Схема, устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя

Системы охлаждения компьютера Их типы, виды и разновидности

Системы охлаждения компьютера бывают разных типов и разной эффективности. Вне зависимости от этого, у них у всех одна и та же цель: остудить устройства внутри системного блока, чем предохранить их от сгорания и повысить эффективность работы. Разные системы предназначены для охлаждения разных устройств и делают они это при помощи разных способов. Это, конечно, не самая захватывающая тема, но меньше важной она от этого не становится. Сегодня мы подробно разберемся какие системы охлаждения нужны нашему компьютеру, и как добиться максимальной эффективности их работы.

Для начала предлагаю быстренько пробежаться по системам охлаждения вообще, дабы к изучению компьютерных их разновидностей мы подошли максимально подготовленными. Надеюсь, что это сэкономит наше время и упростит понимание. Итак. Системы охлаждения бывают…

Воздушные системы охлаждения

Сегодня это наиболее распространенный тип систем охлаждения. Принцип его действия очень прост. Тепло от нагревающего компонента передается на радиатор с помощью теплопроводящих материалов (может быть прослойка воздуха или специальная теплопроводящая паста). Радиатор получает тепло и отдает его в окружающее пространство, которое при этом либо просто рассеивается (пассивный радиатор), либо сдувается вентилятором (активный радиатор или кулер). Такие системы охлаждения устанавливаются непосредственно в системный блок и практически на все греющиеся компьютерные компоненты. Эффективность охлаждения зависит от размеров эффективной площади радиатора, металла из которого он сделан (медь, аллюминий), скорости проходящего потока воздуха (от мощности и размеров вентилятора) и его температуры. Пассивные радиаторы устанавливаются на те компоненты компьютерной системы, которые не очень сильно греются в процессе работы, и возле которых постоянно циркулируют естественные воздушные потоки. Активные системы охлаждения или кулеры разработаны в основном для процессора, видеоадаптера и прочих постоянно и напряженно работающих внутренних компонентов. Для них иногда могут устанавливаться и пассивные радиаторы, но обязательно с более эффективным чем обычно отводом тепла при низкой скорости воздушных потоков. Это дороже стоит и применяется в специальных бесшумных компьютерах.

Жидкостные системы охлаждения

Чудо-диво-изобретение последней десятилетки, используется в основном для серверов, но в связи с бурным развитием техники, со временем имеет все шансы перебраться и в домашние системы. Дорого и немного страшно, если представить, но достаточно эффективно, поскольку вода проводит тепло в 30 (или около того) раз быстрее воздуха. Такой системой можно практически без шума одновременно охлаждать несколько внутренних компонентов. Над процессором помещается специальная металлическая пластинка (теплосъемник), которая собирает тепло с процессора. Поверх теплосъемника периодически прокачивается дистиллированная вода. Собирая с него тепло, вода попадает в радиатор охлажденный воздухом, остывает и начинает свой второй круг с металлической пластины над процессором. Радиатор при этом рассеивает собранное тепло в окружающую среду, охлаждается и ждет новую порцию нагретой жидкости. Вода в таких системах может быть специальная, например, с бактерицидным либо антигальваническим эффектом. Вместо такой воды может использоваться антифриз, масла, жидкие металлы или еще какая-нибудь жидкость, обладающая высокой теплопроводностью и высокой удельной теплоемкостью, дабы обеспечить максимальную эффективность охлаждения при наименьшей скорости циркуляции жидкости. Конечно, такие системы более дорогие и сложные. Они состоят из помпы, теплосъемника (ватерблок или головка охлаждения), прикрепленного к процессору, радиатора (может быть как активным, так и пассивным), обычно прикрепленного к задней части корпуса компьютера, резервуара для рабочей жидкости, шлангов и датчикв потока, разнообразных измерителей, фильтров, сливных кранов и пр. (перечисленные компоненты, начиная от датчиков, опциональны). Кстати, замена такой системы — занятие не для слабонервных. Это вам не вентилятор с радиатором поменять.

Фреоновая установка

Маленький холодильник, устанавливаемый прямо на нагревающийся компонент. Они эффективны, но в компьютерах применяются в основном, исключительно для разгона. Знающие люди говорят, что у него больше недостатков, чем достоинств. Во-первых, конденсат, который появляется на детальках, более холодных, чем окружающая среда. Как вам перспектива появления жидкости внутри святая святых? Повышенное энергопотребление, сложность и немалая цена – меньшие недостатки, но от этого достоинствами тоже не становятся.

