Un luminaire submersible fonctionne à la fois dans le meilleur et le pire environnement thermique disponible. L'eau évacue la chaleur beaucoup plus efficacement que l'air, et un boîtier scellé n'offre pratiquement aucun chemin pour que la chaleur l'atteigne. Chaque décision concernant la manière dont une lampe submersible est construite est une décision concernant cette contradiction.
Un boîtier étanche est un problème thermique avant d'être un problème d'étanchéité
L’étanchéité et la conception thermique tirent dans des directions opposées. Une paroi plus épaisse scelle de manière plus fiable et ajoute une résistance au flux de chaleur. Le composé d'enrobage protège les composants électroniques de l'eau et les encapsule également, de sorte que la chaleur doit le traverser. Un couvercle amovible pour atteindre le conducteur signifie un joint à compression, et un joint à compression est le joint le plus susceptible de fuir avec le temps.
Le résultat est qu’un luminaire submersible n’est pas un luminaire scellé avec un problème thermique boulonné. Il s'agit d'une conception thermique avec une exigence d'étanchéité, et la géométrie du boîtier, l'épaisseur de la paroi, le matériau et la méthode de fixation interne en découlent.
Pour un acheteur, c’est la raison pour laquelle deux luminaires avec le même nombre de LED et la même puissance peuvent se comporter différemment sur cinq ans. Le dé se comporte de manière identique. Ce qui diffère, c'est la rapidité avec laquelle la chaleur s'en échappe.
Le chemin de la chaleur, étape par étape
La chaleur d’une LED se déplace le long d’une chaîne et chaque étape de la chaîne possède une résistance thermique. Le total détermine la température de jonction.
La jonction au colis, fixée par le fabricant de LED
Le paquet sur la carte, défini par le joint de soudure et la conception du tampon
La carte au boîtier, réglée par le matériau d'interface et la pression de contact
À travers la paroi du boîtier, déterminée par le matériau et son épaisseur
De la surface du logement à l'eau, déterminé par la surface et le mouvement de l'eau
Les étapes trois et quatre sont celles où le fabricant a le plus d’influence, et la troisième étape est celle où les conceptions bon marché donnent le plus. Une plaque à noyau métallique-fixée à une face usinée transfère bien la chaleur. La même carte posée sur une surface peinte sans matériau d'interface le transfère mal, et la différence se manifeste par une température de jonction plus élevée à la même puissance.
La cinquième étape concerne l'installation plutôt que le produit, c'est pourquoi un luminaire peut fonctionner différemment dans deux bassins de même taille. Plus d’informations à ce sujet ci-dessous.
Pourquoi l'eau n'est pas simplement un bon dissipateur de chaleur
La conductivité thermique de l’eau est plusieurs fois supérieure à celle de l’air, et cette comparaison est citée comme si elle réglait la question. Ce n’est pas le cas, car la conduction dans l’eau dépend du mouvement de l’eau.
L'eau en contact avec une surface chaude forme une couche limite qui l'isole. Dans l’eau calme, cette couche s’épaissit et le transfert de chaleur disparaît. Dans l’eau en mouvement, elle est continuellement balayée et le transfert de chaleur reste élevé. Un luminaire dans un bassin sans circulation et le même luminaire dans un bassin de fontaine avec une pompe en marche sont deux installations thermiques différentes.
Trois autres effets comptent en service :
Air emprisonné. Un luminaire monté sous un rebord, ou avec sa face inclinée vers le bas, peut maintenir une poche d'air contre sa surface supérieure. L’air est un isolant et la poche est invisible depuis le dessus de l’eau.
Dépôts. Le biofilm, les algues et le calcaire ont tous une faible conductivité thermique. Un boîtier avec un revêtement visible est un boîtier qui a perdu une partie de son refroidissement.
Sédiment. Un luminaire à moitié-enterré dans le limon dans un bassin rarement nettoyé a perdu la majeure partie de la surface pour laquelle il était conçu.
Aucun de ceux-ci n’est un défaut de fabrication. Ce sont des conditions de fonctionnement, et une spécification qui suppose le déplacement d’eau propre devrait le dire, car c’est sur cette hypothèse que la conception thermique était basée.
Tj, Tc et pourquoi la température du boîtier est ce que vous pouvez mesurer
Les fabricants de LED publient une température de jonction maximale, généralement autour de 125 degrés ou 150 degrés selon l'emballage. La jonction se trouve à l'intérieur de la matrice et ne peut pas être mesurée directement dans un luminaire fini.
Ce qui peut être mesuré, c'est la température du boîtier, et les fabricants établissent la relation entre les deux pour une conception donnée. C'est pourquoi les rapports LM-80 sont exécutés à des températures de boîtier spécifiées plutôt qu'à une température ambiante : la température du boîtier est la condition limite qui relie le résultat du laboratoire au produit réel.
