散热器辐射分析研究
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纳米远红外辐射散热技术的研究深圳市易特照明有限公司总工程师苏遵惠高级工程师贺苏娟关键词:纳米远红外辐射散热研究内容摘要:一种具有纳米远红外辐射散热(以下简称“辐射散热”)技术的LED 照明灯具,其采用纳米远红外材料和辐射散热技术,使LED工作时产生的热能经远红外纳米材料转换成远红外光能,以光能形式向外辐射,不仅散热速度远快于热传导和热对流、LED的结温大幅度降低,还可使灯具的光衰减小、延长使用寿命和持续光效较大幅度提升;而且不需要散热片,使LED照明灯具体积减小,重量大幅度下降,节约大量铝材,并使制造工艺简化和成本下降。
一、研究背景:近年来,LED(发光二极管)照明以其高效、节能、环保、健康的优势,逐步从信号指示、交通指示到室内照明、道路照明、汽车照明及视频显示等诸方面得到广泛应用。
特别是2010年以来,商品级LED芯片的发光效率达到100lm/W,标示着LED 通用照明时代的到来。
LED从发明到应用,虽然其发光效率每年有一定的提升,特别是近5年来,每年提高的速度均在10%-20%左右。
相比传统光源有很大的优势,如比较白炽灯节电90%以上,比荧光灯节电50%左右。
但由于LED的理论发光效率为370 lm/W左右,可见LED 工作时仍有70%的电能转换成热能,解决LED照明灯具和背光源、显示器的导热和散热问题,成了LED照明学科中的一大难题。
特别是在面积较小的电路板(PCB)上,如果没有良好的导热、散热系统,LED贴片在铝基电路板上几乎不能正常工作,只要3——5分钟的点亮时间就会将LED烧毁;即使不烧毁,LED的发光效率也会随着结温的升高很快下降。
所以,如何将芯片发出的热量导出、并排出灯具以外,是LED照明技术的研究、制造单位长期以来研究的重要课题之一。
现有技术热能的导出和散发一般采用导热胶加散热片、热管传导、甚至有的路灯、隧道灯中采用电风扇强制排热的办法。
以上散热办法,要么因从LED芯片到散热片之间热阻较大,散热片有效散热面积不够,或散热片材质不佳,或散热器形状设计不合理,不仅芯片上产生热量累积,使结温升高,光效降低,1导致LED灯具光衰严重和使用寿命难以达到其理论寿命;要么增加庞大的散热器;特别是热管和电风扇的使用,更是“本末倒置”,增大体积、增加重量、成本较大幅度的增加,使产品价格高居不下,这就是至今LED照明灯具停留在政府采购的路灯、隧道灯;政府部门办公室照明等有限的使用范围内,难以尽快的迈进通用照明领域的根本原因。
散热器供暖与低温地板辐射供暖分析对比摘要:以天津地区的某一办公建筑为例建立物理模型,根据房间的热负荷并通过CFD软件对其进行数值模拟分析,对比在室内安装散热器与低温地板辐射两种供暖方式下的差异性。
结果表明:低温地板辐射供暖与散热器供暖相比,在热舒适性、降低能耗、热稳定性及其他方面均更胜一筹。
关键词:散热器供暖低温地板辐射供暖数值模拟前言散热器供暖与低温地板辐射供暖已经成为了我国冬季采暖必不可少的两种方式。
随着生活水平的提高,人们对生活的要求已然不只是单纯的解决温饱问题,而是对更高水平质量的追求,为此在CFD模拟分析以及前辈们的研究上对比两种采暖方式的特征性能,以便为居民提供更优质的选择。
1、建立模型1.1物理模型以天津市某单层办公建筑的同一房间为例,房间位于一层中间位置(如图1),高3.6m,开间、进深分别为4m与9.8m。
外墙为保温外墙,结构为20mm水泥砂浆、240mm砖墙、120mm加气混凝土、20mm水泥砂浆,传热系数K为1.08W/(m2·K),热惰性指标D 为5.56(如图2)[1];外窗为单框中空塑钢窗,空气层厚度为12mm,玻璃厚度为6mm,传热系数K为3.0W/(m2·K)[1];屋顶结构为30mm混凝土压顶板、30mmEPS挤塑板、防水层、20mm水泥砂浆找平、100mm水泥炉渣找坡(平均厚度)、120mm钢筋混凝土、25mm水泥砂浆,传热系数K为0.72W/m2·K,热惰性指标D为3.29(如图3)[1];地面为不保温地面。
图1设计房间平面示意图图2外墙结构图图3屋顶结构图1.2计算模型=-7.5℃,空气密度ρ=1.33kg/m3,比热天津市供暖室外计算温度tw=1.0kJ/kg·K,冬季室外平均风速v=2.1m/s[1]。
