Практическое применение основ вентиляции
Опубликовано: 15.11.2018
Известно температура воздуха в системном блоке на 12-18 град. С выше чем температура окружающего воздуха, а максимальное тепловыделение в СБ сейчас достигло 176 Вт в офисном применении и 300-500 Вт в игровом и профессиональном применении.
Охлаждение ПК является комплексной задачей, где используются 2 этапа теплообмена.Первый, нагретое тело, процессор или другой прибор, передают выделяемое на них тепло в воздух заполняющий внутренний объем корпуса. Этот процессдля устройств с низким тепловыделением происходит напрямую,
корпус процессора, ... -> окружающая среда ,
а для устройств с высоким тепловыделением через, промежуточные узлы - охладители (кулеры), по схеме
корпус процессора -> кулер -> воздух в корпусе ПК .
Второй,
воздух в корпусе ПК –> окружающая среда .
Это осуществляется с помощью системы вентиляции корпуса ПК, которая заменяет нагретый воздух в корпусе на более холодный внешний. Вентиляция ПК, и есть конечный этап отвода тепла в окружающую среду.
Поскольку эффективность отвода тепла от процессора определяется перепадом температуры процессор – среда внутри ПК, то для выполнения функции охлаждения определяющей задачей является снижение температуры воздуха внутри ПК до температур максимально близких к температуре окружающего воздуха.
Особенно важна работа вентиляции, когда температура наружного воздуха поднимается до 40-45 град.С или если по какой либо причине снизилась эффективность работы вентилятора.
Эффективной можно считать только ту систему вентиляции, которая обеспечивает температуру в корпусе ПК на 2-5 ° Свыше наружного воздуха.Есть несколько применяемых сейчас способов выполнить это требование:
можно снять крышку с корпуса ПК (СБ); можно подать наружный воздух непосредственно к тепловыделяющему узлу; можно обеспечить подачу наружного воздуха мощным нагнетателем; можно охладить подаваемый в СБ воздух до необходимой температуры.Все эти способы имеют более или менее существенные недостатки, рассмотрим их.
первый , не смотря на то, что этим Вы сделаете температуру воздуха в СБ практически приближающейся к температуре наружного воздуха. имеет существенный недостаток. Это нарушение структуры воздушных потоков и некоторые устройства ПК ранее охлаждавшиеся за их счет, попадут в тяжелый тепловой режим. Примером такого устройства может быть HDD , чипсет с пассивным охлаждением.
второй , уже применяется. Вы видите на крышках современных СБ пластиковые воздуховоды подающие воздух непосредственно к процессору. Он позволяет повысить эффективность охлаждения узла к которому подается воздух. К недостатку этого способа можно отнести его эффективную работу только после подгонки к определенному виду кулера, подачу пыли непосредственно к нему же и высокая температура воздуха в корпусе ПК.
третий , приводит к повышенному уровню шума,
четвертый , имеет большие затраты энергии, которые (учитывая КПД) примерно в два раза больше мощности тепловыделения в корпусе ПК.
В то же время оптимально спроектированная система вентиляции способна обеспечить все эти требования и обеспечить подачу внешнего воздуха к нагретым узлам.
Система вентиляции может быть построена:
на естественном движении нагретого воздуха вверх – естественная вентиляция, на применении принудительного воздухообмена – принудительная вентиляция и на одновременном использовании обоих способов.Последний, наиболее перспективный, поскольку позволяет обеспечить эксплуатацию ПК (при некотором снижении производительности) даже при выходе из строя устройств принудительной вентиляции.
Естественная вентиляция работает следующим образом.
Если температура воздуха в корпусе ПК = t в и выше наружной температуры t то вес 1 м3 воздуха в килограммах (удельный вес) внутри ПК - γв кг/м3 , будет меньше удельного веса атмосферного воздуха γн кг/м3. Тогда вес столба воздуха высотою h , от центра нижних открытых отверстий до центра верхних открытых отверстий, составит: внутри ПК – h γв , в окружающей атмосфере – h γн . Очевидно, что на уровне центра нижних отверстий создается давление, направленное внутрь ПК и равное разности веса столбов наружного и внутреннего воздуха
Оно вызывает поступление наружного атмосферного воздуха в объем.
