Wentylator osiowy a wentylator odśrodkowy: kompletny przewodnik po wyborze chłodzenia elektroniki

wentylator osiowy vs wentylator odśrodkowy:

Wentylator osiowy przemieszcza duże ilości powietrza wzdłuż swojej osi obrotu przy niskim ciśnieniu statycznym i jest właściwym wyborem w przypadku otwartych, niezakłóconych ścieżek chłodzenia. Wentylator odśrodkowy, zwany także dmuchawą, kieruje powietrze pod kątem 90 stopni i wytwarza wysokie ciśnienie statyczne, co czyni go właściwym wyborem, gdy przepływ powietrza musi przepływać przez gęste elementy, wąskie kanały lub ciasno ograniczone obudowy. W przypadku decyzji dotyczących chłodzenia elektroniki i zarządzania temperaturą najbardziej użyteczna zasada jest następująca: jeśli system ma niską impedancję systemu i wymaga maksymalnego przepływu powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę), użyj wentylatora osiowego; jeśli system ma wysoką impedancję systemu wynikającą z filtrów, radiatorów lub ograniczonych kanałów, użyj wentylatora odśrodkowego lub wentylatora dmuchawy. Wszystko inne w wyborze wentylatora jest udoskonaleniem tej podstawowej zasady.

Wentylator osiowy: jak to działa i kierunek przepływu powietrza w wentylatorach osiowych

An Wentylator osiowy działa poprzez obracanie zestawu kątowych ostrzy wokół centralnej piasty. Gdy łopatki się obracają, działają na powietrze w taki sam sposób, w jaki śmigło działa na powietrze lub wodę, popychając płyn w kierunku wskazanym przez wał. Określa to kierunek przepływu powietrza w wentylatorach osiowych: powietrze wpływa osiowo do czoła wentylatora, czyli prosto do wirujących łopatek, i wychodzi w tym samym kierunku osiowym po drugiej stronie. Nie ma zmiany kierunku przepływu, dlatego instalacje wentylatorów osiowych są proste w integracji i dlatego dominują wszędzie tam, gdzie dostępna jest prosta ścieżka przepływu powietrza.

Geometria łopatek wentylatora osiowego jest głównym wyznacznikiem jego wydajności. Większy kąt nachylenia łopatek przenosi więcej powietrza na obrót, ale także zwiększa obciążenie silnika i turbulencje za łopatką, co zwiększa hałas. Większość komercyjnych wentylatorów osiowych do chłodzenia elektroniki wykorzystuje rozstaw łopatek zoptymalizowany pod kątem najlepszej równowagi natężenia przepływu powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę) i mocy akustycznej przy danej prędkości obrotowej, dlatego też arkusz danych zawsze pokazuje wartości przepływu powietrza i hałasu razem, a nie którekolwiek z osobna.

Jaka jest zaleta stosowania wentylatora osiowego? Podstawowymi zaletami są: wysoki przepływ powietrza w porównaniu z fizycznym rozmiarem ramy wentylatora, cienki profil osiowy mieszczący się pomiędzy panelami oraz znacznie niższy koszt w porównaniu z porównywalnym wentylatorem odśrodkowym o tej samej średnicy. Wentylator osiowy 120 mm pracujący z prędkością 2000 obr./min zazwyczaj zapewnia od 60 do 110 CFM (stóp sześciennych na minutę), zużywając jedynie od 3 do 7 watów, co czyni go niezwykle energooszczędnym w stosunku do objętości przenoszonego powietrza. Drugą ważną zaletą jest to, że wiele jednostek wentylatorów osiowych można łączyć szeregowo lub równolegle na panelu w celu skalowania przepływu powietrza lub ciśnienia bez konieczności stosowania większego i droższego zespołu wentylatora odśrodkowego.