Системы открытого охлаждения

В них используется сухой лед, жидкий азот либо гелий в специальном резервуаре (стакане), установленном прямо на охлаждаемом компоненте. Используется Кулибиными для самого экстремального разгона или оверклокинга, по нашему. Недостатки те же – дороговизна, сложность и пр. + 1 очень существенный. Стакан надо постоянно наполнять и периодически бегать в магазин за его содержимым.

Системы каскадного охлаждения

Две и более последовательно подключенные системы охлаждения (например, радиатор + фреон). Это самые сложные в реализации системы охлаждения, которые в состоянии работать без перерывов, в отличие от всех остальных.

Комбинированные системы охлаждения

Такие сочетают в себе элементы охлаждения систем различных типов. В пример комбинированных можно привести Ватерчпперы. Ватерчипперы = жидкость + фреон. Антифриз циркулирует в системе жидкостного охлаждения и кроме нее охлаждается еще и фреоновой установкой в теплообменнике. Еще более сложно и дорого. Сложность в том, что теплоизоляция понадобится и всей этой системе, зато этот агрегат можно применять для одновременного эффективного охлаждения сразу нескольких компонентов, что довольно сложно реализуется в других случаях.

Системы с элементами Пельтелье

Они никогда не используются самостоятельно и кроме этого, имеют наименьшую эффективность. Их принцип работы описал Чебурашка, когда предложил Гене понести чемоданы (“Давай я понесу чемоданы, а ты понесешь меня”). Элемент Пельтелье устанавливают на нагревающий компонент, а другую сторону элемента охлаждают другой, обычно воздушной или жидкостной системой охлаждения. Поскольку возможно охлаждение до температуры ниже окружающей среды, то проблема конденсата актуальна и в этом случае. Элементы Пельтелье менее эффективны, чем фреоновое охлаждение, но при этом тише и не создают вибраций, как холодильники (фреон).

Если вы никогда не замечали, то внутри вашего системного блока постоянно кипит бурнейшая деятельность: ток бегает туда-сюда, процессор считает, память запоминает, программы работают, жесткий диск вертится. Компьютер работает, одним словом. Из школьного курса физики мы знаем, что проходящий ток нагревает устройство, а если устройство греется, то это – нехорошо. В худшем случае оно просто перегорит, а в лучшем будет просто туго работать. (Это действительно частая причина не слабо тормозящей системы). Именно во избежание таких вот неприятностей внутри вашего системного блока предусмотрено несколько видов разнообразных систем охлаждения. По крайней мере, для самых важных компонентов.

Охлаждение системного блока

Как производится охлаждение? В основном – воздухом. Когда вы включаете компьютер, он начинает гудеть – включается вентилятор (очень часто их несколько), потом он затихает. Через несколько минут работы, когда ваша система достигла определенного порогового температурного значения, вентилятор включается вновь. И так все время работы. Самый большой и самый заметный вентилятор внутри системного блока просто выдувает из коробки нагревшийся воздух, чем и охлаждает все вместе взятое, включая компоненты, на которые трудно установить собственную систему охлаждения, например, жесткий диск. По законам той самой физики, на место нагретого воздуха через специальные вентиляционные отверстия в передней части системного блока, поступает охлажденный воздух. Точнее тот, который еще просто не успел нагреться. Охлаждая собой внутренние части компьютера, он нагревается сам и выходит через отверстия в боковой и/ или задней панели системного блока.

Охлаждение процессора

У процессора, как у очень важного и постоянно загруженного компонента вашего железного друга есть личная система охлаждения. Она состоит аж из двух компонентов – радиатора и вентилятора, конечно же меньших размеров, чем тот о котором мы только что говорили. Радиатор иногда называют теплосъемником, в соответствии с его основной функциональной деятельностью – он рассеивает тепло от процессора (пассивное охлаждение), а маленький вертилятор сверху сдувает тепло с радиатора (активное охлаждение). Кроме этого, процессор смазывается специальной термопастой, способствующей максимальной передаче тепла от процессора к радиатору. Дело в том, что поверхности и процессора, и радиатора даже после полировки имеют зазубрины около 5 мкм. В результате таких зазубрин между ними остается тончайший воздушный слой с очень низкой теплопроводимостью. Именно эти промежутки и замазываются пастой из вещества с высоким коэффициентом теплопроводности. У пасты ограниченный срок действия, соответственно, ее нужно менять. Это удобно делать одновременно с чисткой системного блока, о которой мы поговорим чуть ниже, тем более, что старая паста вообще может давать обратный эффект.

