Светодиодный светильник для аквариума: правильно

<< 12345 78910111213 >>

Свой на Aqa.ru




680 72
Belarus Minsk
1 г. назад
Светодиодный светильник для аквариума: правильно
Последнее время слышу много вопросов - как сделать правильно, какие светодиоды выбрать, как произвести расчет необходимого количества?

Аквариумисты начинают созревать на приобретение\самостоятельное изготовление светодиодного светильника, и этому есть основания:
- эффективность современного светодиода доступного массовому пользователю достигает 156Лм\Вт (для фирменных СД)
- стоимость оптимизированных фирменных СД сиьно приближается к стоимости устаревших китайских продуктов
- направленность излучаемого света делает расход светового потока более оптимальным в сравненнии с ЛЛ, в которых задействовано только 60-70%

Сразу оговоримся - оставляем светодиодные ленты для подсветки баров и витрин (эти светодиодные продукты не поддаются критике и не применимы в аквариумистике) - в теме речь идет только о мощных светодиодах предназначенных для освещения, а не подсветки.

Три вещи которые надо понимать, чтобы сделать светильник грамотно, надежно и долговечно:

- светодиод это токовый элемент, питать его можно исключительно токовыми драйверами (источниками тока), питание от источников напряжения противопоказано, так как при такой схеме возможно превышение допустиго тока выше максимально допустимого. Источник напряжения также не компенсирует отрицательный дрейф внутреннего сопротивления светодиода - с увеличением температуры ток через светодиод увеличивается и запросто может превысить допустимый. А превышение тока для светодиода - это ускоренная деградация кристалла или сокращение срока эксплуатации.

- светодиод требует теплоотвода - именно поэтому светодиодам необходимы радиаторы - ведь превышение температуры выше допустимой, так же влечет ускоренную деградацию. Чем меньше температура светодиода, тем дольше он прослужит.

- светодиод это точечный источник, и это его свойство одновременно является его достоинством (абсолютное большинство светового потока задействуется в аквариуме) и накладывает определенные ограничения на расположение светильника над аквариумом.

Обеспечив два первых требования, вы заставите работать светодиоды вашего светильника в комфортном для них режиме - а значит они прослужат долго.
Правильно разместив светодиоды, просчитав "геометрию" светильника, вы задействуете абсолютную часть светового потока на освещение аквариума (а не пола и стен вокруг), а значит на создание тербуемого уровня освещенности будет уходить меньшее количество Ватт, и, соответственно денюжек из вашего кармана.


Светодиодный светильник можно сделать как на фирменных светодиодах, так и на китайских. Важно понимать что вы получите в итоге и в чем различия?

- китайские СД производятся по устаревшим технологиям, которые имеют следующие недостатки:
* низкая эффективность не более 90Лм\Вт у лучших моделей
* высокое тепловое переходное сопротивление от кристалла к теплоотводящей площадке (ему сложнее отводить тепло, а значит его температура выше, что означает что необходимо иметь больший радиатор, потому что биначе обеспечит температуру максимальную кристалла в 65С невозможно)
* невозможность обеспечить длительноый срок эксплуатации ввиду сложности обеспечить кондиционный режим
* низкое качество, большой разброс параметров
* отсутствие подробных, а иногда и полное отсутствие даташитов на прелагаемые продукты
- положительное качество - низкая цена

- фирменные СД обладают более высокими показателями и качеством:
* высокий выход 156Лм\Вт
* высокая эксплуатационная температура - последние серии СД проходят биннинг (читать тестирование и измерение) при температуре 85С - для них это нормально и не влечет деградаци - максимальная - 135С.
* минимальный разброс параметров
* наличие исчерпывающей документации
- высокая цена (с оговоркой на то что имеются стабильные тенденции на снижение)


В итоге собираем светодиодный светильник на дешовых китайских СД с эффективностью в 80Лм\вт, ведь они дешевле! И задумываемся, а так ли это на самом деле? Ведь если употребить фирменные СД (140Лм\Вт), то их необходимо меньшее количество (потому что их эффектисвность заметно выше)! И в конце концов примитивные арифметические операции приводят нас к тому, что дешевизна китайских светодиодов в конечном продукте мнимая. Фирменных светодиодов обеспечивающий заданный световой поток понадобиться меньшее количество, а значит стоимостьбудет сопоставима стоимости китайских СД.
При это важно не забывать, что при одинаковом количестве излучаемых люменов, фирменные светодиоды будут кушать меньше электроэнергии, и, в последствии съэкономят больше денег на счетах за электричество, и прослужат дольше.


СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СД ПРИМЕНИТЕЛЬНО К АКВАРИУМНОЙ ТЕМАТИКЕ

Спектральные кривые современных светодиодов белого свечения (на основе люминофора) от разных производителей, разных моделей имееют приблизительно одинаковые формы - двухгорбую кривую, в зависимости от температуры света имеют преимущественно синий или красный пик.

При наложении на эту кривую - кривой фоточувствительности хлорофиллов, можно сделать определенный вывод о соответствии спектра светодиодов аквариумным нуждам (в основном хорошему росту растючки). А именно - светодиодный спектр достаточно полно содержит все необходимые составляющие.


То есть, в общем, применимы все температурные вариации (и выбор является лишь делом вкуса)

Если же копать глубже, проектировать светодиодный светильник с максимальным КПД (получать с ватта мощности максимальный прирост биомассы), то очевидно, что необходимо сосредоточить основную мощность в области максимальной чувствительности хлорофиллов, как это сделано у plant grow ориентированных ламп. Со светодиодами это сделать не сложно - необходимо лишь подобрать определенную комбинацию. В данном случае очень хорошо подходят светодиоды холодного свечения (6500-10000К), ярко выраженный синий пик (450нм) которых удачно повторяет синий пик чувствительности хлорофиллов. Красный же пик не настолько удачен даже у светодиодов теплого белого свечения, потому как их максимум приходится на 620нм, а на необходимых 660-680нм наблюдается серьезный спад. Однако эта составляющая очень хорошо возмещается применением монохромных красных светодиодов Deep\Hyper red диапазона 660-680нм.
В итоге сладкая парочка Cool White + Deep Red дает более подстроеный (более эффективно потребляемый растениями) свет. С ватта энергии потребленного таким светильником прирост биомассы будет выше. Кстати его оттенок напоминает оттенки Plant Grow ориентированных ламп - но в этом и нет ничего необычного, ведь их спектры сильно одинаковы.