• Wysokie natężenie przepływu powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę) na jednostkę rozmiaru ramy i pobranej mocy
• Cienki profil osiowy umożliwia montaż bezpośrednio na płaskich panelach lub pomiędzy ciasno rozmieszczonymi deskami
• Niższa moc akustyczna niż wentylator odśrodkowy dostarczający tę samą ilość powietrza w systemie otwartym
• Niższy koszt jednostkowy i szersza dostępność w standardowych rozmiarach ram od 25 mm do 250 mm
• Prosta integracja z istniejącymi wycięciami w płaskich panelach bez obudów spiralnych i adapterów wyładowczych kierunkowych

Ograniczeniem wentylatora osiowego jest właśnie jego niska zdolność do sprężu statycznego. Wraz ze wzrostem impedancji systemu, co oznacza, że ​​ścieżka przepływu powietrza staje się coraz bardziej zasłonięta, dostarczany przez wentylator osiowy współczynnik CFM (stopy sześcienne na minutę) gwałtownie spada. Jest to widoczne na każdej krzywej wentylatora osiowego: krzywa gwałtownie maleje wraz ze wzrostem przeciwciśnienia, a wentylator osiąga ciśnienie utyku przy stosunkowo niskiej wartości w porównaniu z wentylatorem odśrodkowym o tej samej średnicy.

Wentylator odśrodkowy i wentylator dmuchawy: Jak działa wentylator odśrodkowy

Jak działa wentylator odśrodkowy? A Wentylator odśrodkowy , sprzedawany również jako dmuchawa w wielu liniach produktów elektronicznych, zasysa powietrze osiowo przez wlot pośrodku wirnika, a następnie przyspiesza je promieniowo na zewnątrz, wykorzystując siłę odśrodkową podczas obrotu wirnika. Powietrze jest wyrzucane na zewnętrzną krawędź obudowy spirali lub spirali, gdzie energia kinetyczna jest przekształcana w ciśnienie, a następnie powietrze wychodzi przez pojedynczy otwór wylotowy ustawiony pod kątem 90 stopni w stosunku do wlotu. Ta zasadnicza zmiana kierunku przepływu nadaje wentylatorowi odśrodkowemu jego zdecydowaną zaletę: może generować znacznie wyższe ciśnienie statyczne niż wentylator osiowy o tej samej średnicy, ponieważ obudowa spiralna wychwytuje prędkość promieniową powietrza i przekształca ją w użyteczną wysokość ciśnienia.

Czy wentylatory odśrodkowe są mocniejsze? Jeśli chodzi o wytwarzanie ciśnienia, tak. Dmuchawy odśrodkowe o wysokim ciśnieniu statycznym mogą generować od 5 do 10 razy większe ciśnienie statyczne niż wentylator osiowy porównywalnej wielkości dlatego też są one stosowane zawsze, gdy przepływ powietrza musi przepływać przez rdzeń wymiennika ciepła, gęsty filtr, ciasno upakowany układ PCB lub długi, wąski kanał, w którym impedancja systemu jest wysoka. Kompromis polega na tym, że wentylator odśrodkowy jest fizycznie wyższy niż wentylator osiowy o tej samej średnicy wlotowej, zużywa więcej mocy przy równoważnym przepływie powietrza w porównaniu z oporem i zazwyczaj wytwarza bardziej tonalny profil hałasu w wyniku interakcji łopatek przechodzących przez stały punkt odcięcia wylotu w obudowie spirali.

Kształty łopatek wirnika wentylatora odśrodkowego znacznie się różnią, a każdy kształt zapewnia inną równowagę ciśnienia, przepływu i wydajności. Łopatki zakrzywione do tyłu mają najbardziej efektywny kształt i są standardem w wysokowydajnych dmuchawach chłodzących do elektroniki, ponieważ nie powodują przeciążeń, co oznacza, że ​​pobór mocy silnika nie wzrasta w przypadku nieoczekiwanego spadku rezystancji systemu. Łopatki zakrzywione do przodu przenoszą więcej powietrza przy niskim ciśnieniu i są powszechne w dmuchawach HVAC i urządzeń konsumenckich. Płaskie ostrza pochylone do tyłu oferują rozwiązanie pośrednie i są łatwiejsze w produkcji, co czyni je opłacalnymi w zastosowaniach średniego zasięgu.

Wyjaśniono ciśnienie statyczne, natężenie przepływu powietrza, CFM (stopy sześcienne na minutę) i impedancję systemu

Skuteczny wybór wentylatora wymaga jasnego zrozumienia czterech współzależnych wielkości: ciśnienia statycznego, natężenia przepływu powietrza, CFM (stopy sześciennej na minutę) i impedancji systemu. Pomieszanie ich lub traktowanie ich oddzielnie jest podstawową przyczyną większości awarii chłodzenia podczas opracowywania produktów elektronicznych.