Читайте также:  Балансировка колес назначение и алгоритм процедуры

Охлаждение видеокарты

Современная видеокарта – это компьютер внутри компьютера. Система охлаждения крайне необходима и ей. У простеньких и дешевых видеокарт системы охлаждения может и не быть, а вот современные видеоадаптеры для игровых монстров в обязательном порядке нуждаются в освежающей прохладе, пожалуй, даже больше чем вы в сорокаградусную жару.

Загрязнение пылью

Вместе с воздухом из комнаты внутрь вашего системного блока поступает пыль. Причем, даже в регулярно убираемом и проветриваемом помещении, пыли, на диво, достаточно, чтобы за несколько месяцев ежедневной работы опутать вашу новенькую крутилку неизвестно откуда взявшимися длинными, малоприятными для глаз шерстяными лохмами. Это дает обратный эффект – забиваются вентиляционные отверстия, а “лохмы” (кроме того, что они физически не позволяют крутиться вентилятору) не хуже норковой шубы согреют ваш компьютер до самого процессора, причем не только в тропический зной, но и в полярную вьюгу. Человек, насколько я знаю, болеет от переохлаждения, компьютер же вполне может заболеть от перегрева. Лечим бедолагу приблизительно раз в пол года не антибиотиками и горячим чаем с малиной, а пылесосом. Желательно приобретенном в специальном магазине компьютерной техники. Привычный, в очень крайнем случае, сойдет, но следует быть предельно осторожным со статическим электричеством. Его очень не любят внутренние компоненты.

Чистка системы охлаждения

Первый признак плохо работающей или не работающей совсем системы – “не гудит” вентилятор и греется системный блок. Кстати, это частая причина самовыключения компьютера или слишком медленной работы системы, а диагноз настолько прост, что может банально не прийти в голову. И начинается: обновление драйверов, сканирование антивирусом, аппаратное обновление системы, покупка дополнительных модулей оперативной памяти и прочие невеселые телодвижения. Смешно? Скорее печально. Срочно вскрываем пациента и смотрим, что у него внутри. Желательно перед этим поискать точный алгоритм проведения процедуры в технической документации у производителей материнки.

В принципе, в чистке системного блока нет ничего сложного. Нужно выключить компьютер, не забыв вытянуть шнур из розетки, разобрать системный блок и аккуратно очистить все внутренности от пыли. В магазинах продаются специальные пылесосы, которыми это делать лучше всего. Больше всего пыли скапливается на радиаторе с вентилятором и возле вентиляционных отверстий на системном блоке. Аккуратно удаляем с них пылевые накопления и смазываем при необходимости (у вентилятора нужно снять наклейку и капнуть несколько капель на ось вентилятора). Неплохо подойдет масло для швейных машинок. Кроме этого, необходимо очистить процессор от старой термопасты и намазать на него новую. Аналогичные действия повторяем с видеокартой и вентилятором системного блока. Осталось собрать компьютер и пользоваться им еще несколько месяцев перед проведением повторной чистки системного блока. Ноутбуки чистить тоже нужно, причем судя по моему опыту – несколько чаще, чем стационарные (малые расстояния между компонентами внутри ноута и потребление печенюшек и бутербродов рядом с ним любимым делают свое черное дело). Многие пользователи легко справляются с этой процедурой без помощи компьютерных специалистов, но лучше не спешить, особенно с ноутбуками, если вы не чувствуете себя достаточно уверенно. Риски: статическое электричество может вывести из строя материнку, процессор или что-нибудь еще, а также вы сами, в силу неопытности, запросто можете повредить что-нибудь важное. Шутки-шутками, но делать это действительно нужно, иначе проблем может появиться просто немерянное количество.

