[发明专利]一种循环水冷式植物工厂LED面光源的散热管理系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于智能农业装备和节能管理领域，特别涉及一种利用循环水冷和能耗管理实现植物工厂LED面光源散热管理和利用的自适应系统。

背景技术

目前，LED（Light Emitting Diode）是一种将电能转化为光能的电子元件，由于其相较传统光源具有体积小、重量轻、结构坚固、而且工作电压低、使用寿命长、节能环保等优点，随着价格的降低，将是未来人工光利用型植物工厂的主流光源。LED光源的形式多种多样，有点光源、条形光源及面光源等，但相较而言，面光源具有点光源和条形光源所不具备的光照均匀的突出优点，可以保证栽培作物受光的均匀性，实现植物长势一致、整齐的突出优势，所以LED面光源将是人工光利用型植物工厂LED光源的主流光源形式。

LED作为光电器件，其工作过程中仅有10%-20%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，且芯片面积较小，随着输入功率的增加，芯片上累积的热量将越来越多。结温是衡量LED封装散热性能的一个重要技术指标，当结温上升超过最大允许温度时（通常为150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此散热问题是LED封装必须解决的关键问题，也是近年来的研究热点，同时采用外部散热设计也是一条重要的解决思路。总体来说，LED的散热方法主要有两种：一是通过降低内部热阻，主要通过LED的内部封装结构及封装材料的改进来实现；二是通过降低外部热阻，来提高外部的散热效率达到散热的目的。

外部散热的主要方式有：（1）风冷散热；（2）热电制冷；（3）热管制冷；（4）液冷；（5）其他散热新技术如多孔微热沉散热、液态金属散热、液体浸没散热、高压直流电冷却等方式。外部散热是一种解决LED散热管理的一种非常有效的方法。（1）风冷散热依靠强制对流的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生噪声，散热能力有限。（2）热电制冷是利用珀尔贴效应制成的散热器，无需冷源，具有体积小、安静的特点，缺点是热电转化效率低、加工成本高。应用于室外的LED产品，存在使用环境恶劣时要求较高的静电防护、防水和防尘，制作高效率散热技术成本高等不少应用问题。（3）热管制冷是依靠自身内部工作液体相来实现传热的散热方式，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制等诸多不利。（4）液冷通过流体泵强制实现液体的循环流动而带走热源热量的一种散热方式，与风冷散热相比，效率更高、噪声小、对环境的依赖性小，缺点是附件多、安装复杂。（5）其他散热技术都是LED散热的新技术，正在积极地尝试。以上的散热技术都起到了一定的散热作用，有效地降低了LED结温，但是，这些散热技术都没有考虑将LED发热量加以利用。在人工光利用型的植物工厂中，人工光源散失的热量是非常可观的，这些热量的积累不仅会引起光源寿命和效率的降低，还会引起植物工厂内温度升高，在非采暖季节会附加非常大降温能耗。本着解决功率型LED散热问题，并将其发热量加以利用的目的，本发明利用循环水冷和能耗管理系统实现植物工厂LED面光源散热管理和利用。

发明内容

本发明的目的是针对目前，LED光源散失的热量是非常可观，没有加以利用的问题，提出一种循环水冷式植物工厂LED面光源的散热管理系统及方法。此系统不仅能够有效地将LED产生的热量及时散出，保证结温在较低的温度水平，同时可以将LED发热量置换为水的热能，分季节将热能置换于室内或者室外。采暖季节，置换于室内，用于植物工厂增温，减少加温能耗；非采暖季节时置换于室外，减少降温能耗，经冷却后循环使用。

本发明的技术方案是： 

一种循环水冷式植物工厂LED面光源的散热管理系统，它包括：LED面板散热装置、控制器以及与控制器相连的温度测量仪器、热能置换系统和水路循环系统，所述的LED面板散热装置安装在LED灯板的背面，温度测量仪器安装在流进和流出LED面板散热装置水路循环系统的管道上，水路循环系统贯穿LED面板散热装置，热能置换系统安装在水路循环系统上，所述的温度测量仪器用于采集经过LED面板散热装置的水路循环系统的进出水温度，控制器控制水路循环系统各阀门工作状态并记录进出水口温度，同时根据进出水温度计算热能置换系统置换水路中的热量来控制室外散热器风机的转速，进行散热。