Уход в сторону Plant Grow ориентированности естественно немного искажает правильность цветовой картины аквариума. И тут главное найти оптимальный для себя вариант\комбинацию света для наблюдателя + света для растений.

СОЧНАЯ ЗЕЛЕНЬ В СТИЛЕ ТАКЕШИ АМАНО
Проанализировав спектры СД, можно понять, что зеленая область спектра имеет наименьший вес. То есть по сравнению, со всеми другими цветами в спектре СД зеленый представлен в меньшей степени. Это не надо понимать как, то, что под светодиодным светом будет все скучно и безжизненно - это надо понимать так, что обычными белыми СД сочную зелень, как у Такеши Амано не получить
Эта проблема решается так же как и у ламп фирмы ADA - добавлением в спектр зеленого - у них зеленый пик равноценен со всеми остальными.
Как показали мои собственные эксперименты, добавление 5-10% монохромных зеленых делает зеленый тарвник ничем не хуже, чем под лампами ADA.
Тут важно понимать, что зеленость это свет для наблюдателя, большое его количество снижает КПД светильника - зеленый растючке не нужен она его отражает.

Подвес или ближе к поверхности?
Светодиод точечный источник - испускаемый им световой пучек имеет вид конуса с углом раскрытия заявленным в его характеристиках. Как правило этот угол составляет 100-130 градусов. Чем дальше светодиодо от поверхности - тем больше площадь светового пятна на этой поверхности. Эта особенность, с учетом максимального задействования излученного светового потока в аквариуме, влечет за собой два варианта эксплуатации светодиодов:

Близко раположенный к поверхности воды светильник:
- расстояние до воды не более 8-10см (более 90% света уходит в аквариум)
- все светодиоды без вторичной оптики
- из-за близкого расположения к влажной среде требуют однозначной изоляции порзрачным материалом (лист стекла силикатного\органического)
- за счет широкого угла происходит происходит очень хорошее смешивание цветовых каналов (разноцветные СД могут быть разнесены на значительные расстояния, без потери равномерности)
- свет такого светильника в большей степени расеяный и напоминает свет линейных ЛЛ

Подвес:
- расстояние до воды более 20см
- все светодиоды со вторичной оптикой (дополнительными линзами) - линзы съедают 3-8% от светопотока
- для недопущения загрязнения линз, в идеале, так же лучше прикрывать прозрачным листом (грязная\поцарапаная линза скушает светопотока еще больше)
- угол фокусировки вторичной оптики выбирается в зависимости от высоты расположения светильника над поверхностью воды
- для получения равномерной картины смешивания различных цветов, количество "цветных" СД приходится увеличивать - то есть как бы размазывать по площади светильника ту же мощность, но большим количеством с меньшей мощностью
- результирующий свет такого светильника в большей степени направлен, появляются глубокие тени, тени рыб на дне, чувствуется объемность аквариума

Рекомендации из собственного опыта:
- если аквариум ориентирован на выращивание качественной длинностебельки, большого количества разношерстных\разноуровневых растений в одном аквариуме, для которого важно отсутствие глубоких теневых зон в объеме аквариума - первый вариант предпочтительнее. Рассеяный свет проникнет во все зоны и даст приемлемый свет всем даже самым нижним листьям и растениям.
- если у вас природный аквариум (Nature aquarium) с ориентацией на скейп, и ежедневное созерцание чудо картины, ваш выбор подвес - с пропорцией сдвинутой в сторону направленного света, дающего "глубину" в картине аквариума, делающего ваш фрагмент кусочка природы, ограниченного несколькими стекляными плоскостями, максимально соответствующим реальности.


ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ
- как реагирует растючка на светодиодный свет?
- сколько светодиодов надо на аквариум?
- хватит ли света для почвопокровных растений?

Пусть фото аквариумов (более полугода под СД) со светодиодным солнцем, говорят сами за себя:

Нано-куб 19л - 720Лм



140л - 6300Лм


Для требовательной растючки 40Лм\л достаточно.


РАССЧЕТ СВЕТИЛЬНИКА
1) Определиться с необходимой интенсивностью освещения:
- 20..30Лм\литр достаточно для нормального роста валлиснерии, анубиасов, эхинодорусов и прочей нетребовательной растючки
- 40Лм\литр хорошо растет большинство требовательной растений (cuba стелется по дну, отлично растет бликса, людвигия бревипес, дидиплис, эустералис стеллата, лимнофила ароматика)
- 60Лм\литр выше перечисленные растения интенсивно набирают красный окрас (при достаточном уровне микроэлементов)
- >60Лм\литр - для выращивания плотных ковриков из лилеопсиса, парвулы в глубоких аквариумах - в таком случае световой день должен быть разделен на несколько фаз, в которых светильник работает на 100% пару часов и на пониженой мощности остальное время

2) Имея суммарное количество люменов выбираем и таблицу ниже (количество люменов получаемых с одного светодиода) путем деления получаем необходимое количество светодиодов.
XP-E - 0.7A - 208Lm
XP-G - 1A - 348Lm
XT-E - 1..1.5A - 320..420Lm
XM-L - 1.5 .. 2A - 590...742Lm
Здесь следует обратить внимание на некоторые детали:
- серия светодиодов XP-E самая старая из списка, соответственно чуть более худшие чем все остальные параметры. Ее стоит покупать если цена на нее будет достаточно низкой (читай выгодной)
- светодиоды серии XM-L самые мощные (мощные в том смысле что рассчитаны на большу эксплуатационную мощность нежели остальные) поэтому на небольшой травник их количество будет маленьким в результате чего равномерность освещения будет неудовлетворительной. То есть XM-L лучше всего использовать в травниках большого объема и большой глубины
- наиболее продвинутой является серия XT-E (обладает лучшей эффективностью и имеет более комфортно чувствует себя на высоких температурах) на нее и рекомендую ориентироваться. Однако серия XP-G на данный момент в некоторых магазинах имеет наилучшее соотношение Лм\$

3) Зная общее количество светодиодов можно выбрать необходимое количество светодиодных драйверов. В технических характеристиках драйвера указано максимальное количество светодиодов, которое можно подключать к нему. Операция деления с округлением до целого в большую сторону даст искомое количество драйверов.