Если же вы почистили компьютер, но заметного облегчения это не принесло, возможно вам придется установить более сильную систему охлаждения. В самом легком случае может помочь дополнительный вентилятор. Чтобы узнать степень нагрева системных компонентов, можно заглянуть на сайт производителя материнской платы. Вполне возможно, что там вы найдете специальное программное обеспечение, которое поможет это определить. Усредненные показатели для процессора это 30-50 градусов, а в режиме нагрузки до 70-ти. Винчестер не должен греться более чем на 40 градусов. Более точные показатели следует проверить в технической документации.

В завершение описанного, хочу сказать, что в 90 (если не больше) процентах случаев вполне подойдет стандартная штатная система охлаждения. Метаться между качеством и ценой, а также внедрять систему охлаждения в свой компьютер (иногда это довольно рискованно и совсем не просто) действительно нужно владельцам серверов, мощных игровых компьютеров и любителям экспериментов с разгоном. Если же вы покупаете компьютер для дома или офиса, вам нужно просто поинтересоваться, что у него внутри, дабы возможная экономия производителя не вылезла для вас боком.

Зачем нужно охлаждение двигателя и как это работает

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (далее — ДВС) представляет собой строгую очередность микровзрывов горючей смести в цилиндрах. Соответственно повышается и температура двигателя, которая становится критической. Подобные процессы неминуемо приводят к выходу из строя силового агрегата любого транспортного средства. Именно поэтому во всех современных ДВС обязательно применяется система охлаждения.

  1. Функции и виды системы
  2. Структура системы
  3. Принцип работы системы
  4. Основные неисправности системы
  5. Основы эксплуатации и обслуживания системы
  6. Постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости
  7. Диагностика негерметичности системы
  8. Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя

Функции и виды системы

Основное назначение системы охлаждения и бензинового, и дизельного ДВС сводится к принудительному отводу тепла от деталей двигателя, которые нагреваются в процессе его работы, и поддержанию его рабочего температурного режима.
Помимо данной функции, система охлаждения автомобиля выполняет и ряд иных сопутствующих задач:

  1. ускорение прогрева двигателя до рабочей температуры;
  2. нагрев воздуха для отопления салона;
  3. охлаждение системы смазки ДВС;
  4. охлаждение выхлопных газов (при применении рециркуляции);
  5. охлаждение воздуха (при турбонаддуве);
  6. охлаждение смазки в коробке передач (при АКПП).

В зависимости от принципа действия и способа функционирования принято различать следующие системы охлаждения:

  • жидкостную (основанную на отводе тепла потоком жидкости);
  • воздушную (базирующуюся на охлаждении воздушным потоком);
  • комбинированную (сочетающую в себе принцип действия жидкостной и воздушной систем).

Структура системы

Подавляющее большинство ДВС имеют жидкостную систему охлаждения (закрытого типа), использующую принцип принудительной циркуляции. Именно она, с одной стороны, способно обеспечить максимально эффективное охлаждение, а с другой, — является более эргономичным и комфортным способом отвода избыточного тепла от двигателя.

Устройство и принципиальная схема системы охлаждения двигателя (как дизельного, так и бензинового) включает в себя работу следующих компонентов:

  1. радиатора с вентилятором (электрическим, механическим или гидравлическим);
  2. радиатора отопителя («печки») с электрическим вентилятором;
  3. рубашек охлаждения блока цилиндров и головки блока;
  4. термостата;
  5. циркуляционного (водяного) насоса («помпы»);
  6. расширительного бачка;
  7. крана радиатора «печки»;
  8. соединительных патрубков и шлангов.


В качестве охлаждающей жидкости может использоваться вода, тосол, антифриз. Система охлаждения подавляющего числа автомобилей использует тосол, как более оптимальный вариант, из-за хорошего соотношения стоимости и функциональных характеристик.

Принцип работы системы

Принцип функционирования системы охлаждения двигателя (и бензинового, и дизельного) весьма прост и основан на целенаправленной циркуляции охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость, забирая тепло у деталей двигателя (в рубашках охлаждения), под воздействием давления, создаваемого водяным насосом, начинает циркулировать по системе, осуществляя теплообмен.

Читайте также:  Эвакуация при нарушении правил парковки

Первоначально движение жидкости осуществляется при закрытом термостате по малому кругу, то есть без работы радиатора. Это делается для того, чтобы убыстрить процесс прогрева двигателя и доведения его до рабочей температуры. После возврата жидкости в рубашки охлаждения процесс циркуляции продолжается.