Ciśnienie statyczne to siła na jednostkę powierzchni, jaką wentylator wywiera na poruszające się powietrze, mierzona w calach słupa wody (w H2O) lub paskalach (Pa). Kiedy wentylator przepycha powietrze ograniczoną ścieżką, musi pokonać opór na tej ścieżce, a walutą, której używa, jest ciśnienie statyczne. Wentylator wytwarzający maksymalne ciśnienie statyczne wynoszące 0,1 cala H2O będzie zapewniał przepływ powietrza bliski zeru, jeśli zasilany przez niego system wymaga 0,15 cala H2O do pokonania jego oporu.

Natężenie przepływu powietrza to objętość powietrza przemieszczanego w jednostce czasu. W północnoamerykańskiej inżynierii i większości arkuszy danych dotyczących elektroniki wyraża się to jako CFM (stopy sześcienne na minutę), podczas gdy w arkuszach danych metrycznych wykorzystuje się metry sześcienne na godzinę (m3/h) lub litry na sekundę (L/s). Standardowy wentylator osiowy 80 mm pracujący z prędkością 2500 obr./min zazwyczaj zapewnia od 25 do 40 CFM (stóp sześciennych na minutę) w wolnym powietrzu, ale może dostarczać tylko 10 do 15 CFM (stóp sześciennych na minutę), gdy jest zainstalowany w obudowie komputera o umiarkowanej impedancji systemu. Ta luka pomiędzy wydajnością swobodnego przepływu powietrza a wydajnością zainstalowaną jest przyczyną wielu błędów w zarządzaniu ciepłem.

Impedancja systemu, czasami nazywana rezystancją systemu, to całkowity spadek ciśnienia na wszystkich elementach ścieżki przepływu powietrza przy danym natężeniu przepływu. Każdy element ścieżki, kratki, filtry, radiatory, szczeliny w kartach PCB, wiązki kabli, zwiększają impedancję systemu. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu powietrza impedancja systemu rośnie mniej więcej wraz z kwadratem prędkości przepływu, dlatego krzywe oporu systemu na wykresie krzywej wentylatora wyglądają jak linie paraboliczne, a nie proste. Punkt pracy dowolnego wentylatora w dowolnej rzeczywistej obudowie to przecięcie krzywej ciśnienia wentylatora w funkcji przepływu z krzywą oporu systemu.

Zrozumienie krzywych wentylatora przepływu powietrza w funkcji ciśnienia statycznego w celu praktycznego doboru wentylatora

Zrozumienie krzywych wentylatora, przepływu powietrza w funkcji ciśnienia statycznego, jest w praktyce najcenniejszą umiejętnością w zarządzaniu temperaturą i doborze wentylatorów. Krzywa wentylatora to wykres dwuosiowy, gdzie oś pozioma przedstawia natężenie przepływu powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę), a oś pionowa przedstawia ciśnienie statyczne. Każdy wentylator ma charakterystykę, która zaczyna się przy maksymalnym ciśnieniu statycznym, gdy przepływ wynosi zero, zakrzywia się w dół wraz ze wzrostem przepływu i kończy się przy maksymalnym swobodnym przepływie powietrza, gdy ciśnienie statyczne wynosi zero.

Krzywa oporu systemu jest nałożona na ten sam wykres. Zaczyna się od początku (zero przepływu, zerowe ciśnienie) i zakrzywia się w górę wraz ze wzrostem przepływu. Punkt, w którym przecinają się obie krzywe, to punkt pracy: rzeczywiste natężenie przepływu powietrza i ciśnienie statyczne, przy którym wentylator będzie pracował w danej instalacji. Przesunięcie tego punktu pracy jest głównym zadaniem przy doborze wentylatora i projektowaniu termicznym.