Чтобы не было ошибок, обращаю внимание на размерность H - кг/м2 , а не кг/см2 (техническая атмосфера). Разница на 5 порядков!
Реальные его величина для корпуса Midi Tower и температуре выходящего воздуха 50 град.С составляет H = 0,03 кг/м2..
Ниже приведены графики характеризующие эффективность естественной вентиляции.
 |
Здесь по горизонтальной оси отложена температура воздуха выходящего из системного блока, а по вертикальной оси мощность тепловыделения отводимая за счет вентиляции при данной температуре на выходе из системного блока (при температуре воздуха на входе равной 20°С). Нижняя линия стандартный корпус ПК, синяя линия корпус выполненный по рекомендациям Intel ( см. **** ), красным цветом показаны характеристики системы вентиляции конструкция которой оптимизирована по эффективности. |
При использовании вентиляторов для прокачки воздуха, в разных схемах включения ( О схемах включения вентиляторов тут ) получаем принудительную вентиляцию.
Для удаления выделяемого в корпусе ПК тепла для любого вида вентиляции через него надо пропускать объем воздуха определяемого выражением:
м3/час
И соответственно мощность отводимая из СБ с помощью вентиляции:
Разница в величине отводимой мощности W естественной и принудительной вентиляцией в том, что объем проходящего через корпус воздуха для естественной вентиляции определяется естественным перепадом давления между входным и выходным отверстиями и их площадью. А при принудительной вентиляции, только расходом воздуха определяемой вентилятором. Реальный расход всегда ниже паспортного расхода вентилятора, поскольку в воздушном канале существуют потери.
По ходу движения поток воздуха теряет свою энергию движения, что выражается в падении давления:
(кг/м2 )
Где: ∆ H – потери давления на участке прохождения воздушного потока, λ – коэффициент сопротивления, l – длина пути прохождения воздушного потока, d – средний диаметр по воздушному потоку, v – средняя скорость воздуха м/сек, g – ускорение свободного падения, γ – удельный вес воздуха кг/м3 .
Если потеря давления по ходу воздушного потока превышает давление, побуждающее к движению, воздушный поток – он не может существовать и вентиляция отсутствует.
|
Ниже приведены для сравнения параметры осевого вентилятора и аналогичные характеристики системы естественной вентиляции для оптимизированного корпуса Midi Tower . |
|
|
Вентилятор AFB0812HD (Delta) Потребляемая мощность до 1,5 Вт Скорость вращения w = 3100 об/мин, Давление P = 3,84 мм H2O = 0,00037 кг/м2, Скорость V = 0,5 м/сек Расход Q = 62,8 м3/час, Уровень шума = 34дб |
Естественной вентиляции ПК(с иняя линия на гафике выше ) Потребляемая мощность - нет, Скорость вращения - нет, Давление P = 0,0303 кг/м2, Скорость V до 0,7 м/сек Расход Q = 8,2 м3/час, Уровень шума - нет |
Вы обратили внимание, осевой вентилятор, имея только шестикратное превышение по расходу, имеет более чем в 1000 раз отставание по давлению.
Величина давления осевого вентилятора мала (о связи давление – расход читайте здесь) и это требует для обеспечения паспортного расхода много меньшие (по крайней мере, на порядок) потерь давления. А для этого необходимо организовать воздушные потоки с минимальными потерями в корпусе ПК, которые должны обеспечивать поступление холодного воздуха к наиболее нагретым узлам.
Для организации воздушных потоков должен быть обеспечен свободный проход воздуха, а для этого пути должны быть освобождены от проводов и кабелей. И совсем не факт, что кабели (шлейфы) цилиндрической формы лучше плоских. Плоские шлейфы, повернутые вдоль движения воздуха имеют меньшее сечение и их можно использовать для направления потока воздуха. Главное кабелей находящихся в воздушном потоке должно быть как можно меньше.
Физика процессов естественной вентиляции работает при применения корпуса ПК вертикального исполнения.
А.Сорокин
май 2006 года.
<< Назад >> << в начало >> << на главную >>