В том случае, когда температура достигает высоких показателей (в пределах 100 градусов), открывается термостат, и охлаждающая жидкость начинает двигаться по большому кругу, заходя в радиатор. Это сразу же остужает двигатель, ибо в систему охлаждения поступает жидкость, ранее не использовавшаяся (находившаяся в радиаторе). Сам радиатор охлаждается потоком атмосферного воздуха.

При дальнейшем нагреве двигателя (например, в летний период), когда жидкость не успевает остывать до необходимого температурного уровня, специальное устройство автоматически включает электрический вентилятор («ленивец»), дополнительно охлаждающий радиатор и частично двигатель. Вентилятор работает до достижения необходимого уровня температуры жидкости, и специальное устройство выключает его. Механический вариант вентилятора, соединенный с коленвалом ременной передачей, работает в постоянно действующем режиме.

При необходимости (например, в холодное время года) охлаждающая жидкость через открытый кран отопителя заходит в «печку», где с помощью радиатора, с одной стороны, дополнительно остывает, отдавая избыточное тепло, а с другой, — обогревает воздух в салоне автомобиля.

Основные неисправности системы

Если обратиться к пункту 2.3.1 ПДД и к «Перечню неисправностей…», с которыми ограничивается движение транспортных средств, то в них можно обнаружить полное отсутствие упоминаний о проблемах, связанных с системой охлаждения двигателя. Это означает, что поломки системы не позиционируются в качестве неисправностей, с которыми запрещается движение. А, следовательно, система охлаждения и ее ремонт – это личное дело каждого водителя, степень его комфорта на дороге.

Каковы же основные «несерьезные» проблемы, которые может испытывать система охлаждения ДВС?

Во-первых, наиболее распространена негерметичность или течь охлаждающей жидкости. Причем, ее причины могут заключаться в смене уличной температуры (чаще – наступления сезона морозов). Среди популярных причин – и закоксованность патрубков и шлангов, которые под постоянным воздействием высокой температуры теряют эластичность. Протекание охлаждающей жидкости обуславливается и физическими повреждениями основного радиатора и радиатора «печки», полученными либо химическим путем (например, реактивами, входящими в состав тосола), либо посредством механического воздействия (например, удара).

Во-вторых, не менее популярная неисправность – выход из строя (или заклинивание) термостата. Клапан термостата (устройство, находящееся в постоянном контакте с жидкостью), постепенно коррозирует. В конечном счете, происходит его заклинивание, что исключает срабатывание в системе «открыто-закрыто». Результаты подобного состояния термостата двояки:

  1. при заклинивании в положении «открыто» охлаждающая жидкость двигается только по большому кругу (с постоянным использованием радиатора), что приводит к слабому и длительному прогреву двигателя и, соответственно, плохой обогреваемости салона автомобиля;
  2. при заклинивании в положении «закрыто» охлаждающая жидкость, напротив, двигается только по малому кругу (без использования радиатора), что обусловливает перегрев двигателя и может привести к необратимым изменениям в структуре металла, уменьшению ресурса силового агрегата и даже к его поломке.

В-третьих, серьезной неприятностью представляется поломка циркуляционного насоса (или «помпы»). Чаще всего эта неисправность связана с выходом из строя подшипника «помпы» — ее основной детали. Причины банальны – износ или некачественная запчасть. Спрогнозировать поломку затруднительно, но уловить начало нестандартной работы «помпы» более чем возможно – по характерному свистящему звуку подшипника. Он означает, что циркуляционный насос требует немедленной замены.

В-четвертых, при определенных условиях возможно засорение системы охлаждения двигателя. Причинами подобного состояния является, как правило, отложение солей в каналах системы охлаждения (радиатора, блока, головки блока). При этом нарушается циркуляция охлаждающей жидкости и отвод излишнего тепла от двигателя и его деталей ухудшается. В конечном счете, это приводит к перегреву двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Основы эксплуатации и обслуживания системы

Контроль за состоянием системы охлаждения – это необходимое условие комфортного движения на транспортном средстве. Несмотря на то, что неисправности указанной системы не запрещают эксплуатации автомобиля, водитель должен понимать опасность перспективы выхода ее из строя. Перегрев двигателя, более чем возможный в теплое время года, и недостаточный обогрев салона автомобиля в зимнюю пору приводит к необходимости ремонта, порой весьма дорогостоящего.
Соблюдение элементарных правил эксплуатации системы охлаждения двигателя позволит избежать, вовремя предупредить или минимизировать воздействие неисправностей на нормальную работу автомобиля.

Постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости

Расширительный бачок служит для визуального контроля за уровнем жидкости в системе охлаждения. Дело в том, что объем системы охлаждения постоянен, а вот объем жидкости изменяется в зависимости от условий эксплуатации. При понижении или повышении уровня охлаждающей жидкости (указанного на расширительном бачке) необходимо корректировать ее количество в системе.

Диагностика негерметичности системы

Постоянное понижение уровня охлаждающей жидкости чаще всего связано с ее протеканием. Многочисленные соединения патрубков с элементами системы охлаждения, коррозия основного радиатора или радиатора «печки» приводят к постоянному уменьшению уровня жидкости в расширительном бачке. Диагностирование проблемы связано с обнаружением темных пятен на узлах и агрегатах, расположенных в моторном отсеке, мокрым следам на проезжей части, а также по характерному сладковато-приторному запаха тосола. Более серьезный характер носит обнаружение следов тосола на масляном щупе, что приводит к дорогостоящему ремонту двигателя.

Симптомы перегрева или недостаточного нагрева двигателя

Перегрев может быть связан с несколькими причинами:

  1. заклиниванием термостата в положении «закрыто»;
  2. засорением каналов системы;
  3. недостаточным уровнем жидкости в системе.

А вот недостаточный нагрев двигателя автомобиля свидетельствует исключительно о заклинивании термостата, который работает только в положении «открыто».

Подведем итог. Система охлаждения двигателя выполняет функции отвода излишнего тепла от силового агрегата, образовавшегося в процессе работы, и поддержания нормального (рабочего) режима его эксплуатации.

Правильное охлаждение электроники

Естественное конвекционное охлаждение

При выборе типа охлаждения, необходимого для конкретного применения, существует два ключевых фактора, которые следует учитывать: максимально допустимая температура компонента (определяется суммарной потерей мощности) и основные условия окружающей среды в месте установки. Использование естественного конвекционного охлаждения является наиболее экономически эффективным методом отвода тепла от корпуса или шкафа. Как правило, это весьма действенный метод, но он работает только тогда, когда наружному воздуху передается достаточное количество энергии, препятствующее превышению максимально допустимых значений температуры компонентов. В случае замкнутых шкафов или корпусов движение воздуха происходит преимущественно вдоль боковых стенок, которые должны обеспечивать его свободную циркуляцию как вдоль внутренней, так и внешней стороны корпуса. Температура окружающей среды должна быть значительно ниже требуемой температуры внутри корпуса. Свободная конвекция в качестве решения данной проблемы предусматривает свои ограничения, когда нужно отвести большое количество тепла. Это происходит потому, что количество рассеиваемого тепла (энергии) имеет линейную зависимость от площади поверхности корпуса и разницы между внешней и внутренней температурой.

В таком случае может помочь повышение коэффициента тепло­передачи ? (для обозначения коэффициента теплопередачи часто используется h), для этого потребуется переход от естественной конвекции к принудительной. Принудительный поток воздуха вдоль внутренней стороны корпуса или шкафа может увеличить количество рассеиваемого тепла на 50%.

Принудительная конвекция с использованием вентилятора

Рис. 1. 19″-кассета вентиляторов

Наиболее распространенной формой охлаждения является принудительное воздушное охлаждение — метод, достаточный для большинства корпусных решений. Здесь естественная конвекция усиливается за счет использования вентиляторов или кассеты вентиляторов (рис. 1). Иногда вентиляторы применяются, если аэродинамическое сопротивление воздуха внутренних компонентов существенно снижает эффективность естественной конвекции. Температура внешней среды, как и в предыдущем случае, должна быть значительно ниже, чем требуемая температура системы. Принудительные методы охлаждения можно разделить на два основных подхода: «на вдув» и «на выдув». При работе «на вдув» вентиляторы располагаются перед компонентами, которые необходимо охлаждать, и толкают воздух по направлению и вдоль нагревающихся элементов. В случае работы «на выдув», напротив, вентиляторы устанавливаются за компонентами, они вытягивают воздух, проходящий вдоль компонентов. Возможно также объединение обоих типов охлаждения. Какое из двух решений эффективнее, определяется исходя из окружающих условий. Если используется вариант «на вдув», в расчет должно быть добавлено тепло, вырабатываемое вентилятором. Для метода «на выдув» следует принимать во внимание и воздействие на него тепла компонентов (что приводит к снижению срока службы вентилятора).