Изменено 25.1.13 автор Moderator
2012-04-26 добавлено 26/04/2012 13:49:03#1617730

Свой на Aqa.ru




997 68
Санкт-Петербург
2 час. назад
Предлагаю подвести черту и ЗАБЫТЬ раз и навсегда измерять радиаторы в граммах (в граммах давайте мерить колбасу).
Для расчета необходимого радиатора в светильнике используется, как основной показатель, ПЛОЩАДЬ поверхности.
Все, если некоторым форумчанам не хватает смелости признать свои заблуждения, пускай это останется на их совести.

Итак, ПЛОЩАДЬ вот что нам необходимо.

По радиаторам, можно повторить еще повторить простые вещи:
- для пассивного охлаждения оптимальны игольчатые радиаторы (для активного уже не самые идеальные)
- при активном охлаждении (правильном) вполне допускается увеличение количества пластин, уменьшения расстояния между ними и уменьшения толщины (наглядный пример: компьютерные суперкулеры), Но такие радиаторы ооочень плохо будут работать при плохом активном охлаждении, а при пассивном так вообще швах (если отталкиваться от его площади и расчетной теплоотдачи).
- если использовать длинный радиаторный профиль, то для эффективной работы внутренней части радиатора, его также необходимо охлаждать принудительно, либо необходимо сделать сегментирование ребер, для поступления воздуха (опять смотрим как реализованы компьютерные кулера с пассивным охлаждением или со слабым вентилятором (на старых платах, либо "холодные" cpu.
- как правило лучше дуть НА радиатор, а не наоборот (особенно на ребристый и длинный), это можно про ассоциировать с "лучше тянуть, чем толкать", на самом деле этому есть и вполне научное объяснение.
2012-05-07 добавлено 07/05/2012 22:39:36#1622455
Нравится AlexAlex, Euggn

Свой на Aqa.ru




680 72
Belarus
1 г. назад
Игорь(щучий кошмар)


Площадь имеет значение при хорошей конвекции, в пассиве важна и масса, которая определяет скорость нагрева и количество тепла которое способно воспринять тело радиатора без значительного нагрева.
Эффективность радиатора - переменная двух функциий: массы и, как следствие, тепловой инерции (способности тела радиатора изъять количество тепла), и, скорости теплоотвода изятого тепла за счет обмена с окружающей средой.
2012-05-08 добавлено 07/05/2012 23:49:05#1622506

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
сообщение damien Lakovsky
... следствие, тепловой инерции (способности тела радиатора изъять количество тепла)...

Читайте внимательно выше!
Показать скрытый текст

сообщение monocir
провел теоритическое изыскание на тему увеличения площади поверхности ребра методом сверления дырок:...

Жень, говоришь в "дырках" запутался, не можешь соотнести толщину ребра с диаметром отверстия? Давай помогу.

Площадь круга S=pR2, высверливая отверстие в ребре удаляешь по одному "кругу" с каждой стороны. Согласен? Т.е. уменьшаешь общую площадь ребра дважды, или на 2pR2.
Но в то же самое время увеличиваешь общую площадь ребра на внутреннюю площадь цилиндра, образовавшегося от сверления. Площадь цилиндра S=2prh
Теперь найдем, при каких условиях (диаметр отверстия) они (площади) будут равны. 2pR2=2prh или r=h или D=2h.

Иными словами, сверля отверстие сверлом диаметром равным двойной толщине ребра ты не меняешь общей площади его поверхности.
Делая отверстия бОльшего диаметра, лишь уменьшаешь площадь поверхность, делая меньше, немного увеличиваешь. Все ли понятно?

С уважением А.А.
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 01:07:16#1622534

Советник





5088 1164
Москва
1 час. назад
сообщение damien Lakovsky

Площадь имеет значение при хорошей конвекции, в пассиве важна и масса, которая определяет скорость нагрева и количество тепла которое способно воспринять тело радиатора без значительного нагрева.
Эффективность радиатора - переменная двух функциий: массы и, как следствие, тепловой инерции (способности тела радиатора изъять количество тепла), и, скорости теплоотвода изятого тепла за счет обмена с окружающей средой.


Масса радиатора и его теплоемкость (правильное слово, а не тепловая инерция) имеет значение только в короткой динамике: включили на несколько минут и выключили. Тут чем радиатор тяжелее, тем дольше не успевает прогреться и тем дольше не дает диоду достичь максимальной температуры. Но это все первые несколько минут. Также масса радиатора полезна, когда пиковая мощность устройства может кратковременно значительно превышать среднюю. Скажем, в усилителях мощности при проигрывании музыки.

В нашем же случае выделяемая мощность постоянна, и светильник работает без выключения много часов. Такой процесс надо рассматривать уже как равновесный: радиатор нагрелся до определенной постоянной температуры, и вся рассеиваемая мощность через радиатор передается окружающему воздуху. Собственно, эта постоянная установившаяся температура нас и волнует, точнее установившаяся температура самого кристалла. А она будет определяться не массой радиатора, а площадью его поверхности, теплопроводностью материала радиатора (не теплоемеостью, а именно теплопроводностью) и температурой слоя воздуха, контактирующего с радиатором.

Отсюда следующие важные требования:
1)Хороший тепловой контакт радиатора и диода.
2)Максмимальная толщина материала. Чем толще элемент радиатора, тем лучше он проводит тепло.
3)Максимальная площадь поверхности.
4)Максмимально быстрый отвод нагретого воздуха от радиатора.