W przypadku wentylatora osiowego krzywa wentylatora gwałtownie spada wraz ze wzrostem przeciwciśnienia. Oznacza to, że wentylator osiowy pracujący w pobliżu punktu ciśnienia utyku dostarcza bardzo mało rzeczywistej CFM (stóp sześciennych na minutę), mimo że obraca się z pełną prędkością i zużywa pełną moc. W przypadku wentylatora odśrodkowego krzywa ciśnienia jest bardziej płaska w szerszym zakresie natężenia przepływu, co oznacza, że ​​wentylator odśrodkowy utrzymuje użyteczny przepływ powietrza nawet w przypadku wzrostu impedancji systemu. Ta różnica w kształcie krzywej jest podstawowym praktycznym powodem wyboru wentylatora odśrodkowego do projektów o ograniczonej przestrzeni: nie tylko dlatego, że generuje on większe maksymalne ciśnienie statyczne, ale także dlatego, że utrzymuje to ciśnienie w szerszym zakresie warunków pracy.

Większość arkuszy danych wentylatorów zawiera również krzywą mocy, a czasami krzywą hałasu na tym samym wykresie. Czytając wszystkie trzy razem, można uzyskać pełny obraz tego, co wentylator faktycznie dostarczy w określonym punkcie impedancji systemu w docelowym zastosowaniu, a nie optymistyczne dane dotyczące wolnego powietrza, które pojawiają się w podsumowaniach marketingowych. Inżynierowie zajmujący się termiką, którzy pomijają ten krok i dobierają wentylatory wyłącznie na podstawie liczby CFM (stóp sześciennych na minutę) wolnego powietrza, konsekwentnie stwierdzają, że po złożeniu ich komputery nagrzewają się bardziej, niż przewidywano, ponieważ zainstalowany przepływ powietrza jest zawsze niższy niż przepływ powietrza swobodnego.

Różnica między wentylatorami osiowymi i odśrodkowymi: szczegółowy widok obok siebie

Różnica między wentylatorami osiowymi i odśrodkowymi wykracza daleko poza kierunek przepływu powietrza i ciśnienie. Zrozumienie pełnego zestawu różnic pozwala inżynierowi ds. zarządzania ciepłem lub projektantowi produktu podjąć pewną decyzję o wyborze wentylatora, bez konieczności wybierania typu wentylatora zastosowanego w poprzednim projekcie.

Często pomijanym aspektem różnicy między wentylatorami osiowymi i odśrodkowymi jest zachowanie, gdy rezystancja układu zmienia się podczas pracy. Serwer z zatkanym filtrem powietrza charakteryzuje się wyższą impedancją systemu dla swoich wentylatorów niż czysty serwer. W takiej sytuacji wentylator osiowy szybko traci przepływ powietrza, a temperatura procesora wzrasta, co może spowodować dławienie termiczne lub wyłączenie. Wentylator odśrodkowy w tej samej sytuacji utrzymuje większy przepływ powietrza pomimo zwiększonego oporu, zapewniając systemowi większy zapas ciepła przed wystąpieniem stanu awaryjnego. Ta odporność na zmienną impedancję systemu jest kluczowym powodem, dla którego producenci OEM serwerów i pamięci masowych często preferują moduły wentylatorów odśrodkowych we wdrożeniach o dużej gęstości.

Wentylator osiowy a dmuchawa odśrodkowa do chłodzenia elektroniki: wybór odpowiedniego typu

Decyzja pomiędzy wentylatorem osiowym a dmuchawą odśrodkową do chłodzenia elektroniki sprowadza się do czterech praktycznych pytań, na które można szybko odpowiedzieć we wczesnej fazie projektowania, przed rozpoczęciem jakiejkolwiek symulacji termicznej lub testów prototypu.

