a każdy etap łańcucha ma opór cieplny. Suma decyduje o temperaturze złącza.

Złącze do pakietu, ustalone przez producenta LED

Pakiet do płytki, ustawiony przez złącze lutowane i konstrukcję podkładki

Płytka do obudowy, ustalana przez materiał styku i docisk

Przez ściankę obudowy, wyznaczoną przez materiał i jego grubość

Od powierzchni obudowy do wody, ustalana na podstawie powierzchni i ruchu wody

W kroku trzecim i czwartym producent ma największy wpływ, a w kroku trzecim tanie projekty dają najwięcej. Metalowa-płyta nośna przymocowana do obrobionej powierzchni dobrze przewodzi ciepło. Ta sama płytka umieszczona na pomalowanej powierzchni bez materiału interfejsu słabo ją przenosi, a różnica objawia się wyższą temperaturą złącza przy tej samej mocy.

Krok piąty należy do instalacji, a nie do produktu, dlatego też armatura może działać inaczej w dwóch umywalkach tej samej wielkości. Więcej na ten temat poniżej.

Dlaczego woda nie jest po prostu dobrym radiatorem?

Przewodność cieplna wody jest wielokrotnie większa od przewodności cieplnej powietrza, a porównanie to przytacza się tak, jakby rozstrzygało kwestię. Tak nie jest, ponieważ przewodzenie do wody zależy od ruchu wody.

Woda w kontakcie z ciepłą powierzchnią tworzy warstwę graniczną, która ją izoluje. W wodzie stojącej warstwa ta gęstnieje i przenikanie ciepła zanika. W poruszającej się wodzie jest ona stale usuwana na bok, a przenikanie ciepła pozostaje wysokie. Oprawa w stawie bez cyrkulacji i ta sama oprawa w niecce fontanny z pracującą pompą to dwie różne instalacje cieplne.

Trzy dalsze efekty mają znaczenie w obsłudze:

Uwięzione powietrze. Oprawa zamontowana pod półką lub z powierzchnią skierowaną w dół może utrzymać kieszeń powietrzną na jej górnej powierzchni. Powietrze jest izolatorem, a kieszeń jest niewidoczna znad wody.

Depozyty. Biofilm, glony i kamień wapniowy mają niską przewodność cieplną. Obudowa z widoczną powłoką to obudowa, która utraciła część swojego chłodzenia.

Osad. Oprawa do połowy-zakopana w mule w rzadko czyszczonym zbiorniku straciła większość powierzchni, do której została zaprojektowana.

Żadna z nich nie jest wadą produkcyjną. Są to warunki eksploatacyjne i specyfikacja zakładająca przepływ czystej wody powinna tak mówić, bo na takim założeniu opierał się projekt termiczny.

Tj, Tc i dlaczego można zmierzyć temperaturę obudowy

Producenci diod LED publikują maksymalną temperaturę złącza, zwykle około 125 lub 150 stopni, w zależności od opakowania. Złącze znajduje się wewnątrz matrycy i nie można go zmierzyć bezpośrednio w gotowej oprawie.

Można zmierzyć temperaturę obudowy, a producenci ustalają zależność między nimi dla danego projektu. Właśnie dlatego raporty LM-80 są tworzone przy określonych temperaturach obudowy, a nie przy temperaturze otoczenia: temperatura obudowy jest warunkiem brzegowym, który łączy wynik laboratoryjny z rzeczywistym produktem.

Dwie konsekwencje dla kupujących:

Kiedy dostawca podaje dane dotyczące utrzymania strumienia świetlnego, zapytaj, w jakiej temperaturze obudowy została zmierzona i jak to się ma do temperatury obudowy gotowej oprawy w trakcie użytkowania.

Określając urządzenie, opisz warunki pracy, a nie tylko wymagania elektryczne. Zakres temperatury wody, przepływ i to, czy oprawa jest kiedykolwiek wystawiona na działanie powietrza, to parametry wejściowe, od których zależy projekt termiczny.