pj围护结构基本耗热量式中,K—围护结构的传热系数,W/(m2·K);F—围护结构的面积,m2;—冬季室内计算温度,℃;—供暖室外计算温度,℃;α—围护结构的温差修正系数。
散热器、地板辐射查验【知识点】1.检测标准的选取2.检测步骤【技能点】能够利用检测仪器对散热器、地板辐射采暖系统进行检测【学习内容】本节内容主要学习如何检测散热器、地板辐射采暖系统安装是否安全可靠,有无安全隐患。
查验内容:散热器、地板辐射采暖系统一、检测标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002二、查验项目及方法1.散热器安装查验(1)散热器组对后,以及整组出厂的散热器在安装之前应作水压试验。
试验压力如设计无要求时应为工作压力的1.5倍,但不小于0.6MPa。
检验方法:试验时间为2~3min,压力不降且不渗不漏。
(2)散热器组对应平直紧密,组对后的平直度应符合下表1-1的规定。
检验方法:拉线和尺量表1-1 组对后的散热器平直度允许偏差组对散热器垫片应使用成品,组对后垫片外露不应大于1mm。
散热器垫片材质当设计无要求时,应采用耐热橡胶。
检验方法:观察和尺量检查。
(4)散热器支架、托架安装,位置应准确,埋设牢固。
散热器支架、托架数量,应符合设计或产品说明书要求。
如设计未注时,则应符合表1-2的规定。
检验方法:现场清点检查(5)散热器背面与装饰后的墙内表面安装距离,应符合设计或产品说明书要求。
如设计未注明,应为30mm。
检验方法:尺量检查。
(6)散热器安装允许偏差应符合表1-3的规定。
表1-3 散热器安装允许偏差和检验方法脱落、起泡、流淌和漏涂缺陷。
检验方法:现场观察。
2.地板辐射采暖系统查验(1)地面下敷设的盘管埋地部分不应有接头。
检验方法:隐蔽前现场查看。
(2)盘管隐蔽前必须进行水压试验,试验压力为工作压力的1.5倍,但不小于0.6MPa。
检验方法:稳压1h内压力降不大于0.05MPa且不渗不漏。
(3)加热盘管弯曲部分不得出现硬折弯现象,曲率半径应符合下列规定:塑料管:不应小于管道外径的8倍。
复合管:不应小于管道外径的5倍。
检验方法:尺量检查(4)分、集水器型号、规格、公称压力及安装位置、高度等应符合设计要求。
• 102•本文研究了辐射散热涂层对LED 灯具热性能的影响。
采用ANSYS 有限元热分析软件仿真,在LED 灯具散热器上涂覆不同辐射率、热导系数和厚度的辐射散热涂层,对比其散热效果。
研究表明,辐射散热涂层辐射率越高,散热效果越好。
涂层厚度与结温成正比,其热导系数仅在小于1W/m·K 时对LED 灯具热性能略有影响。
当前,LED 灯具主要依靠自然散热,辐射散热涂层的使用融和了热传导、热对流、热辐射,形成三位一体的散热方式,其应用前景广阔。
LED 灯具以其寿命长、光效高、绿色环保等特点,继白炽灯、荧光灯之后掀起又一场照明光源革命。
光电转换效率是LED 散热效果的决定性参数,目前产业化的LED 灯具迫于半导体制造技术和成本控制要求,光电转换效率普遍分布于20%-40%之间,即有大量的电能转化为热能。
LED 灯具工作时产生的热能现阶段无法利用,并且严重影响其可靠性和寿命。
使用高导热材料制成散热翅片,使其被动散热是主流方法。
基于目前LED 灯具的封装结构,高达74%的热量由散热器散出,在热对流一定的情况下,通过在散热器上涂覆辐射散热涂层,能够快速地将热量从散热器过渡到空气环境中,提高散热效率。
推而广之,LED 热源从芯片发出传递至环境需经过粘贴层、铝基板以及散热器等部分,将其简化至三层平壁为例,傅立叶平壁热传导规律可以用下式表达:其中Δt 为各平壁温差,λ为各平壁导热系数,则R 为各平壁热阻。
从上式可以看到,在传导热量和环境温度相等的情况下,平壁越厚,热传导路径就越长,热阻变大,散热效率降低。
所以,综合涂覆辐射散热涂层后的LED 灯具热辐射性能的改善和热传导性能的恶化,必然存在一个辐射散热涂层有效厚度,超过这个厚度,使用辐射散热涂层后的LED 灯具的散热效果将得不偿失。
2 仿真模拟ANSYS 有限元分析软件在热学、力学、电磁学和耦合分析等方面有强大的功能和广泛的应用。
本文主要使用ANSYS 软件综合基于辐射散热涂层的COB封装LED灯具热分析广州赛宝认证中心服务有限公司 黄伟明 刘志敏图1 LED灯具散热模型1 理论分析热辐射遵循斯忒藩-波尔兹曼定律的经验公式,具体到LED 灯具,散热器表面越粗糙、颜色越深,其辐射率越高。