1. Jaką impedancję systemu przedstawia ścieżka przepływu powietrza? Jeśli komponenty są gęsto upakowane, jeśli są filtry, jeśli powietrze musi przepływać przez długi, wąski kanał lub jeśli na ścieżce znajduje się układ żeberek radiatora o małych odstępach, impedancja systemu jest wysoka, a wentylator odśrodkowy jest właściwym punktem wyjścia
2. Jaka wysokość fizyczna jest dostępna dla wentylatora? Jeśli obudowa jest cienka, na przykład serwer szafowy o wysokości 1U, laptop lub tablet, zdolność wentylatora odśrodkowego do zasysania powietrza przez cienką szczelinę i odprowadzania go na boki to geometryczna zaleta, której nie może dorównać żaden wentylator osiowy, niezależnie od wydajności ciśnieniowej
3. Jakie są wymagania akustyczne? Jeśli głównym problemem jest hałas, a system jest otwarty i ma niską impedancję, wentylator osiowy będzie prawie zawsze cichszy na wymaganym poziomie przepływu powietrza. Jeśli impedancja systemu jest wysoka, wentylator osiowy będzie obracał się z maksymalną prędkością obrotową, próbując pokonać opór i będzie głośniejszy niż wentylator odśrodkowy o odpowiednich wymiarach, pracujący z umiarkowaną prędkością
4. Jaki jest budżet na jednostkę? Jednostki wentylatorów osiowych w standardowych rozmiarach ramy kosztują znacznie mniej niż zespoły wentylatorów odśrodkowych, co ma znaczenie w przypadku produktów konsumenckich o dużej objętości. W przypadku sprzętu przemysłowego, medycznego lub profesjonalnego, gdzie najważniejsza jest niezawodność i wydajność, zazwyczaj uzasadniona jest wyższa cena jakościowego wentylatora odśrodkowego

W przypadku obudowy komputera stacjonarnego z dużymi panelami siatkowymi, niemal zawsze właściwą odpowiedzią jest kilka wentylatorów osiowych 120 mm lub 140 mm na przednim wlocie i tylnym wylocie. W przypadku serwera stelażowego o wysokości 1U z gęstymi układami kart PCB i cienkim profilem ograniczającym średnicę wentylatora, właściwym rozwiązaniem będzie para szybkich modułów wentylatorów odśrodkowych w układzie push lub pull. W przypadku laptopa z bardzo cienką miedzianą komorą parową i żeberkami radiatora o drobnym skoku, pojedynczy wentylator dmuchawy zasysający powietrze spod klawiatury i odprowadzający go przez tylną krawędź to jedyna konfiguracja, która fizycznie spełnia jednocześnie wymagania termiczne i geometryczne.

Porównanie poziomu hałasu wentylatorów osiowych i odśrodkowych: czego faktycznie doświadczają inżynierowie i użytkownicy

Porównanie poziomu hałasu wentylatorów osiowych i odśrodkowych wymaga rozróżnienia dwóch różnych scenariuszy: systemów otwartych z wolnym powietrzem i zainstalowanych systemów z ograniczonym dostępem. W otwartym systemie z wolnym powietrzem wentylator osiowy prawie zawsze wygrywa pod względem akustyki, ponieważ przemieszcza dużą ilość powietrza przy niskich obrotach, a hałas silnie skaluje się wraz z prędkością obrotową i prędkością końcówki łopatki. Wentylator osiowy 120 mm zapewniający 60 CFM (stóp sześciennych na minutę) w otwartej obudowie zazwyczaj wytwarza od 25 do 35 dBA, co jest uważane za ciche w większości środowisk konsumenckich i biurowych.

W zainstalowanym systemie o znacznej impedancji systemu porównanie poziomu hałasu wentylatorów osiowych i odśrodkowych jest odwrotne. Wentylator osiowy, zmuszony do walki z przeciwciśnieniem, przyspiesza do maksymalnych obrotów, aby utrzymać użyteczny przepływ powietrza i generuje znaczny hałas szerokopasmowy wynikający z blokowania się łopatek i turbulencji. Wentylator odśrodkowy, wykonujący tę samą pracę przy tym samym oporze, z charakterystycznie płaską krzywą ciśnienia, pracuje z mniejszą częścią swojej maksymalnej prędkości i wytwarza mniejszą całkowitą moc akustyczną, mimo że jego poziom hałasu na minutę jest wyższy niż w przypadku wentylatora osiowego. W systemie z ograniczeniami odpowiednio dobrany wentylator odśrodkowy pracujący z prędkością od 60 do 70 procent maksymalnej prędkości może zapewnić takie samo chłodzenie CFM (stopy sześcienne na minutę), jak wentylator osiowy pracujący z prędkością 95 procent maksymalnej prędkości, przy znaczącej przewadze akustycznej w większości pomiarów.

