緩解能源壓力——主動(dòng)冷卻技術(shù)對(duì)LED燈具散熱強(qiáng)度的貢獻(xiàn)

鞠 強(qiáng)

（貴州師范大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

由于市場(chǎng)需求量增大，LED燈具企業(yè)近年來(lái)不斷增多，世界各國(guó)對(duì)LED燈具的發(fā)展重視力度也不斷加強(qiáng)，我國(guó)通過(guò)2010年一系列對(duì)LED燈具發(fā)展的政策扶持以及把LED燈具的發(fā)展納入“十二五規(guī)劃”之中。我國(guó)政府對(duì)LED進(jìn)行補(bǔ)貼政策和半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)進(jìn)行積極扶持。LED燈具的發(fā)展也受到國(guó)際社會(huì)和世界各國(guó)的普遍關(guān)注。

估計(jì)在2015年LED燈具的生產(chǎn)成本將會(huì)出現(xiàn)大幅度降低趨勢(shì)。美國(guó)能源部預(yù)計(jì)，在未來(lái)的幾年內(nèi)，LED燈具的生產(chǎn)成本將降低40%到50%。政府財(cái)政補(bǔ)貼以及對(duì)LED燈具的降價(jià)政策還將進(jìn)一步降低LED燈具的生產(chǎn)成本，將會(huì)促使LED燈具在照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品中的市場(chǎng)占有率。LED燈具的另一個(gè)主要考慮因素是其照明強(qiáng)度，LED燈具的照明強(qiáng)度與冷卻技術(shù)直接相關(guān)聯(lián)，引用主動(dòng)冷卻技術(shù)將進(jìn)一步解決LED燈具的散熱問(wèn)題，提高LED燈具的照明強(qiáng)度。

1 利用主動(dòng)冷卻技術(shù)來(lái)解決LED燈具的散熱問(wèn)題

雖然LED燈具的生產(chǎn)制造技術(shù)不斷向前發(fā)展，但僅僅依靠被動(dòng)冷卻技術(shù)來(lái)生產(chǎn)高照明強(qiáng)度的LED燈具是很難解決其散熱問(wèn)題的。如果使用被動(dòng)散熱片來(lái)對(duì)LED進(jìn)行冷卻的話，這將會(huì)使置換工程難度系數(shù)加大，如果把散熱片面積和體積變小來(lái)對(duì)LED燈具進(jìn)行散熱的話，燈具將會(huì)因?yàn)槭軣釗p害面積過(guò)小促使熱量劇增更易使LED燈體變質(zhì)，還將迫使其照明強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。

當(dāng)然，不可否認(rèn)散熱片一無(wú)是處，在低照明度的LED燈具生產(chǎn)制造中就受到普遍歡迎，當(dāng)前燈具廠商能普遍生產(chǎn)出40WLED替代燈具和60WLED替代燈具。目前卻很難生產(chǎn)出高照明度低能耗的LED替代燈具，因?yàn)楫?dāng)前散熱片很難解決75W以上的LED替代燈具的散熱問(wèn)題，這使LED替代燈具的市場(chǎng)發(fā)展具有局限性。

對(duì)高亮度的燈具市場(chǎng)需求量調(diào)查顯示，75W以上的燈具占據(jù)了照明市場(chǎng)的份額很大，市場(chǎng)的需求量足以說(shuō)明LED燈具比白熾燈在能耗節(jié)約和維修費(fèi)用上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。能源短缺程度的日益加大迫使消費(fèi)者們尋求照明強(qiáng)度好、使用壽命高以及低維修費(fèi)用且能效高能耗低的照明燈具。LED燈具要達(dá)到理想的照明強(qiáng)度，就必須使用主動(dòng)冷卻技術(shù)來(lái)處理燈具組件在工作中釋放的熱量。為了給高亮度LED燈具提供一個(gè)實(shí)用的且可行性高的主動(dòng)冷卻解決方案，散熱技術(shù)就必須是低能耗的；并且能夠適用于任何型號(hào)的LED燈具，使其壽命一定要與燈源相當(dāng)或高于燈源壽命。

2 用合成射流技術(shù)的主動(dòng)冷卻技術(shù)對(duì)LED燈具散熱

運(yùn)用合成射流技術(shù)來(lái)為L(zhǎng)ED燈具設(shè)計(jì)一個(gè)主動(dòng)冷卻解決方案，這一技術(shù)受到全球大多數(shù)型照明公司所采用。利用這種緊湊冷卻模組來(lái)解決目前LED燈具的散熱、小型設(shè)計(jì)和使用可靠性的難題。

