EN
Kodėl jūsų aukštos galios LED gatvės lemputė perkaista – ir kokį aušinimo dizainą reikia taikyti, kad tai išspręstumėte
120 W LED gatvės lempa paverčia apytiksliai 35–40 % įvestosios elektros energijos šviesa ir 60–65 % – šiluma, t. y. apie 72–78 W šiluminės energijos, kurią reikia nuolat perduoti iš LED sandūros į aplinkos orą po 12 valandų kas naktį, 365 naktis per metus, dešimt metų. Jei šiluma kaupiasi LED sandūroje greičiau, nei šviestuvo korpusas gali ją išsklaidyti, sandūros temperatūra pakyla virš kritinės 85 °C ribos – taško, kuriame LED šviesos srauto mažėjimas paspartėja nuo palaipsniui mažėjančių 3–5 % per 10 000 valandų iki katastrofiškų 20–30 % praradimo per tą patį laikotarpį, o LED gatvės lempa, kurios L70 trukmė buvo įvertinta kaip 50 000 valandų, pasiekia L70 tik po 20 000 valandų.
Šilumos šalinimo grandinėje LED gatvės lempos turi keturis grandinės grandis, o silpniausia grandis nulemia sandūros temperatūrą. Grandis 1: šiluminė sąsaja tarp LED mikroschemos ir metalinio šerdies spausdintinės plokštės (MCPCB) – ši sąsaja yra arba litavimo jungtis, arba šiluminis klijų sluoksnis, kurio storis apytiksliai 50–100 mikronų ir kuris turi perduoti šilumą su minimalia šilumine varža (mažesne nei 1,5 °C/W aukštos galios taikymuose). Grandis 2: sąsaja tarp MCPCB ir aliumininio šilumos išsiskyrimo įrenginio – paprastai šiluminis tepalas arba šiluminis padas, užpildantis mikroskopines oro plyšius tarp dviejų paviršių, nes oras yra 10 000 kartų blogesnis šilumos laidininkas nei aliuminis. Grandis 3: pats aliumininis šilumos išsiskyrimo įrenginys – liejimo formos korpusas su integruotais šilumos išsiskyrimo gaubtais, kuris padidina paviršiaus plotą, veikiamą aplinkos oro, 10–20 kartų lyginant su plokščiu paviršiumi to paties matmens. Grandis 4: neaktyvioji konvekcija – natūralus oro srautas virš šilumos išsiskyrimo gaubtų, kurį sukelia temperatūros skirtumas tarp karšto gaubto paviršiaus ir šaltesnio aplinkos oro. Be ventiliatorių, be siurblių – LED gatvės lempa turi šalinti 78 vatų šilumą tyliu būdu ir be judančių dalių, nes bet kuris mechaninis aušinimo įrenginys įveda gedimo tašką, kuris sugenda anksčiau nei LED elementai.
HAIROLUX – nacionalinė aukštosios technologijos įmonė, daugiau nei 13 metų gaminanti LED lauko apšvietimo įrangą. Ji projektuoja LED gatvių lempų korpusus iš lydymo būdu formuoto aliuminio su optimizuota šilumos laidumo plokščių geometrija – plokščių tarpai, aukštis ir storis apskaičiuojami konkrečiam galios diapazonui (30–120 W saulės energijos varomoms LED gatvių lempoms ir iki 150 W tinklo maitinamoms LED gatvių lempoms), kad būtų pasiektas optimalus šilumos atidavimo našumas kartu su konstrukcinės standumo, svorio ir atramos stulpe veikiančios vėjo apkrovos atsparumo pusiausvyra.
Projektavimo elementai, kurie nulemia arba sugenda aušinimo našumą
LED gatvės lemputės korpuso šilumos laidžiųjų spindulių geometrija turi subalansuoti tris priešingus reikalavimus. Platesnis spindulių tarpas (8–12 mm tarp spindulių) gerina aktyvią konvekciją, nes oras laisviau cirkuliuoja tarp spindulių, tačiau sumažina bendrą šilumos perdavimui naudojamą spindulių paviršiaus plotą. Siauresnis tarpas (4–6 mm) padidina paviršiaus plotą, bet riboja oro srautą, o dėl to siaurose kanaluose susikaupianti šiluma iš tikrųjų gali padidinti jungties temperatūrą, nepaisant didesnio paviršiaus ploto – tai netikėtas rezultatas, patvirtintas šiluminiais modeliavimais. HAIROLUX LED gatvės lemputės korpusai, pagaminti iš lydymo liejimo aliuminio, naudoja optimizuotą šilumos laidžiųjų spindulių tarpą, kuris kiekvienam gaminio vatiniam diapazonui patvirtintas šiluminiu modeliavimu; korpusas veikia tiek kaip konstrukcinis apsauginis korpusas (IP65/IP66 sandarumo klasės prieš drėgmę), tiek kaip pagrindinis šilumos laidžiųjų spindulių elementas – dvigubojo paskirties projektavimas, pašalinantis atskirą šilumos laidžiųjų spindulių elemento ir korpuso sąsają, kuri pridėtų šiluminės varžos.
Realusis taikymas: Vidurio Rytų greitkelio šiluminis išlikimo testas
Šviesos projektas Saudo Arabijoje numatė 150 W LED gatvės lempų įrenginius ant 12 m aukščio stulpų palei dykumų greitkelį, kur vasarą aplinkos temperatūra dieną reguliariai viršija 45 °C, o naktį lieka aukštesnė nei 35 °C – sąlygos, kurios žymiai sumažina LED gatvės lempų pasyvią konvekcijos aušinimą, nes šilumos atidavimo paviršiaus ir aplinkos oro temperatūrų skirtumas sumažėja nuo ~50 °C (25 °C aplinkos temperatūroje) iki ~25 °C (45 °C aplinkos temperatūroje). Projekte pradžioje buvo įrengtos LED gatvės lempos iš tiekėjo, kuris nebuvo patvirtinęs jų šiluminių charakteristikų veikimui aukštoje aplinkos temperatūroje – per 18 mėnesių šviesos srautas sumažėjo 25–30 %, nepasiekdamas greitkelio minimalaus apšvietimo reikalavimų.