Читайте также:  Что такое вылет диска и на какие показатели он влияет

В выборе подходящих вентиляторов решающую роль играют следующие параметры:

  • Вентиляторы должны обеспечивать максимальный требуемый поток воздуха с учетом необходимой избыточности. Также должна быть учтена максимальная высота эксплуатации. Даже на высоте 1000 м над уровнем моря воздушный поток должен быть увеличен примерно на 18%.
  • Мощность системы питания должна соответствовать суммарной максимальной мощности всех вентиляторов.
  • При общем расчете теплового баланса следует принимать во внимание тепло, вырабатываемое вентиляторами (особенно в случае работы «на вдув»).
  • Размер, геометрия и воздушный поток должны соответствовать доступному пространству. Это часто влечет за собой необходимость выбора между осевыми и радиальными вентиляторами.
  • Вентиляторы должны соответствовать доступным параметрам электропитания (например, 230 VAC или 24 VDC и т. д.), требуемым сигналам тревоги и типу управления (например, регулирование частоты вращения в зависимости от температуры).
  • Выбор вентиляторов должен основываться на максимальном уровне шума, определенного и/или разрешенного для места работы. При этом недостаточно знать уровень шума, указанный изготовителем вентилятора. Должны быть учтены турбулентные потоки воздуха, которые часто и создают основной шум.

Охлаждение за счет теплопроводности

Охлаждение за счет теплопровод­ности относится к передаче тепла внутри корпуса или шасси, при котором применяется непосредственный контакт между двумя телами, без использования воздуха в качестве проводящей среды. Каждый контакт обладает определенным тепловым сопротивлением. Это значение влияет на передачу тепла по всей цепочке охлаждения за счет теплопроводности. Технические средства реализации охлаждения за счет теплопровод­ности имеют несколько форм.

Технология теплоотводящих кожухов (clamshell)

Технология Clamshell от Pentair — один из доступных вариантов специальных теплоотводящих кожухов. Такие кожухи оснащены распорными клиновыми зажимами Wedge-Loks/Card-Loks в верхней и нижней части, а также специальными ручками для вставки/изъятия модулей из шасси. Это гарантирует, что в полностью собранном виде данная конфигурация обеспечивает надежную фиксацию печатных плат в шасси, а также теплопроводность благодаря контакту металл-металл. Компоненты на печатных платах обычно располагаются с обеих сторон, поэтому теплоотводящие кожухи устанавливаются с двух сторон платы. Предлагаются два варианта поставки кожухов: с плоской внутренней поверхностью и поверхностью, фрезерованной по чертежам заказчика. При фрезеровке создается поверхность такой конфигурации, которая позволяет прижать кожух ко всем тепловыделяющим компонентам и обеспечить максимальную площадь теплового контакта. Для оптимальной теплопередачи дополнительно предусмотрены специальные эластичные теплопроводящие прокладки. Благодаря этой технологии тепло практически беспрепятственно передается на внешние поверхности кожухов, вот почему ограничивающим фактором является передача тепла от шасси воздуху. Есть целый ряд решений подобной проблемы, например, с помощью вентиляторов, обеспечивающих принудительное воздушное охлаждение через гладкие или ребристые поверхности.

Теплоотводы Flexible Heat Conductor

Рис. 2. Корпус Schroff Interscale C со встроенным теплопроводником FHC

Для корпусов небольших размеров или встраиваемых систем, которые из-за областей применения должны быть замкнутыми, тепло от сильно нагревающихся источников (например, процессоров) также отводят с помощью охлаждения за счет теплопроводности. До настоящего времени в качестве теплопроводника обычно использовались твердые металлические элементы с термопрокладками или термопастами, которые передавали тепло к поверхности корпуса прибора. Для подобных применений компания Pentair разработала теплоотвод FHC (Flexible Heat Conductor), показанный на рис. 2. Такие теплоотводы изготовлены из алюминия, имеющего очень высокий коэффициент теплопроводности, и могут изменять свою высоту. Это позволяет FHC обеспечивать хороший тепловой контакт, в частности с процессорами. FHC устраняет любые проблемы, связанные с допусками по высоте: теплоотводы либо присоединяются к процессорам посредством существующих монтажных креплений на печатной плате, либо, в случае небольших процессоров, монтируются с помощью тонкой теплопроводной двухсторонней клейкой ленты.