Charakter hałasu tonalnego wentylatora odśrodkowego zasługuje na osobną uwagę w każdym zastosowaniu wrażliwym akustycznie. Częstotliwość przejścia łopatek, dźwięk wytwarzany za każdym razem, gdy łopatka wirnika przekracza ustaloną granicę odcięcia wylotu w spirali, jest odbierana przez większość słuchaczy jako bardziej irytująca niż szerokopasmowy syk wentylatora osiowego przy tym samym całkowitym poziomie dBA. Inżynierowie zajmujący się zarządzaniem ciepłem w elektronice użytkowej, sprzęcie medycznym i produktach do domowego biura często preferują wentylatory osiowe właśnie z tego powodu, nawet w systemach o umiarkowanych ograniczeniach, akceptując nieco wyższe obroty w zamian za hałas, który jest mniej zauważalny dla użytkowników końcowych.

Wentylatory chłodzące o niskim ciśnieniu i wysokim przepływie powietrza: kiedy wentylator osiowy jest zdecydowanie właściwą odpowiedzią

Wentylatory niskociśnieniowe o wysokim przepływie powietrza są naturalną domeną wentylatorów osiowych, a określenie czegokolwiek innego w tym scenariuszu oznacza zapłacenie więcej za mniejszą wydajność. Zastosowania, które rzeczywiście charakteryzują się niską impedancją systemu i wymagają maksymalnego możliwego współczynnika CFM (stóp sześciennych na minutę) z dostępnej przestrzeni panelu, obejmują obudowy komputerów stacjonarnych z otwartą wieżą, zewnętrzne szafy telekomunikacyjne z dużymi żaluzjowymi drzwiami, przemysłowe chłodzenie paneli sterowania, gdy obudowa jest głęboka i dobrze wentylowana, oraz jednostki chłodzące na poziomie rzędu centrów danych, w których powietrze przepływa przez duże otwarte przestrzenie pomiędzy szafami serwerów.

W przypadku niskociśnieniowych wentylatorów chłodzących o wysokim przepływie powietrza, wentylator osiowy 120 mm lub 140 mm pracujący z prędkością od 1200 do 1800 obr./min zapewnia najlepszą dostępną kombinację przepływu powietrza, hałasu, zużycia energii i kosztów. Umieszczenie dwóch wentylatorów osiowych szeregowo w tym samym kanale powoduje w przybliżeniu podwojenie ciśnienia statycznego przy jedynie niewielkim ograniczeniu przepływu powietrza, co jest przydatne, gdy w przeciwnym razie otwarty system ma jedno wąskie gardło, takie jak gęsty stos żeberek radiatora, przez który wentylatory muszą przepchnąć powietrze, zanim reszta ścieżki ponownie się otworzy.

Dmuchawy odśrodkowe o wysokim ciśnieniu statycznym: zastosowania, w których nie można ich wymienić

Dmuchawy odśrodkowe o wysokim ciśnieniu statycznym zajmują specyficzną strefę wydajności, której wentylatory osiowe tak naprawdę nie są w stanie osiągnąć, niezależnie od tego, ile wentylatorów jest ustawionych szeregowo. Gdy impedancja systemu przekracza około 0,5 do 0,8 cala H2O na całej ścieżce chłodzenia, dmuchawy odśrodkowe o wysokim ciśnieniu statycznym są jedynym rozwiązaniem z jednym wentylatorem, które zapewnia odpowiedni przepływ powietrza. Próg ten jest powszechnie przekraczany w przypadku następujących kategorii produktów.

• Komputery przenośne, w których powietrze musi przepływać przez miedziany radiator o bardzo drobnym skoku z dużą prędkością przez bardzo mały przekrój poprzeczny, co wymaga poziomów ciśnienia statycznego, których nie jest w stanie zapewnić żaden wentylator osiowy tego rozmiaru
• Projektory, w których filtry przeciwkurzowe, przegrody silnika optycznego i kanały chłodzące lampę tworzą złożoną ścieżkę przepływu powietrza o wysokim oporze w wyjątkowo kompaktowej obudowie
• Medyczny sprzęt diagnostyczny, w którym szczelne obudowy, drobne filtry cząstek i konieczność zapewnienia nadciśnienia wewnątrz urządzenia w celu zapobiegania zanieczyszczeniom, zwiększają jednocześnie impedancję systemu
• Przyrządy i analizatory przemysłowe, w których powietrze musi być pompowane przez komory reakcyjne lub ogniwa czujnikowe przy określonym natężeniu przepływu przy zmiennym przeciwciśnieniu z linii próbkowania
• Przełączniki i routery sieciowe w kompaktowych obudowach, w których karty liniowe tworzą bardzo wysoką impedancję systemu w obudowie, która jest zbyt wąska dla standardowych modułów wentylatorów osiowych