傳統(tǒng)的風(fēng)扇冷卻技術(shù)被合成射流技術(shù)所替代，這對(duì)于LED燈具散熱問(wèn)題來(lái)說(shuō)是一個(gè)絕佳的必然選擇。合成射流技術(shù)是通過(guò)隔膜的運(yùn)動(dòng)來(lái)引起氣流在開口處的周期性循環(huán)吸入與發(fā)射，從而形成了空氣釋放時(shí)的合成射流。正如圖1所示，從第一階段到第五階段，前三個(gè)發(fā)射階段顯示出射流由散射逐步向聚射發(fā)展，到第三階段呈現(xiàn)出帶有漩渦狀的射流，形成射流處氣體向下對(duì)流狀態(tài)，當(dāng)漩渦向下竄動(dòng)時(shí)，開口處附近的空氣就會(huì)被向下竄的漩渦所帶動(dòng)，從而形成像圖1中后兩個(gè)階段的射流畫面。

這種射流的急速湍流空氣每秒可達(dá)到30至200脈沖數(shù)的速度，它會(huì)沖破熱界面層，帶走從LED散熱片散發(fā)出的相當(dāng)部分熱量，從而能夠自動(dòng)排放掉積聚在LED燈體中的大部分熱量。

這種高速脈沖氣流能夠精確放置在LED燈具需要冷卻的地方，例如散熱片翼、散熱片側(cè)面等，從而進(jìn)一步提高合成射流的散熱效率。促使LED燈具形成自身散熱循環(huán)體，減少散熱片的散熱負(fù)荷量，達(dá)到LED燈具預(yù)期散熱效果，提高LED燈具的照明強(qiáng)度，延長(zhǎng)LED燈具的使用壽命。合成射流技術(shù)具有散熱量多、比傳統(tǒng)的射流需要空氣量更少、散熱片尺寸小等諸多優(yōu)點(diǎn)，這促使LED燈具質(zhì)量變輕，制造燈具的尺寸減少，從而減少綜合能耗的同時(shí)提高LED燈具的使用能效。

這種合成射流技術(shù)的設(shè)計(jì)，它將適用于LED燈具的諸多使用環(huán)境，它能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的氣流發(fā)生變化的方式，形成獨(dú)特運(yùn)行的風(fēng)格。它不僅耐久性高，對(duì)維持LED燈具的高壽命有很大幫助，而且更可靠、壽命更長(zhǎng)、更具抗灰塵和抗污染能力、無(wú)任何噪音。

3 合成射流技術(shù)使LED燈具光效強(qiáng)度更強(qiáng)

通過(guò)使用合成射流散熱技術(shù)，Ledon公司燈專門生產(chǎn)具照明強(qiáng)度極高的LED燈具；這使該公司的具有廣闊的發(fā)展前景。

為了使驅(qū)動(dòng)器電子件能冷卻，驅(qū)動(dòng)器一端連接在合成射流器的另一端。打開驅(qū)動(dòng)器外殼底端的通風(fēng)口通風(fēng)，從而使驅(qū)動(dòng)器電子件得到有效冷卻，使LED燈具達(dá)到75W以及100W的效率。假使合成射流器的靈活性沒(méi)有得到充分發(fā)揮，所有這些設(shè)計(jì)程序豆?jié){沒(méi)法運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)法達(dá)到理想的散熱效果。

Nuventix也為其PAR38置換燈具（圖2）研發(fā)了一種散熱管理參照設(shè)計(jì)方案。這種參照設(shè)計(jì)，在與Nuventix的SynJet（圖3）配合的情況下，能為照明設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)LED組件的系統(tǒng)；設(shè)計(jì)出的LED組件效率高達(dá)2500流明，并且適用于PAR38規(guī)格燈具。而目前LED PAR38置換燈具效率僅為1500流明。

SynJet散熱模組在PAR38參照設(shè)計(jì)中冷卻量可達(dá)40W，消耗能量低于500mW。另外，SynJet和TI的IC為燈具設(shè)計(jì)者們帶來(lái)更多的選擇余地；燈具規(guī)格更小而照明強(qiáng)度更高，這使LED燈具的發(fā)展空間更具可能性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在白熾燈、熒光燈和LED的比較之下，大多數(shù)用戶比較看重LED燈具，因?yàn)長(zhǎng)ED燈具具有高能效、使用壽命長(zhǎng)和維護(hù)費(fèi)用低的眾多因素。從能源節(jié)約方面來(lái)衡量，LED燈具每年為商業(yè)和城市能源消耗節(jié)約作出數(shù)百萬(wàn)美元能量和維護(hù)費(fèi)用的貢獻(xiàn)，并為眾多用戶提供高效率、高質(zhì)量的燈光照明環(huán)境，從而為能源節(jié)約和照明環(huán)境譜寫了歷史的新篇章。雖然LED燈具對(duì)人類照明環(huán)境和能源節(jié)約上作出巨大貢獻(xiàn)，但當(dāng)前其制造成本高，散熱問(wèn)題出現(xiàn)難度對(duì)LED燈具的普及使用造成影響。因此，LED燈具的制造技術(shù)需要改進(jìn)，使LED成為居住照明、室外照明、城市街道照明應(yīng)用的主要選擇。

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