水冷式植物工厂LED面光源及散热系统的研制与测试.pdf

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1、第31卷第17期农业工程学报2442015年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringv01．31No．17Sep．2015水冷式植物工厂LED面光源及散热系统的研制与测试刘晓英，焦学磊，要旭阳，徐志刚※(南京农业大学农学院，南京210095)摘要：大功率LED的散热问题影响着LED的发光效率和电能消耗。该研究设计了水冷式植物工厂LED面光源及散热系统，通过水循环将LED面光源产生的热量及时置换，从而降低LED结温、延缓其光衰，同时将置换的热量根据植物工厂需热特点配置

2、，降低控温能耗。该系统主要包括LED面光源、散热器和水循环系统三部分。水循环系统水路分为两路，在采暖季节将热量置换于植物工厂内部用于室内增温，而在非采暖季节将热量置换于室外，通过风冷散热后再进入水循环系统。性能测试试验表明：水冷式散热装置具有降低LED面光源散热器温度的作用，较无水冷散热装置的散热器温度最少低5．3℃，最高低19_3℃，不仅直接降低了散热器温度，还间接降低了LED结温，从而延长了LED面光源的使用寿命。关键词：发光二极管；光源；散热系统；水冷系统；LED面光源；植物工厂doi：10．119758．issn．1002—6819

3、．2015．17．032中图分类号：$625．5+2文献标志码：A文章编号：1002—6819(2015)一17—0244—04刘晓英，焦学磊，要旭阳，徐志刚．水冷式植物工厂LED面光源及散热系统的研制与测试[J]．农业工程学报，2015，31(17)：244--247．doi：10．119750．issn．1002—6819．2015．17．032http：／／www．tcsae．orgLiuXiaoying，JiaoXuelei，YaoXuyang，XuZhigang．DesignandtestofLEDsurfacelightsour

4、ceusedinplantfactorywithwater-coolingsystem[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2015，31(17)：244--247．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2015．17．032http：／／www．tcsae．org0引言LED(1ightemittingdiode)是一种将电能转化

5、为光能的电子元件，由于其光谱可以任意组合成植物吸收的光谱，而被广泛地应用于光质对植物生长发育影响的研究[1】。近年来，随着LED价格的快速降低，LED光源有望成为未来人工光利用型植物工厂的主流光源。LED作为光电器件在其工作过程中仅有15％～25％的电能转换成光能【2]，其余的电能几乎都转换成热能。LED芯片面积较小，如果输入功率大，芯片上累积的热量也更多。结温是衡量LED封装散热性能的一个重要技术指标【3J。当LED结温上升超过最大允许温度时(通常为125℃)可能会因过热而损坏LED。因此，散热问题是LED封装必须解决的关键问题。解决LE

6、D的散热可以通过改进LED内部封装结构及封装材料以降低内部热阻，也可通过降低外部热叫31。外部散热的方式主要有：风冷散热[4】、热电制冷[5】、热管制冷【61、液冷[71及其他散热新技术，如多孔微热沉散热【8】、液态金属散热【91、液体浸没散热[10】、高压直流电冷却[11]等，外部散热方式是解决LED散热问题的有效方法【l21。收稿日期：2015—05．25修订日期：2015．08．19基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2013AAl03003)；农业部公益行业(农业)科研专项(201303108)。作者简介：刘晓英，女，副

7、教授，江苏南京人，博士，研究方向为植物光生物学与设施环境调控。南京南京农业大学农学院，210095。Email：liuxy@}njau．edu．cn※通信作者：徐志刚，男，江苏南京人，教授，博导，研究方向为植物光生物学。南京南京农业大学农学院，210095。Email：xttzhiglmg@njau．edu．cn目前，在LED光源的实际应用中，使用风冷散热、热电制冷和热管散热的较为常见。风冷散热依靠强制对流方式带走热源的热量，操作简单，易于实现，缺点是风扇转动时会产牛噪声，散热能力有限。LED热电制冷无需冷源，具有体积小、安静的特点，但存在

8、热电转化效率低、加工成本高，对应用环境的要求高的缺点。LED热管制冷是依靠其内部工作液体相来实现散热，具有极高的传热效率，但会存在黏性限制、音速限制、飞散限制、毛细管限制和沸腾限