Najlepszy wentylator chłodzący do szaf serwerowych o dużej gęstości: zestawy wentylatorów osiowych a moduły wentylatorów odśrodkowych

Wybór najlepszego wentylatora chłodzącego do szaf serwerowych o dużej gęstości wymaga zrównoważenia ciśnienia statycznego, natężenia przepływu powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę), ograniczeń fizycznych, nadmiarowości i łatwości serwisowania w sposób, którego nie wymaga zarządzanie ciepłem komputerów stacjonarnych lub stacji roboczych. Szafy serwerowe o dużej gęstości zazwyczaj rozpraszają od 20 do 40 kW lub więcej na szafę, co oznacza, że ​​wymagania dotyczące przepływu powietrza są mierzone w setkach CFM (stóp sześciennych na minutę) na serwer 1U lub 2U, a wentylatory napędzające ten przepływ powietrza należą do elementów podlegających największemu obciążeniu w całym centrum danych.

W przypadku serwerów stelażowych o wysokości 1U dominującym rozwiązaniem w branży jest układ od 4 do 7 modułów wentylatorów odśrodkowych z podwójnym wirnikiem, rozmieszczonych z tyłu obudowy serwera, przy czym każdy moduł jest niezależnie sterowany i można go wymieniać podczas pracy, co zapewnia redundancję N plus 1. Moduły te wykorzystują wirniki zakrzywione do tyłu, obracające się z prędkością od 15 000 do 25 000 obr./min i dostarczają od 15 do 30 CFM (stóp sześciennych na minutę) każdy przy impedancji systemu od 0,8 do 2,0 cali H2O, jaką charakteryzuje gęsto obciążony serwer 1U. Wentylator osiowy o tej średnicy i prędkości zatrzymałby się całkowicie przy takim poziomie przeciwciśnienia i zasadniczo nie zapewniałby przepływu powietrza.

W przypadku serwerów o wysokości 2U i większych z większą dostępną średnicą wentylatorów, w niektórych architekturach praktyczne stają się większe wentylatory osiowe z zakresu od 60 do 80 mm, szczególnie gdy serwer wykorzystuje otwartą konstrukcję typu midplane, w której przepływ powietrza przechodzi przez duże otwory klatek na karty przy stosunkowo niskiej impedancji systemu. Jednak nawet w takich przypadkach czołowi producenci serwerów hiperskalowych przeszli w stronę modułów wentylatorów odśrodkowych w większości linii produktów ze względu na ich doskonałą stabilność wydajności w pełnym zakresie obciążenia filtrów i warunków termicznych spotykanych w rzeczywistej pracy centrum danych.

Podsumowanie najlepszego wentylatora chłodzącego do szaf serwerowych o dużej gęstości według obudowy serwera:

Wybór wentylatora odśrodkowego do projektów o ograniczonej przestrzeni: kluczowe parametry i proces

Wybór wentylatora odśrodkowego do projektów o ograniczonej przestrzeni to proces, który znacznie różni się od ogólnego doboru wentylatora, ponieważ fizyczne ograniczenia obudowy często zastępują czysto aerodynamiczne preferencje i wymagają od inżyniera optymalizacji w ramach ściśle ograniczonej przestrzeni rozwiązania.

Pierwszym parametrem, który należy ustalić przy wyborze wentylatora odśrodkowego do projektów o ograniczonej przestrzeni, jest maksymalna dostępna średnica wlotu, ponieważ średnica wirnika jest największym pojedynczym wyznacznikiem zarówno ciśnienia, jak i wydajności. Nawet kilka milimetrów dodatkowej średnicy wlotu znacząco zmienia możliwości wentylatora odśrodkowego. W przypadku laptopa z dostępną wysokością wentylatora 8 mm wybór może być ograniczony do wirnika o średnicy od 50 do 65 mm, a cała konstrukcja termiczna musi być zbudowana wokół rzeczywistych możliwości wentylatora o tej wielkości.