Valdžios institucija pakeitė sugenda LED gatvės šviestuvų vienetus HAIROLUX šviestuvais, kurie yra specialiai sukurti aukštai aplinkos temperatūrai: padidintas šilumos laidymo plokščių paviršiaus plotas (gilesnės plokštelės, ištemptas korpuso ilgis), aukštesnės našumo šilumos tarpinė medžiaga tarp daugiasluoksnio spausdintosios plokštės su LED ir šilumos laidymo plokštelės bei LED valdikliai, pritaikyti veikti 70 °C aplinkos temperatūroje, o ne standartinėje 50 °C. Po 3 metų veikimo tose pačiose dykumų sąlygose šviesos srauto nuosmukis buvo išmatuotas 8 % – tai atitinka numatomą L70 trajektoriją 50 000+ valandų tarnavimo laikotarpiui. HAIROLUX LED gatvės šviestuvo šiluminis projektavimas įrodė, kad aukštai aplinkos temperatūrai veikti galima tik inžineriniais sprendimais, o ne dėl LED technologijos inherentinių apribojimų.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kokia yra maksimali saugi LED sandūros temperatūra?
85 °C yra pramonės standartinė didžiausia sandūros temperatūra ilgalaikiam LED gatvės lemputės veikimui. Virš 85 °C šviesos srauto nuosėda paspartėja netiesiškai. Esant 105 °C, LED lemputė, kurios L70 trukmė yra 50 000 valandų, gali pasiekti L70 jau po 15 000 valandų. HAIROLUX LED gatvės lemputėms skirtų šilumos valdymo sistemų projektavimas užtikrina, kad sandūros temperatūra blogiausiomis aplinkos sąlygomis liktų žemesnė nei 80 °C.
Kodėl naudoti aliuminį LED gatvės lemputėms skirtoms korpusams?
Aliuminio šilumos laidumas yra apytiksliai 200 W/m·K – maždaug 800 kartų geriau nei plastiko (0,25 W/m·K) ir 5 kartus geriau nei plieno (40 W/m·K). Lydyto aliuminio korpusai taip pat užtikrina konstrukcinį stiprumą, korozijos atsparumą ir visišką perdirbamumą. HAIROLUX LED gatvės lemputėms skirti korpusai pagaminti iš lydyto aliuminio su integruotomis šilumos šalinimo plokštelėmis.
Ar aktyvus aušinimas (ventiliatoriai) gali padidinti LED gatvės lemputės tarnavimo laiką?
Aktyvus aušinimas trumpuoju laikotarpiu sumažina sandūros temperatūrą, tačiau įveda ventiliatorių, kurio tipiškas tarnavimo laikas yra 30 000–50 000 valandų – trumpesnis nei šviesos diodų gatvės lemputės 50 000+ valandų reitingas. Kai ventiliatorius sugenda, šviesos diodų sandūros temperatūra staigiai pakyla ir šviesos diodai greitai susidėvi. Pasyvus aušinimas (šilumos atitrauktuvas + natūralioji konvekcija) neturi jokių judančių dalių ir neturi jokių gedimo būdų – tai pageidautinas šviesos diodų gatvės lemputėms ilgaamžiškumo požiūriu projektavimo sprendimas.
Kaip dulkių kaupimasis veikia šviesos diodų gatvės lemputės aušinimą?
Dulkių sluoksnis ant šilumos atitrauktuvo plokščių veikia kaip izoliacinis sluoksnis ir sumažina šilumos perdavimą į aplinkos orą 5–15 %, priklausomai nuo nusėdusių dulkių storio. Savivalantis valymasis užtikrinantis plokščių konstrukcija – plokščių paviršiai su nuolydžiu žemyn ir lygiu paviršiumi – sumažina dulkių kaupimąsi palyginti su horizontaliais paviršiais. HAIROLUX plokščių geometrija atsižvelgia tiek į šiluminę našumą, tiek į teršalų atsparumą.
Ar šviesos diodų gatvės lemputės IP reitingas veikia aušinimą?
Aukštesnės IP klasifikacijos (IP66 prieš IP65) užtikrina geresnę drėgmės ir dulkių apsaugą, tačiau gali riboti vidinį oro srautą, dėl ko šiluma įstrigsta sandariame korpuso viduje. Optimalus projektavimas subalansuoja sandarinimą (dėl aplinkos apsaugos) su šilumos laidumo keliais, kurie apeina sandarinamą tūrį – šiluma perduodama per korpuso sienelę laidumu, o ne per sandarinamą orą konvekcija. HAIROLUX IP65/IP66 LED gatvės lempų projektavime naudoja būtent šį laidumo kelių metodą.
Kaip patikrinti LED gatvės lempos šiluminę našumą?
Paprašykite gamintojo šiluminio modeliavimo ataskaitos, kurioje būtų nurodyta sąryšio temperatūra esant projektui numatytai maksimaliai aplinkos temperatūrai, o ne laboratorinėms sąlygoms (25 °C). Paprašykite LM-80 bandymų duomenų konkrečiai naudojamai LED modeliui ir TM-21 prognozių, kuriose būtų įvertinta lempos faktinė vietos sąryšio temperatūra (ne gamintojo nurodyta idealios sąlygos temperatūra). HAIROLUX pateikia šilumines dokumentacijas kartu su projektų pasiūlymais.