Kierowca jest zwykle pierwszą rzeczą, która ulega awarii

Pakiet LED jest solidny i przewidywalny. Zasilacz też nie, ponieważ zawiera kondensatory elektrolityczne, których żywotność zmniejsza się o połowę mniej więcej co dziesięć stopni wzrostu temperatury.

W oprawie zanurzeniowej sterownik znajduje się w najgorszym dostępnym miejscu: szczelnym, bez przepływu powietrza, często w sąsiedztwie diod LED, które napędza. Zabierak w takiej pozycji jest elementem ulegającym zużyciu, a nie elementem trwałym.

To najmocniejszy argument przemawiający za rozdzieleniem tych dwóch kwestii. Konstrukcja z przetwornikiem poza wodą, po suchej stronie, w wentylowanej obudowie lub pomieszczeniu technicznym, powoduje przeniesienie najbardziej wrażliwego na temperaturę komponentu z najgorszego środowiska termicznego i zmianę trybu awaryjnego całego systemu.

Jeśli konieczne jest zintegrowanie sterownika, praktyczne pytania dotyczą tego, czy oprawę można otworzyć w celu jej wymiany i czy zamienna część jest częścią magazynową. Zapieczętowane urządzenie z uszkodzonym sterownikiem stanowi kompletną wymianę osprzętu, a jej koszt jest zdominowany przez dostęp.

Praca na sucho: co się dzieje, gdy pompa się zatrzyma, a światła pozostaną włączone

Oprawa zanurzeniowa zaprojektowana jest z wodą po drugiej stronie obudowy. Usuń wodę, a ostatni etap ścieżki ciepła zostanie zastąpiony przez powietrze, które jest około dwudziestokrotnie gorsze jako przewodnik i nieskończenie gorsze bez konwekcji w zamkniętym basenie.

Konsekwencje pojawiają się w określonej kolejności:

Temperatura obudowy wzrasta, podobnie jak temperatura złącza

Strumień świetlny spada, ponieważ wydajność diod LED spada wraz z nagrzewaniem się matrycy

Kolory się zmieniają, ponieważ kanały dryfują z różną szybkością

Kondensatory sterownika starzeją się szybciej

Naprężenie termiczne powoduje cykliczne zmiany w uszczelce, a uszczelka jest kolejną awarią

Funkcja włączająca światła, gdy pompa jest wyłączona, robi to za każdym razem. Może przetrwa pierwszy sezon. Nie osiągnie okresu użytkowania opisanego w arkuszu danych, ponieważ arkusz danych opisuje inny stan.

Rozwiązaniem jest decyzja kontrolna, a nie decyzja dotycząca produktu. Połącz oświetlenie z pompą, aby nie mogły działać bez przepływu, lub użyj oprawy, której konstrukcja termiczna toleruje ekspozycję na powietrze, i powiedz, który z nich ma zastosowanie w specyfikacji. Trzecia opcja, bieganie bez płynności i akceptacja skróconego życia, jest uzasadnionym wyborem komercyjnym, o ile wszyscy uczestnicy rozmowy wiedzą, że takiego wyboru dokonuje się.

Należy umieścić warunki pracy w specyfikacji, zamiast pozostawiać je do wywnioskowania, a tam, gdzie zbiornik nie może zagwarantować przepływu, należy traktować blokadę jako część zakresu elektrycznego, a nie jako instrukcję obsługi.

Doniczkowa lub nadająca się do użytku:-kompromis w prostych słowach

Dominują dwie rodziny konstrukcyjne.

W pełni doniczkowy. Elektronika jest zamknięta w mieszance wewnątrz obudowy. Rozprzestrzenianie się ciepła jest dobre, uszczelnienie jest najsolidniejsze i nie ma żadnych wewnętrznych połączeń, które mogłyby przeciekać. Nie da się go również naprawić: w przypadku awarii sterownika oprawa zostaje wymieniona.