Охлаждение стойки с оборудованием

При установке в одну стойку нескольких корпусов или шасси для обеспечения требуемого воздушного потока могут понадобиться дополнительные меры. Обычно это принудительное охлаждение всей стойки. В большинстве случаев для такого охлаждения устанавливают вентиляторы на задней двери стойки или в верхней панели. В особых случаях используются дополнительные нагнетающие вентиляторы на передней панели стойки, подводятся существующие системы кондиционирования. Иногда для охлаждения стойки применяют воздушные и воздушно-водяные теплообменники и кондиционеры.

Критическими факторами для выбора подходящей стратегии охлаждения являются место установки (офис, лаборатория или промышленная среда с соответствующими требованиями к уровню шума или к IP), инженерная инфраструктура (наличие фальшпола, подключение к холодной воде, система кондиционирования) и влияние окружающей среды (температура окружающей среды, тепловое излучение, загрязнение воздуха, повышенная влажность). Различные элементы системы охлаждения всегда следует выбирать в соответствии с требованиями к их производительности и с учетом их взаимодействия с другими компонентами системы. Например, вентиляторы переменного тока являются источниками электромагнитных помех.

Программное обеспечение для теплового анализа

Рис. 3. Распределение температуры в трехмерной модели, полученной с использованием 6Sigma

В некоторых случаях для разработки эффективной системы охлаждения нужно выполнить численное моделирование, для которого применяется специальное программное обеспечение.

При разработке своих корпусов, стоек и шасси Pentair работает с двумя пакетами программ трехмерного моделирования и анализа: 6Sigma (рис. 3) и FloTHERM. Компания предлагает своим клиентам, занимающимся созданием собственного оборудования, использовать свою испытательную лабораторию, оснащенную большой климатической камерой и аэродинамической трубой, пригодной для теплового анализа, а также помощь экспертов.

Принцип действия программы моделирования относительно прост. Пользователь строит трехмерную геометрическую модель своей системы, состоящую из набора компонентов. Модель также может быть импортирована из других программ. Когда программа применяется при разработке стандартных корпусов, внутрь корпусов для теплового расчета помещаются типовые компоненты (жесткие диски, источники питания), обычно установленные в таких корпусах. Когда тепловой расчет выполняется по конкретному заказу, учитываются модели конкретных компонентов. Кроме геометрических моделей, для расчета задаются физические параметры, например материальные константы, мощность тепловыделения компонентов, параметры вентиляторов, окружающей среды и другие подобные факторы. Затем программа генерирует трехмерную сетку, с помощью которой вычисляет распределение температуры и других величин, обусловленных процессами естественной и принудительной конвекции, лучистой теплопередачи и теплопроводности.

Результаты расчета отображаются в виде распределения температуры, давления, скорости воздушного потока. На основании этих данных инженер может определить меры по оптимизации системы охлаждения, такие как замена типа вентиляторов, изменение мест установки вентиляторов и воздухозаборников, установка дефлекторов, изменение взаимного расположения компонентов, изменение толщины теплопроводных элементов и т. д. Оптимизация конфигурации с последующими расчетами может выполняться несколько раз до тех пор, пока не будет найдено идеальное решение. Использование средств моделирования оптимизирует стратегию охлаждения на ранней стадии проектирования и сокращает затраты и время разработки.

Не забывая про энергоэффективность

Ключевым аспектом разработки охлаждения электроники является стремление к более высокой энерго­эффективности на ранней стадии. Поскольку снижение тепловых потерь до нуля — недостижимый идеал, выделяемую тепловую мощность нужно рассеять с минимальными затратами. Разработчик должен убедиться, что выбранная система охлаждения и ее компоненты оптимальны с точки зрения энергоэффективности. Оптимизация воздушных потоков при этом иногда может приводить даже к изменению стратегии вентиляции. Кроме того, важно проверить возможность снижения затрат энергии на охлаждение за счет замены большого количества вентиляторов, например водяным или другим типом охлаждения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector