Основи вентиляції корпусів радіоапаратури і пк

На роботу вентиляції корпусів ПК і РЕА накладаються досить жорсткі обмеження. З одного боку потрібна температурі повітря в корпусі ПК максимально наближена до температури зовнішнього повітря. З іншого, це неприпустимість перевищення температури охолоджуваного вузла до максимально для нього допустимої, яка становить зараз від 85 до 95 ° С, причому вона повинна бути по можливості мінімальною. Важливий і мінімальний рівень шуму системи вентиляції. Для оптимальної конструкції треба з максимальною якістю виконати ці умови.

Точний розрахунок системи вентиляції РЕА складний і повинен враховувати безліч факторів які в нашій практиці важко врахувати. А якщо будь-якої фактор не враховується похибка розрахунку наближається до 50%. Тут наведено спрощений розрахунок який дозволяє оцінити характеристики системи.

В даному матеріалі я хотів показати, що грамотно спроектована система з природною вентиляцією, за своєю здатністю виводити тепло може перевершувати неграмотний "стандартний корпус". А застосування в такому корпусі примусової вентиляції здатне забезпечити роботу самих тепловиділяючих систем.

Щоб не було помилок, звертаю Вашу увагу всюди в тексті розмірність H - кг / м 2. а не кг / см 2 (технічна атмосфера).

Фізичні основи вентиляції.

Відомо, що нагріте повітря має меншу питому вагу ніж холодний (рис.1), і тому витісняється більш важким холодним повітрям і піднімається вгору. Це властивість нагрітого повітря використовується не тільки для підйому монгольф'єрів - літальних апаратів легше повітря, але і для створення тяги в опалювальних пристроях, і, що більш важливо для нас, для охолодження вузлів РЕА, розташованих в корпусах з природною і примусовою вентиляцією. Графік залежності уд. ваги повітря від температури показаний на рис.1.

Відведення тепла з корпусів РЕА здійснюється повітрям за рахунок виносу його проходять потоком надлишкового тепла і заміщення його в корпусі більш холодним зовнішнім повітрям. Це заміщення створює проходить потік повітря. Він виникає з природних причин - різниці температур або відповідно різниці питомих ваг зовнішнього і внутрішнього повітря.
Це природна вентиляція.

При значних надлишки тепла, низькій температурі зовнішнього повітря в корпусах РЕА без примусової вентиляції можуть здійснюватися повітрообмін, що досягають декількох десятків кубічних метрів на годину.

Повітряні потоки, що забезпечують теплообмін можуть створюватися й існувати за рахунок зовнішнього нагнітає (витягує) електромеханічного пристрою - вентилятора. Цей вид вентиляції вимагає додаткових енерговитрат, підвищує рівень шуму блоків і знижує надійність конструкції РЕА.

Це примусової вентиляції.

Конструкція корпусу визначається виходячи з можливості застосування того чи іншого виду його вентиляції. Наприклад, в низько профільних корпусах відсутня перепаду висоти між центрами вентиляційних отворів, це унеможливлює застосування природної вентиляції. В таких корпусах можливе застосування тільки примусової вентиляції.

З курсу фізики відомо, для ізобарного (при постійному тиску) процесу нагріву газу масою m. кількість теплоти, отримане ним - W збільшує його температуру на δ t.

W = m • c • δt = L пр • ρ • з • δt (Дж / год) [1]

Тут m = L пр • ρ - це маса бере участь в охолодженні повітря, а ρ-питома вага повітря.

Коли вентиляція призначена для видалення тепла з вентильованого обсягу, обсяг припливного повітря і кількість відведеного тепла визначається з виразу:

Отримані результати зведені в графік залежності відводиться потужності від температури вихідного повітря і показані на малюнку 4.

В даному випадку збільшення h отримано на одному і тому ж корпусі, але зі зміненою конструкцією вентиляційного каналу. Ця зміна дало 30% збільшення ефективності системи охолодження.

Якщо Вам цікаво і для практики порахуйте W для h = 0,5 м.

Примусова вентиляція.

Примусова вентиляція, як уже писалося вище, це вентиляція де повітряні потоки, що забезпечують теплообмін створюються і існують за рахунок зовнішнього нагнітає (витяжного) електромеханічного пристрою - вентилятора.

Цей вид вентиляції вимагає додаткових енерговитрат, підвищує рівень шуму і знижує надійність конструкції РЕА.

Зрозуміло, що в даному випадку охолодження повністю залежить від характеристик застосовуваних вентиляторів. Низько профільні корпусу, як правило, мають великий аеродинамічний опір, його величина має істотне значення.

Аеродинамічний опір корпусів ПК, для забезпечення ефективного охолодження, повинен бути набагато меншим надлишкового тиску створюваного вентилятором. Це докладно описано в статті «Схеми включення вентиляторів для охолодження системних блоків персональних комп'ютерів».

Для примусової вентиляції в ПК застосовуються осьові і відцентрові вентилятори, які мають різні характеристики.

Щоб зрозуміти переваги і недоліки цих двох систем, порівняємо характеристики осьового і відцентрового вентилятора. Для порівняння візьмемо по одному з найбільш близьких за характеристиками представник кожного виду. Це осьової вентилятор AFB1212L і відцентровий вентилятор (бловер) BFB159x165x40.

Відразу впадають в очі головна відмінність.