Zapieczętowane, ale można je otworzyć. Dostęp do sterownika i uszczelki jest możliwy. Możliwe są części zamienne i długa żywotność, a zadanie uszczelniania jest trudniejsze, ponieważ istnieje złącze ściskane, które musi być wykonane prawidłowo,-i ponownie prawidłowo wykonane po każdej interwencji.

Wyboru dokonuje się zwykle na podstawie tego, czy można spuścić wodę. Basen, który jest opróżniany co roku, może pomieścić armaturę doniczkową, ponieważ wymiana jest planowana, a nie zakłócająca porządek. Nigdy nie opróżniana umywalka lub basen będący w ciągłym użyciu przemawiają za armaturą, do której części eksploatacyjnych można dotrzeć bez konieczności poruszania się metrem sześciennym wody.

Co faktycznie pokazuje test termiczny

Test termiczny oprawy zanurzeniowej nie jest pojedynczym pomiarem. Jest to zestaw pomiarów wykonywanych do momentu, aż temperatura przestanie rosnąć, w warunkach, które muszą zostać określone, aby wynik miał jakiekolwiek znaczenie.

Co daje przydatny raport z testu:

Temperatura wody podczas badania oraz to, czy była utrzymywana na stałym poziomie, czy też mogła dryfować

Czy woda była spokojna, czy krążyła i w jakim tempie, jeśli jest to znane

Temperatura obudowy w określonym punkcie pomiarowym i położenie tego punktu

Moc faktycznie pobrana podczas testu, a nie wartość nominalna

Czas trwania i dowody osiągnięcia stanu stacjonarnego

Ostatni element to miejsce, w którym widoczne są przyspieszone testy. Oprawa z odlaną metalową obudową ma znaczną masę termiczną, a obudowa nagrzewa się powoli. Test, który kończy się po trzydziestu minutach, mierzy nagrzewanie się obudowy, a nie stan, w jakim urządzenie będzie działać przez sześć godzin. Jeżeli w raporcie nie jest podany czas namaczania, podana w nim temperatura obudowy jest tymczasowa.

Dla kupującego praktyczne wykorzystanie raportu termicznego jest raczej porównaniem niż absolutną oceną. Można porównać ze sobą dwóch dostawców testujących te same opisane warunki. Nie można w ogóle porównać dwóch dostawców podających tę samą temperaturę obudowy bez warunków testowych.

Co określić

Zapisz je w specyfikacji, a projekt termiczny będzie miał coś do sprawdzenia:

Zakres temperatur wody w użytkowaniu, w tym najzimniejsza i najcieplejsza oczekiwana

Czy woda porusza się, czy stoi w miejscu mocowania, oraz zakładany przepływ

Czy oprawa może być kiedykolwiek zasilana bez wody, a jeśli tak, to jak długo

Maksymalna temperatura powietrza, gdy umywalka jest pusta, a oprawa wystawiona jest na bezpośrednie działanie promieni słonecznych

Czy sterownik jest zintegrowany czy zdalny, a jeśli zdalny, gdzie jest zainstalowany

Czy armatura musi pozostać zdatna do użytku, jeśli nigdy nie jest opróżniana

Gdzie siedzimy

Budujemy oprawy podwodne ze sterownikiem zintegrowanym lub zdalnym i podajemy warunki pracy, jakie zakłada projekt termiczny, zamiast pozostawiać je do oceny. Jeżeli oświetlenie basenu działa niezależnie od pompy, zalecamy blokadę i dostarczamy szczegółowe informacje o okablowaniu.

Jeśli w Twoim systemie oświetlenie nie jest gwarantowane, powiedz to na etapie zapytania. Podwodne światło IP68 iLampa fontannowa 12Vto różne obudowy termiczne, a odpowiedź zmienia się wraz z montażem. Naszprofil firmyopisuje sposób, w jaki radzimy sobie z pytaniami aplikacyjnymi.

Sprawdzanie zastosowania wody-na sucho lub-niegazowanej

Podaj nam harmonogram pompy, typ zbiornika i pozycję montażową, a my powiemy Ci, który z naszych modeli pasuje do danego zastosowania, a który nie.