Понятно, что пункты 2 и 3 друг другу противоворечат. Чем компактнее радиатор, тем лучше он проводит тепло, но тем меньше площадь поверхности и контакт с воздухом. И, наоборот, чем тоньше элементы радиатора (при том же его объеме), тем больше площадь поверхности, но тем хуже теплопроводность. Оптимальной тут, как уже писали, является структура, подобная древовидной: толстый ствол эффективно проводит тепло и раздает по многочисленным ответвлениями.

Чтобы был быстрый отвод теплого воздуха от радиатора, надо либо делать это принудительно с помощью вентилятора, либо обеспечить естественную конвекцию, когда теплый воздух поднимается вверх и его место занимает более холодный. Чтобы конвекция была эффективной, надо стараться избегать больших горизонтальных плоскостей, задерживающих вертикальные токи воздуха. Сверление дырок действительно может здорово помочь, причем иногда даже несколько уменьшая площадь поверхности. Что тольку от большой площади, если она все время контактирует с несменяемым нагретым воздухом?

Оптимальной в случае пассивного охлаждения вижу следующую конструкцию: радиатор над аквариумом разбит на небольшие фрагменты: один фрагмент для одного диода или для небольшой группы диодов. Вокруг каждого фрагмента вертикальные ребра (можно иглы). Площадь горизонтальной части фрагмента ровно такая, чтобы был полный тепловой контакт с площадкой с диодами. Будет полезно каждый фрагмент заключить в вертикальную трубу. Тогда поступление холодного воздуха будет еще эффективнее. Что-то типа тяги или насоса: теплый воздух, поднимаясь, будет создавать разряжение в трубе и снизу туда будет устремляться холодный.

При активном охлаждении вентилятором направление ребер можно сделать любым. Важно, чтобы вентилятор дул вдоль ребер. Разумеется, эффективно сделать кожух вокруг радиатора и и прокачивать через этот кожух воздух, как через трубу.

Изменено 7-5-2012 автор Константин Кучеренко
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 02:35:09#1622552
Нравится DimkaSP, Euggn

Свой на Aqa.ru




680 72
Belarus Minsk
1 г. назад
Константин Кучеренко


На счет минут вы сильно ошибаетесь - время выхода температуры радиатора на стабильную (уравновешенную) измеряется в часах, если алюминия достаточно (а не 5Вт радиатор с кулером на 30Вт мощи).

Уместите свою идеальную конструкцию радиатора в толщину 30мм?
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 08:59:46#1622587

Свой на Aqa.ru




997 68
Санкт-Петербург
2 час. назад
damien Lakovsky

если чурку в несколько кило греть светодиодами в пару ватт, может температура и выровняется за несколько часов, а нормальный радиатор, с оптимальной рассчитанной нагрузкой полностью "прогреется" за полчаса, а то и раньше.
Показать скрытый текст


Изменено 8.5.12 автор Kiraso
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 12:05:13#1622637

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
сообщение damien Lakovsky
... время выхода температуры радиатора на стабильную (уравновешенную) измеряется в часах,...

Да, для пассивного охлаждения режим может устанавливается около часа. Но это зависит не столько от массы радиатора, сколько от других факторов (прогрев воздуха контактирующего с радиатором, установление конвекционных потоков, ... ). Разница же во времени для достижения постоянной температуры радиатора 20 г/вт и 80г/вт будет исчисляться десятками минут, что для долговременного режима работы СД светильника никакой практической роли не играет, т.е. при одинаковой площади поверхности оба радиатора через час будут иметь примерно одинакову температуру. По тому масса в рассчет и не принимается, а принимается только эффективная площадь поверхности (ну если конечно Вы не надумаете использовать 1 кг/вт "правильного" профиля ).

С уважением А.А.

Изменено 8.5.12 автор AlexAlex
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 12:27:56#1622642

Свой на Aqa.ru




1937 133
Курск
5 мес. назад
Для длинного (под длинным я понимаю радиатор с длиной в 4 и более раза большей диаметра вентилятора) ребристом радиаторе с продольным расположением ребер еще непонятно, что эффективнее: обдувать или вытягивать воздух. Для равномерного обдува радиаторного профиля шириной скажем сантиметров тридцать и длиной 1 метр надо как минимум три 120мм вентилятора, установленных (важно!) над радиатором, а не вплотную к основанию, как делают многие (выфрезеровав ребра). Для вытяжки с забором холодного воздуха с торцов радиатора уже хватит двух, а если на торцах радиатора стоят по паре маленьких вентиляторов диаметром 40-45 мм то и одного вентилятора.
Хотя, конечно, проще будет управлять однотипными вентиляторами. Но обычные вентиляторы ставить вплотную к основанию с фрезеровкой ребер неправильно, теряем от 30 и более процентов эффективности. В эпоху всяческих пентиумов и аллюминиевых радиаторов с установленными сверху вентиляторами (особенно круглых) был такой способ повышения эффективности системы охлаждения: вентилятор снимался с радиатора и приподнимася над ним на 5-10 см, и между ними устанавливалась труба (хоть из картона). Это позволяло снизить температуру процессора на 8-10 (а иногда и более) градусов.
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 13:28:17#1622660

Советник





5088 1164
Москва
1 час. назад
сообщение damien Lakovsky
Константин Кучеренко


На счет минут вы сильно ошибаетесь - время выхода температуры радиатора на стабильную (уравновешенную) измеряется в часах, если алюминия достаточно (а не 5Вт радиатор с кулером на 30Вт мощи).