Deux conséquences pour les acheteurs :
Lorsqu'un fournisseur revendique un chiffre de maintien du flux lumineux, demandez à quelle température il a été mesuré et comment cela se compare à la température du boîtier du luminaire fini en service.
Lorsque vous spécifiez un luminaire, décrivez l'état de fonctionnement plutôt que seulement les exigences électriques. La plage de température de l’eau, le débit et le fait que l’appareil soit ou non exposé à l’air sont les données dont dépend la conception thermique.
Le conducteur est généralement la première chose à tomber en panne
Le package LED est robuste et prévisible. L'alimentation électrique n'est ni l'un ni l'autre, car elle contient des condensateurs électrolytiques dont la durée de vie diminue de moitié environ tous les dix degrés d'augmentation de température.
Dans un luminaire submersible, le pilote se trouve dans le pire endroit disponible : scellé, sans circulation d'air, souvent à côté des LED qu'il pilote. Un conducteur dans cette position est un élément d’usure ayant une durée de vie et non un composant permanent.
C’est l’argument le plus fort en faveur de la séparation des deux. Une conception avec le pilote hors de l'eau, du côté sec dans une enceinte ventilée ou un local technique, éloigne le composant le plus sensible à la température du pire environnement thermique et modifie le mode de défaillance de l'ensemble du système.
Si le driver doit être intégré, les questions pratiques sont alors de savoir si le luminaire peut être ouvert pour le remplacer et si la pièce de rechange est une pièce de stock. Une unité scellée avec un pilote défaillant constitue un remplacement complet du luminaire, et le coût de celui-ci est dominé par l'accès.
Marche à sec : que se passe-t-il lorsque la pompe s'arrête et que les lumières restent allumées
Un luminaire submersible est conçu avec de l'eau de l'autre côté du boîtier. Retirez l'eau et la dernière étape du chemin thermique est remplacée par de l'air, qui est environ vingt fois pire en tant que conducteur et infiniment pire sans convection dans un bassin fermé.
Les conséquences arrivent dans un ordre défini :
La température du boîtier augmente, tout comme la température de jonction.
Le rendement lumineux diminue, car l'efficacité des LED diminue à mesure que la puce chauffe
Changements de couleur, car les canaux dérivent à des rythmes différents
Les condensateurs du driver vieillissent plus vite
Le stress thermique fait subir un cycle au joint, et le joint est la prochaine défaillance
Une fonction qui allume ses lumières lorsque la pompe est éteinte le fait à chaque fois. Il pourrait survivre à la première saison. Ce qu'il ne fera pas, c'est atteindre la durée de vie décrite dans la fiche technique, car la fiche technique décrit une condition différente.
Le remède est une décision de contrôle plutôt qu’une décision de produit. Verrouillez l'éclairage avec la pompe afin que les lumières ne puissent pas fonctionner sans débit, ou utilisez un luminaire dont la conception thermique tolère l'exposition à l'air, et indiquez lequel des deux s'applique dans les spécifications. La troisième option, fonctionner sans débit et accepter une durée de vie raccourcie, est un choix commercial légitime tant que tous les participants à la conversation savent que c'est le choix qui est fait.
Insérez l'état de fonctionnement dans les spécifications plutôt que de le laisser déduire, et lorsque le bassin ne peut pas garantir l'écoulement, traitez le verrouillage comme faisant partie de la portée électrique plutôt que comme une instruction d'exploitation.
En pot ou réparable : le compromis-en termes simples
Deux familles de construction dominent.
Entièrement mis en pot. L'électronique est encapsulée dans un composé à l'intérieur du boîtier. La répartition de la chaleur est bonne, l’étanchéité est la plus robuste disponible et il n’y a aucun joint interne susceptible de fuir. Il n'est pas non plus réparable : en cas de panne du driver, le luminaire est remplacé.
Scellé mais ouvrable. Le conducteur et le joint sont accessibles. Des pièces de rechange et une longue durée de vie sont possibles, et la tâche d'étanchéité est plus difficile car il y a un joint de compression qui doit être réalisé correctement et refait- correctement après chaque intervention.
Le choix vous appartient généralement de savoir si l'eau peut être évacuée. Une piscine vidée chaque année peut accepter un accessoire en pot, car le remplacement est planifié plutôt que perturbateur. Un bassin qui n'est jamais vidangé, ou une piscine en usage continu, plaident pour un luminaire dont les pièces consommables peuvent être atteintes sans déplacer un mètre cube d'eau.