При витратах мають один порядок, відцентровий вентилятор - має максимальний тиск в 5,5 рази вище осьового.

Звідси випливають його:

більш висока споживана потужність (більш ніж в 5,5 рази),

високий рівень шуму.

Це дозволяє рекомендувати відцентровий вентилятор для застосування в системах примусового охолодження (вентиляції) з високим аеродинамічним опором.

Наприклад - при втратах тиску в охолоджувальної системи рівному 4 мм.H2 O осьової вентилятор моделі L матиме прагне до нуля витрата, а у відцентрового вентилятора витрата складе 1,3 м 3 / хв для моделі L.

Та ж формула [2.1] дозволяє порахувати і величину виведеної за межі корпусу теплової потужності за допомогою примусової вентиляції.

Отримуємо - W - відводяться надлишки тепла Дж / сек або Вт,

t ух - температура повітря, що минає з вентильованого обсягу (град.С),

t пр-температура припливного повітря (° С),

# 961; пр - питома вага припливного повітря в кг / м3,

С - теплоємність повітря в Дж / кг град,

L пр - обсяг припливного повітря м 3 / сек.

Для вентилятора 120 мм типу AFB12 L вигляді графіка це виглядає так:

dt = 10 ° С - зелена лінія,

dt = 2 0 град.С - червона лінія,

dt = 3 0 град.С - синя лінія.

З формули і рис.6 бачимо, що висновок тепла пропорційний витраті охолоджуючого повітря L пр (звичайно W визначається ще й різницею температур, але ми ведемо розрахунок для заданої температури повітря). Тому головним завданням вентиляції корпусів для систем примусового і природного охолодження є забезпечення максимальної витрати охолоджуючого повітря.

Особливо слід сказати про особливості застосування осьових вентиляторів в системах охолодження, що визначаються їх низьким надлишковим тиском.

Низьке надлишковий тиск осьового вентилятора має на увазі його застосування в системах з низьким аеродинамічним опором. Причому для його ефективного застосування (з витратами близькими до заявлених в документації) вимагає, щоб це аеродинамічний опір становило менше 10% від паспортного витрати вентилятора.

У зв'язку з цим слід звернути особливу увагу на монтаж осьових вентиляторів. Часто їх ставлять в перфорацію корпусу, площа отворів якої (S перфоров) багато менше прохідного перерізу вентилятора (S вент).

При такому монтажі, для наших швидкостей повітряних потоків, реальна витрата приблизно в K разів менше паспортного.

висновок

Сучасні технічні рішення в проектуванні, повинні відрізняються застосуванням оптимальних конструкцій.

Аналогічна ситуація і в охолодженні РЕА.

Так конструкції з малим тепловиділенням можуть бути виконані в низькопрофільних корпусах, і мати низький рівень шуму.

Конструкції з виділенням тепла середнім і вище можуть виконуватися в корпусах типу «Десктоп» або низькопрофільних стоєчних корпусах. Але при високих тепловиділеннях властивих серверів і високопродуктивним ПК і робочих станцій, в низькопрофільних корпусах стоечного типу, доводиться застосовувати ефективну систему примусової вентиляції. В цьому випадку ми змушені миритися з підвищеним шумом, зниженням надійності. Причому зниження надійності конструкції в великій мірі визначається надійністю системи вентиляції. Оскільки практично завжди вихід з ладу системи вентиляції низькопрофільних корпусів з великим виділенням тепла призводить до перегріву елементів конструкції РЕА.

Інша ситуація з вертикальними корпусами - для комп'ютерів це корпусу типу "Tower" ( "Вежа"). Ці корпусу найбільш пристосовані для систем із середнім і великим виділенням тепла, навіть при природній вентиляції. Це дозволяє мати низький рівень шуму.

При велике тепловиділення грамотно спроектований корпус здатний забезпечити нормальні температурні умови роботи вузлів комп'ютера при прийнятному рівні шуму. (Наприклад: виготовлений корпус, який при тепловиділення 500 Вт, має рівень шуму до 25 дб, перегрів повітря в корпусі - кілька градусів).

У перспективі для прийдешніх тепловиділень в районі 1000-1200 Вт тільки в таких корпусах можна забезпечити нормальні температурні умови роботи вузлів комп'ютера при рівні шуму до 40 дб.

Співвідношення величин.

Пояснення.

Особливо звертаю Вашу увагу на величину тиску!

Звертаю Вашу увагу на розмірність H - кг / м 2. а не кг / см 2 (технічна атмосфера).

Є Новомосковсктель який думає, що тільки тиск (теплової натиск) визначає ефективність вентиляції, але якщо Ви уважно Новомосковсклі то бачили формули 4 і 5 які поряд з формулою 3 разом повністю описують роботу системи вентиляції. Для порівняння природної і примусової вентиляції нижче наведені їх дані в таблиці.

вентилятор AFB1212VHE
(Примусова вентиляція)

Як результат порівняння це в 15 разів менша витрата при природній вентиляції і відповідно в стільки ж разів більша в разі примусової вентиляції висновок тепла за межі корпусу.

Повторюся ще раз: В даному матеріалі я хотів показати, що грамотно спроектована система з природною вентиляцією, за своєю здатністю виводити тепло може перевершувати неграмотний "стандартний корпус". А застосування в такому корпусі примусової вентиляції здатне забезпечити роботу самих тепловиділяючих систем які тільки будуть з'являтися.