Хорошо, считаем. Удельная теплоемкость алюминия c=930Дж/кг*К. (обратите внимание, больше чем в 4 раза меньше, чем у воды, алюминий нагреть значительно легче, чем воду)
Возьмем значение из Вашего текста 80г/вт. Пусть у нас супер-пупер диод и только 50% идет в тепло, остальное в наш желанный свет. Посчитаем время нагрева на 1 градус, пока без учета рассеивания тепла в окружающую среду. Тогда это время t1=c*m*T/P =930*0.08*1/0.5=148с или примерно две с половиной минуты. Именно с такой скоростью стартует нагрев, пока температура радиатора не сильно отличается от температуры воздуха. Естественно, по мере нагревания увеличивается рассеивание тепла, которое тем больше, чем выше разница температур радиатора и окружающей среды. При определенной температуре наступает равновесие, количество поступившего тепла сравнивается с количеством рассеиваемого. Посчитаем теперь более подробно. Пусть наш радиатор таков, что его установившаяся температура превышает температуру воздуха на 30 градусов. Например, воздух 20, радиатор - 50градусов. Посмотрим, как будет выглядеть динамика роста температуры. Будем считать, что рассеиваемая в воздух мощность строго прямопропорциональна этой разнице температур. На самом деле с учетом конвекции зависимость еще более сильная, но будем считать в Вашу пользу.
Обозначим эту разницу температур T. В наших вычислениях важна именно разница, если поднять температуру воздуха, то на столько же поднимется и равновесная температура. Установившуюся разницу температур обозначим жирной буквой T

Рассеиваемая мощность.
P1=k*T k-некий коэффициент пропорциональности, зависящий от площади радиатора, его обдува, и других характеристик, влияющих на рассеивание.
В каждый момент времени радиатор получает мощность P и рассеивает P1, т.е. в итоге получает P-P1 и, если взять короткий момент времени, то изменение температуры радиатора за небольшое время delta_t равно delta_T=(P-P1)/(c*m)*delta_t, или в дифференциальном виде dT=(P-P1)/(c*m)*dt
Или dT/dt=(P-k*T)/(c*m) Получили простенькое дифференциальное уравнение.
Вот его решение T(t)=P/k-C1*exp(-k*t/(c*m)), C1-некий коэффициент, который найдем из начального условия в начальный момент времени, когда температура радиатора равнялась температуре воздуха T(0)=0 С1=P/k
Отсюда зависимость температуры от времени T(t)=P/k*(1-exp(-k*t/(c*m)))

Осталось найти наш коэффициент k. Его легко вычислить, поскольку мы знаем что температура в конечном счете, т.е. при времени t, стремящемся к бесконечности придет к стацинарному значению T. Отсюда T=P/k и k=P/T
Теперь имеем окончательную формулу изменения во времени температуры радиатора.
T(t)=T*(1-exp(-P*t/(c*m*T)))

Осталось подставить численные значения и увидеть реальную динамику. Сделаю это в электронной таблице.
Итак, вот результаты.

По оси X время в часах, по оси Y - нагрев радиатора относительно воздуха. Я посчитал для трех значений массы радиатора в расчете на 1вт. Темно-синий график - ваше число 80г/Вт.
Видно, что насчет минут я погорячился, но и Вы не правы. За время дневной работы светильника он всего за 4 часа успевает нагреться на 29 градусов, что уже мало отличается от нашего стационароного значения 30. Поэтому все-таки, правильнее считать ситуацию стационарной, ведь светильник работает больше 8 часов.






Уместите свою идеальную конструкцию радиатора в толщину 30мм?


А зачем обязательно 30мм? Мне больше нравится набор высоких столбиков высотой в 10см. И между ними пусто. Почему обязательно светильник должен быть цельным? Я, например, люблю, когда в освещенный аквариум легко можно заглянуть сверху.



Изменено 8-5-2012 автор Константин Кучеренко
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 13:36:59#1622662
Нравится AlexAlex

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
сообщение Константин Кучеренко
... На самом деле с учетом конвекции зависимость еще более сильная, но будем считать в Вашу пользу....

Могу лишь добавить результат своего практического эксперимента с моим конкретным радиатором. У Вас в расчете правда нет 20 г/вт (можете добавить для интереса ). Так вот, на практике температура моего радиатора (19.2 г/вт) "устаканилась" меньше чем за час (думаю за 45-50 мин), и далее в течении шести часов не изменилась ни на 1 С ! И это при том, что источник тепла (42 вт) был установлен в середине радиатора, а это так же несколько увеличивает время выхода "системы" на стабильный режим. Так что Ваши расчеты может и не так далеки от практики, правда с некторыми "допущениями" в сторону оппонента. Т.е. на практике температура радиатора достигнет своего максимума значительно раньше, а если не учитывать "последние" три-четыре градуса, то намного раньше! А разница во времени между 20 г/вт и 80 г/вт будет значительно меньше. Хотя все верно, все допущения надо делать в сторону оппонента!
damien Lakovsky

Да и какая разница, за какое время "система" выйдет на заданный режим, который в результате зависит только от эффективной площади радиатора? Ну достигнет мой радиатор с СД рассчетной температуры 55 С за 1 час или за три? Что это собственно меняет? Все равно, в данном случае (применительно к СД светильнику), в итоге максимальная температура определяется только см2/вт радиатора и способом его охлаждения (пассивный-активный).

С уважением А.А.


Изменено 8.5.12 автор AlexAlex
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 14:01:36#1622671

Свой на Aqa.ru




680 72
Belarus Minsk
1 г. назад
Константин Кучеренко


Не дочитал все полностью (сделаю это вечером). Но уже видно - не учтен один узкий момент - предполагается, что светодиод идеально передает все излученное тепло радиатору мгновенно. Однако между ними присутствует термоинтерфейс, ограничивающий количество единовременно отводящегося тепла, и, непосредственно сказывающийся на времени нагрева.

10см светильник - это не версия для продакшена.
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 16:16:46#1622720

Советник





5088 1164
Москва
1 час. назад
сообщение damien Lakovsky
Константин Кучеренко


Но уже видно - не учтен один узкий момент - предполагается, что светодиод идеально передает все излученное тепло радиатору мгновенно. Однако между ними присутствует термоинтерфейс, ограничивающий количество единовременно отводящегося тепла, и, непосредственно сказывающийся на времени нагрева.


Ваш "узкий момент" к делу не отосится. Количество лишних навешанных грамм никак на проблему отвода тепла от кристалла не повлияет. В любом случае задача радиатора состоит только в том, чтобы передавать тепло от кристалла воздуху, а не в том, чтобы накапливать его в себе. Вопрос хорошего теплового контакта и теплопередачи совсем не обязательно связан с массой радиатора.


10см светильник - это не версия для продакшена.