Ce que montre réellement un test thermique
Un test thermique sur un luminaire submersible n’est pas une simple mesure. Il s'agit d'un ensemble de mesures effectuées jusqu'à ce que les températures cessent d'augmenter, dans des conditions qu'il faut énoncer pour que le résultat ait un sens.
Ce qu'un rapport de test utile vous apporte :
La température de l'eau pendant le test et si elle a été maintenue constante ou si elle a dérivé
Si l'eau était calme ou circulait, et à quelle vitesse si cela est connu
La température du boîtier au point de mesure défini et à l'endroit où ce point se trouve
La puissance réellement consommée pendant le test plutôt que la valeur nominale
La durée et la preuve que l'état d'équilibre a été atteint
Le dernier élément est celui où apparaissent les tests accélérés. Un luminaire doté d'un boîtier en métal moulé a une masse thermique appréciable et le boîtier se réchauffe lentement. Un test qui s'arrête après trente minutes a mesuré l'échauffement du boîtier, et non l'état dans lequel le luminaire restera assis pendant six heures. Si un rapport n'indique pas le temps de trempage, la température du boîtier est provisoire.
Pour un acheteur, l’utilisation pratique d’un rapport thermique est une comparaison plutôt qu’un jugement absolu. Deux fournisseurs testant dans la même condition décrite peuvent être comparés. Deux fournisseurs indiquant une seule température de boîtier sans conditions de test ne peuvent pas du tout être comparés.
Que préciser
Écrivez-les dans les spécifications et la conception thermique doit être vérifiée :
La plage de température de l'eau en service, y compris la plus froide et la plus chaude attendue
Si l'eau est en mouvement ou toujours à la position du luminaire, et le débit supposé
Si l'appareil peut un jour être alimenté sans eau, et si oui, pendant combien de temps
La température maximale de l'air lorsque le bassin est vide et que le luminaire est exposé au soleil direct
Si le pilote est intégré ou distant, et s'il est distant, où il est installé
Si l'appareil doit rester utilisable s'il n'est jamais vidé
Où nous sommes assis
Nous construisons des luminaires submersibles avec le pilote intégré ou déporté, et nous indiquons les conditions de fonctionnement que suppose la conception thermique plutôt que de les laisser déduire. Lorsqu'un bassin fait fonctionner ses lumières indépendamment de sa pompe, nous recommandons un verrouillage et fournirons les détails du câblage.
Si votre projet fait fonctionner l'éclairage sans débit d'eau garanti, dites-le au stade de l'enquête. Une lumière sous-marine IP68 et unLumière de fontaine 12Vsont des cas thermiques différents, et la réponse change avec le montage. NotreProfil de l'entrepriseexplique comment nous traitons les questions de candidature.
FAQ
Q : Les lumières sous-marines refroidissent-elles parce qu’elles sont dans l’eau ?
R : Uniquement lorsque l’eau bouge. L'eau stagnante forme une couche limite isolante contre le boîtier. Un luminaire dans un bassin à circulation et le même luminaire dans un bassin tranquille sont deux installations thermiques différentes.
Q : Que se passe-t-il si j'allume les lumières d'une fontaine avec la pompe éteinte ?
R : Le boîtier perd son chemin thermique principal. Les températures du boîtier et des jonctions augmentent, la sortie et la couleur dérivent, et les condensateurs du pilote vieillissent plus rapidement. Un fonctionnement à sec répété réduit la durée de vie du luminaire et, dans la plupart des cas, la garantie ne le couvre pas.
Q : Un luminaire entièrement enrobé est-il meilleur qu’un luminaire en bon état ?
R : Il scelle et répartit mieux la chaleur et ne peut pas être réparé. Une panne de pilote signifie donc le remplacement du luminaire. Une conception réparable permet un changement de pilote ou de joint, mais dépend de la réalisation correcte d'un joint de compression. Le choix découle généralement de la possibilité ou non d'évacuer l'eau.
Q : Pourquoi les LED tombent-elles en panne alors que les LED elles-mêmes sont évaluées pour 50 000 heures ?
R : Parce que le pilote échoue en premier. Les condensateurs électrolytiques perdent rapidement leur vie à mesure que la température augmente, et dans un appareil sous-marin scellé, le pilote se trouve dans la position disponible la plus chaude.
Q : Quel chiffre de température doit apparaître dans une spécification ?
R : La condition de fonctionnement plutôt qu'un simple chiffre : plage de température de l'eau, si l'eau bouge et si l'appareil peut un jour être mis sous tension sans eau. Ce sont les intrants autour desquels la conception thermique est construite.
Vérification d'une application-à sec ou-à l'eau plate
Indiquez-nous le programme de la pompe, le type de bassin et la position de montage, et nous vous dirons lequel de nos modèles convient à l'application et lequel ne le convient pas.