В таком случае я бы точно не стал покупателем таких светильников. Мне не нужна плоская доска, закрывающая свободный доступ к воде.
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 16:28:04#1622725

Посетитель




154 16
Екатеринбург
25 дн. назад
Я с интересом наблюдаю данную тему и дебаты/обсуждение вопроса по выбору радиатора...
Особенно заинтересовало обсуждение того за какое время стабилизируется температура радиатора - какая разница будет это 10 минут или 50 - не понимаю на что это повлияет? ИМХО = не критично...
Есть такие характеристики как теплоёмкость/теплопроводность и соответсвенно в зависимости от соотношения выделяемое тепло/масса радиатора/эффективная площадь радиатора и будет зависеть время стабилизации температуры...

В любом случае ЛЮБЫЕ расчёты нужно проверять на практике методом тестирования/наблюдения - наши самделки это практически НИОКР, а его без тестов/испытаний/проверок - не бывает...

В юности когда я много конструировал/паял особо никто за это не загружался, а просто добывал подходящий по эстетике и с максимально возможным размером/масой/площадью радиатор...
В данном случае со светодиодным светильником выбор радиаторов (длинных, достаточно массивных и ребристых)по факту - не велик и поэтому если практические испытания показывают что пассивного охлаждения не хватает то просто применяется активное или уменьшается количество элементов требующих охлаждения...
ИМХО ориентиры которые указывали про соотношение площадь или вес на ватт достаточно корректные для ориентировочных расчётов..

Мне вот в контексте данного топа так и не понятно как ПРАВИЛЬНО определить/расчитать какое количество LED света в ваттах/люменах(люмены вообще то не корректный ориентир надо люксы но их нет в даташитах LED) на литр максимально допустимо/достаточно для тех или иных условий которые хочется получить (т.к. LED даёт другой свет/КПД и рассеивание чем ЛЛ - даже без линз рассевание совсем иное) или какие то эквиваленты относительно ЛЛ ламп, корректно измеренные - там то более/менее инфа есть и правило 24WPG достаточно понятно и аргументировано (здесь был только один комментарий что 15000 люм на 125 литров это много = возможно-да/возможно-нет...p.s. мои малавийцы даже роголистник и ряску не едят, а с голодухи водоросли типа бороды обгрызают, правда вместе с поражёнными частями листьев)
Может есть светлые головы которые эту тему прозрачно "разжуют"?

Изменено 8.5.12 автор AlexMak
2012-05-08 добавлено 08/05/2012 18:56:15#1622770

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
сообщение AlexMak
... В юности когда я много конструировал/паял особо никто за это не загружался, а просто добывал подходящий по эстетике и с максимально возможным размером/масой/площадью радиатор...

Ну это кто так, для простецких конструкций да, для более сложных (например мощные УНЧ) рассчитывал в 80-х необходимую эффективную поверхность радиатора, чертил с учетом конструктива (тогда мода пошла на радиаторы являющиеся одновременно боковыми стенками корпуса усилителя) и заказывал на заводе. Благо оборонка работала, и "входы-выходы" в руках были. Так что вначале рассчет, подбор подходящего радиатора исходя из расчетного, и лишь потом проверка на практике (кстати, ни разу серьезных расхождений не было, т.к. рассчитывал не по массе радиатора, а по площади его эффективной поверхности .
...какое количество LED света в ваттах/люменах(люмены вообще то не корректный ориентир надо люксы но их нет в даташитах LED) ...

А люксов в даташитох нет, не было и никогда не будет, т.к. этот параметр связан не столько с источником света, сколько с его расположением над освещаемым объектом! Смотрим здесь или здесь, и вообще смелее пользуемся поиском, у будет Вам "светлая голова".

С уважением А.А.
2012-05-09 добавлено 09/05/2012 14:19:19#1623089

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
Дабы немного разрядить обстановку.
Показать скрытый текст


Поздравляю всех с Великим праздником, Днем Победы!

С уважением А.А.
2012-05-09 добавлено 09/05/2012 14:20:13#1623090

Свой на Aqa.ru



Я онлайн!

6346 664
Пушкино
1
10 мин. назад
примите и мои поздравления : С ПРАЗДНИКОМ! С ДНЁМ ВЕЛИКОЙ ПОБЕДЫ!!!
2012-05-09 добавлено 09/05/2012 17:22:43#1623141

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
Наконец пришли мои 4 шт XP-G CRI 90 http://www.cutter.co... , цена с доставкой (присоседился к заказу yp, он заказывал на сумму более 100 $, доставка вышла бесплатной) получилась 187,32 руб за штучку. А так же взял у него на тестирование пару XM-L http://www.cutter.co... и драйвер 1050 ma. Большое спасибо ему за это. (Юрий ) А так же есть 6 шт (далеко не Китай, очень серьезный производитель, но цветопередача не нравится ) http://www.nichia.co... . В основном буду проверять-сравнивать-смешивать на предмет качества цветопередачи, ну и конечно интересно суммарную цветовую температуру сравнить. Так же будет интересно посмотреть на сколько ухудшится общая цветопередача при добавлении к моим XP-G с CRI 90 таких "крутых" XM-L с CRI 75 и моих Nichia, не сильно ли "испоганят", и вообще стоит ли гнаться за "холодными" СД в ущерб цветопередаче (совместить не просто при нынешних далеко не "идеальных" СД даже от Cree? Что Cree, что китай у холодных спектров имеют не высокую цветопередачу )? Короче есть над чем подумать и поэкспериментировать , прежде чем под себя "серьезный" СД светильник делать.

Для этого видимо придется новую баночку склеить, типа кубик литров 15-20-30 (дешевле одного СД обойдется ), что бы проверить СД на полную , но это будет отдельная тема, правда видимо не очень скоро, со временем большие проблемы.

С уважением А.А.
2012-05-10 добавлено 09/05/2012 23:31:10#1623309

Посетитель




154 16
Екатеринбург
25 дн. назад
AlexAlex

Пару месяцев назад я окончил очень хорошую программу обучения по поисковой оптимизации (не накручиванию счётчиков посещений и т.п. "лапше" для ламеров, а именно эффективной целевой оптимизации) в рамках данного обучения я получил информацию и практическое понимание того как работают поисковые программы, как и по каким данным осуществляется индексация, поиск и т.д. и т.п. = в общем поиском пользоватся умею эффективно, глубоко понимая как работают все процессы.
В общем...
ВСЁ читал...
Но понимания нет...
В начале данной темы есть фраза
damien Lakovsky как произвести расчет необходимого количества?

У меня был/есть конкретный вопрос т.к. есть не решённая задача с тем сколько именно, сейчас на реальный объём 100 литров мне нужно LED света в ваттах/люксах по максимуму для моего аквариума что бы было растениям хорошо и достаточно...Большого практического опыта аквариумистики у меня нет и растения в аквариуме никогда целенаправленно не растил, а сейчас хочу...
Уходить в теоретические расчёты не тот психотип у меня - мне процесс не важен - мне нужен результат/конкретика основанная на практическом опыте типа
90 x 45 x 45H 150 литров 6 x 32W T8 крышка или 1 х MH HQI 150w или 4x36W T5 и соответсвенно 13.000 или lm 10.500 lm или 11.000 lm для среднего уровня освещенности ADA тут всё ясно - если у меня ЛЛ то ориентир есть дальше наблюдаю и корректирую незначительно при необходимости...

Без холодных XML не хватает чистого белого цвета какой бывает в ясный солнечный день...если только одни XPG WW (CRI80)оставлять то всё слишком жёлтое как под ЛЛ Dennerle Special Plant не очень красиво и не естественно хотя в качестве рассвета-заката может подойдёт...
ИМХО вам в итоге надо будет ещё некоторое количество красных добавлять типа •660nm т.к. без них как то "пресновато" - насыщенности/сочности не хватает что ли...даже зелёный цвет растений с добавлением красных LED ИМХО лучше становится - правильнее...

Изменено 9.5.12 автор AlexMak

Изменено 9.5.12 автор AlexMak
2012-05-10 добавлено 10/05/2012 00:31:29#1623332

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
AlexMak

Про 660 нм. Любое добавление спектральных СД к сбалансированным по цветопередаче СД приведет к её (цветопередаче) ухудшению. В руках СД 660 нм пока не держал, но планирую приобрести.

Про "люксы" вроде ответил чуть выше.

Про люмены рекомендуют 30-60, опять же выше немного было http://www.aqa.ru/fo... , но все от задач опять же зависеть будет. Т.е. очень грубо. Если СД в вт/л, то ориентировочно в два раза меньше чем для ЛЛ, хотя и там и здесь все в "попугаях", для цихлидника и в десять раз меньше чем для травника подойдет, хоть в ЛЛ хоть СД.

За "поиск" очень рад, меня никто не учил, но справляюсь.

На счет "белого" и "желтого" все очень субъективно, каждый под себя подбирает.



С уважением А.А.


Изменено 10.5.12 автор AlexAlex
2012-05-10 добавлено 10/05/2012 01:17:35#1623343

Новичок




28 2
Киров (Кировская область)
4 г. назад
сообщение AlexAlex
А так же взял у него на тестирование пару XM-L http://www.cutter.co... и драйвер 1050 ma. С уважением А.А.


Небольшая поправка - к моменту заказа XML T6 (0A 0D) у них закончились, и я попросил заменить на http://www.cutter.co... (XMLAWT-0-1T0-U20-00-0001) Т.е. они, вроде как, должны поярче и посинее быть...
2012-05-10 добавлено 10/05/2012 05:33:48#1623351

Свой на Aqa.ru




680 72
Belarus Minsk
1 г. назад
yp


На счет U2 - поярче конечно (ибо 320Лм\0.7А), а вот "по синее" точно нет :-). Пользователи морского форума аквалого, заказывавшие XM-L U2, все как один утверждают что, они теплее T6.

AlexMak

Вы можете последовать по стопам Амано (взять в расчет его пропорции ватт\люмен\литр), потому как светильники ADA имеют в своем техническом описании "выход света" в люменах, и "набрать" точно такое же количество люменов на СД.
Однако здесь есть подводные камни, которые только увеличат избыточность мощности светодиодоного светильника. Например, далеко не весь свет излученный светильником ADA на подвесе идет в аквариум (процентов 30% можно запросто выкинуть)

Как показала практика, такой растючке, как хемиантус куба, для образования плотных ковриков на дне 140л аквариума (с высотой воды в 40-45см) хватает 60Вт Cree XP-E -> или около 6000Лм.
В нано 19л такой же коврик прекрасно растет при 8Вт Cree XP-E -> или около 720Лм

То есть волшебная искомая цифра где-то 40Лм\л для требовательной растючки. Если доводить растючку до интенсивной красноты, то необходимо где-то 50-60Лм\л.

Изменено 10.5.12 автор damien Lakovsky
2012-05-10 добавлено 10/05/2012 10:09:12#1623398

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
По драйверам. Про разные виды драйверов уже было выше http://www.aqa.ru/fo...
Правда у меня сложилось впечатление, что не все до конца понимают что значит "токовый драйвер", и чем он отличается от драйвера для СД на 12В на какой-то максимальный ток.

На рынке сейчас представлено два основных вида СД источников света. Первый, это различные СД лампы, матрицы, ленты, ... , в которых СД (кристаллы) уже соединены последовательно по несколько шт, и последовательно с ними уже присутствует ограничительный резистор. Они рассчитаны на 12 В. К ним в продаже есть масса драйверов (адаптеров, ИП, RGB контроллеров, ...) у которых указано напряжение 12В и максимальный ток. Обо всех недостатках такого способа подключения и самих таких источников света на СД уже много говорилось, останавливаться подробно не буду. Не наш случай.

Второй, это просто СД (порой сгруппированные последовательно кристаллы, но без ограничительных резисторов). Для их питания как раз и существуют "токовые драйверы" (стабилизаторы тока, источники тока, генераторы тока, ... ). Вот на них и хочу немного остановиться.

Т.е. "токовый драйвер" стабилизирует ток, а не напряжение. Рассмотрим на примере условного драйвера 1А 24В. Если например замкнуть его "выходные выводы" (режим короткого замыкания КЗ), то ток КЗ будет ограничен на уровне 1А, иными словами застабилизирован на уровне 1А, (другое дело что не каждый драйвер рассчитан на режим КЗ, но мы сейчас рассматриваем общий принцип его работы). Допустим теперь мы подключим к нему нагрузку 1 Ом. Тогда драйвер "выставит" на ней напряжение 1 В (точнее он ничего не выставит, он ограничит ток на уровне 1А, а по закону Ома падение напряжения на нагрузке 1 Ом при токе 1 А составит 1В). Если подключим нагрузку 10 Ом, то ток останется прежним, 1А, но напряжение на нагрузке будет уже 10 В. И так будет происходить до тех пор, пока напряжение на выходе "токового драйвера" не достигнет максимального для него (в нашем случае 24В) напряжения. Тоже самое будет происходить и при подключении СД. Предположим что наш СД при токе 1А имеет прямое напряжение 3В. Тогда при подключении одного СД через него пойдет ток 1А, а напряжение на нем будет 3В. Если подключим три последовательно соединенных СД, то напряжение на них получится 9В, но ток все-равно останется 1А. И так будет происходить пока напряжение на выходе драйвера не достигнет максимально возможного для него, (для нашего примера 24В), т.е. теоретически к нему можно подключить 8 СД (с напряжением 3В) 3В х 8 шт = 24В, но реально на один-два меньше, т.к для нормальной и стабильной работы необходим некоторый запас по напряжению, (на разброс СД по параметрам, на их температурный коэффициент по напряжению, на разброс параметров самого драйвера, ... ). Таким образом подключая последовательно разное количество СД к одному "токовому драйверу" (в пределах возможности драйвера), обеспечивается оптимальный режим работы для каждого СД с минимальными тепловыми потерями (максимальным КПД).

Существуют так же "лампы СД", на 220В, но это частный случай, комбинация СД и соответствующего драйвера.

Так же "токовые драйверы" существуют двух видов, с питанием непосредственно от 220В или от вторичного ИП (24В-30В-48В ... ). Об этом Kiraso уже рассказал выше. А также бывают диммируемые (с возможностью управления током из вне по ШИМ или напряжению), бывают и без, но общий принцип "токовых драйверов" один, стабилизация по току.

С уважением А.А.

PS
Для "правильного" СД светильника и драйвер необходим "правильный".
2012-05-11 добавлено 11/05/2012 00:05:26#1623739

Советник





5088 1164
Москва
1 час. назад
AlexAlex


Хочу только добавить, что сами драйверы конструируются так, чтобы приблизить к нулю собственное электропотребление. Этим они принципиально отличаются от последовательного токограничивающего резистора и от классической транзисторной схемы источника тока.
2012-05-11 добавлено 11/05/2012 07:01:49#1623766

Свой на Aqa.ru




5192 586
Киров (Кировская область)
1 г. назад
сообщение Константин Кучеренко
... сами драйверы конструируются так, чтобы приблизить к нулю собственное электропотребление. ...

Да, в основу работы таких драйверов заложены импульсные методы преобразования энергии, по этому и КПД их довольно высок.
Для примера такая китайская "фитюлька" размером всего 15 х 15 мм способна обеспечить ток 660 ма для цепочки из нескольких СД при питании от вторичного ИП 24В . при цене всего 65 руб. Построена на ИМС CL6808 http://www.viewtron.... , аналоге PT4115 http://www.micro-bri... и имеет бонусом не заявленную возможность диммирования, и все это за 65 руб.

На "борту" так же имеет диодный мост, который позволяет ей работать и от переменного тока (до 17В). При работе от ИП постоянного тока, для повышения КПД устройства в целом, диодный мост лучше убрать.

С уважением А.А.
2012-05-11 добавлено 11/05/2012 08:14:04#1623778

Свой на Aqa.ru




997 68
Санкт-Петербург
2 час. назад
AlexAlex

Да, там штыри под стандартный цоколь (MR) для галогенок на 12в, поэтому и мост диодный стоит, т.е. это альтернатива лампочкам.
мост действительно лучше зашунтировать/демонтировать, если надобности в нем нет, т.к. на нем падает 0,6-0,7 вольта и греется существенно, а т.к. печатная плата там (если грамотно сделано) должна выполнять роль теплоотвода от чипа и лишние "печки" нам не нужны.
А бонуса там даже два , кроме того что можно диммировать ШИМом, так еще можно диммировать напряжением.
Показать скрытый текст


Хочу еще немного добавить по токовым AC драйверам, у знакомого был случай когда он подключил просто для проверки работоспособности к драйверу AC один светодиод, и благополучно спалил последний. Т.е. это такой случай, когда драйвер при КЗ выдал не номинальный ток, а больший.
На драйверах, кроме тока стабилизации еще часто пишут и диапазон выходного напряжения, при котором драйвер способен поддерживать ток (иногда также указывают и рекомендуемое кол-во светодиодов). Так вот, как уже и говорил Александр, стабилизация тока обеспечивается изменением выходного напряжения (закон Ома). С ситуацией, когда подключаем слишком много светодиодов к драйверу, все просто: светодиоды гореть не будут, но и ни чего не выйдет из строя. А вот когда мы подключим, к примеру, один светодиод с падением напряжения порядка 3 вольт к драйверу с минимальным напряжением на выходе вольт так 12 (рассчитан на 4 светодиода минимум), и если в драйвере нет защиты от такого включения, фактически от КЗ на номинальном токе, то с высокой вероятностью светодиод сгорит (драйвер тока не сможет опустить свое выходное напряжение ниже 12 вольт и все это напряжение пойдет на светодиод, что лавинообразно поднимет ток протекающий через него).Драйвер то может и выдержит (тем более кратковременно, пока не сгорит светодиод). Еще раз повторю, что это был практический случай, до того момента, я предполагал, что драйвер при любом раскладе должен удерживать номинальный ток, на практике вышло несколько иначе.
Могу предположить, что в более дорогих версиях драйверов такая защита предусмотрена.


Изменено 11.5.12 автор Kiraso
2012-05-11 добавлено 11/05/2012 09:24:52#1623795

<< 12345 78910111213 >> Создать новую темуБыстрый ответ