Drugim parametrem jest kierunek wylotu i rozmiar otworu, ponieważ wylot wentylatora odśrodkowego musi pokrywać się z otworem wylotowym obudowy. Wentylatory odśrodkowe większości cienkich notebooków odprowadzają powietrze przez wąską szczelinę wzdłuż jednej krawędzi obudowy, a geometria obudowy spiralnej musi kierować wylot dokładnie do tej szczeliny, bez zbędnych zagięć, które zwiększałyby opór i zmniejszały dostarczany przepływ powietrza.

• Przed skonsultowaniem się z jakimkolwiek katalogiem wentylatorów lub dostawcą należy określić maksymalną dostępną wysokość i średnicę wirnika
• Zmierz lub oszacuj impedancję systemu dla konkretnego radiatora i ścieżki kanału w docelowej obudowie, a nie oszacuj ją ogólnie
• Potwierdź kierunek i wymiary otworu wylotowego, aby obudowę spirali można było prawidłowo ustawić w układzie obudowy
• Sprawdź krzywą wentylatora w szacowanym punkcie pracy impedancji systemu, aby potwierdzić, że dostarczony CFM (stopy sześcienne na minutę) spełnia wymagania dotyczące zarządzania temperaturą
• Sprawdź, czy moc silnika w punkcie pracy mieści się w budżecie termicznym i elektrycznym płytki głównej lub zasilacza
• Potwierdź moc akustyczną przy prędkości roboczej w porównaniu z budżetem hałasu określonym w specyfikacji produktu

Przewodnik po projektowaniu termicznym chłodzenia obudów komputerów: Integracja wyboru wentylatora z pełnym systemem

Wytyczne dotyczące projektowania termicznego chłodzenia obudów komputerów muszą uwzględniać wybór typu wentylatorów, projekt ścieżki przepływu powietrza i interakcję między nimi jako zintegrowanym systemem, a nie traktować wentylator jako izolowany komponent. Mocny wentylator na źle zaprojektowanej ścieżce przepływu powietrza przyniesie rozczarowujące rezultaty, podczas gdy skromny wentylator na dobrze zaprojektowanej ścieżce może przekroczyć wydajność cieplną mocniejszego wentylatora walczącego z chaotycznym lub recyrkulującym przepływem powietrza.

Obudowa ATX do komputerów stacjonarnych: standardowe rozwiązanie z wentylatorem osiowym

Obudowa typu full tower lub Mid Tower ATX z siatkowym panelem przednim, otwartymi gniazdami kart i tylnym otworem wydechowym ma niską impedancję systemu na głównej ścieżce przepływu powietrza. Dwa lub trzy wentylatory osiowe 120 mm lub 140 mm z przodu zasysające chłodne powietrze w połączeniu z jednym lub dwoma wentylatorami osiowymi z tyłu i odprowadzającym gorące powietrze od góry, tworzą dodatni gradient ciśnienia z przodu do tyłu, który skutecznie usuwa ciepło z procesora i karty graficznej. To podejście do zarządzania temperaturą działa, ponieważ impedancja systemu jest wystarczająco niska, aby wentylatory osiowe mogły pracować w pobliżu szczytowego punktu wydajności na krzywych wentylatorów.

Obudowy Small Form Factor i Mini ITX: gdy wentylator dmuchawy staje się niezbędny

Niewielka obudowa z ograniczoną objętością wewnętrzną, minimalnymi otworami na panele i procesorem graficznym z referencyjną chłodnicą z dmuchawą przedstawia zupełnie inny obraz impedancji systemu. W tym przypadku wentylator dmuchawy procesora graficznego, czyli wentylator odśrodkowy, który zasysa powietrze znad płytki drukowanej i wydmuchuje bezpośrednio przez szczelinę tylnego wspornika, jest często lepszym rozwiązaniem termicznym niż zewnętrzna chłodnica procesora graficznego, ponieważ natychmiast usuwa ciepło z obudowy, zamiast recyrkulować je do zamkniętej przestrzeni, co zmniejsza skuteczność chłodzenia procesora.

Przewodnik po projektowaniu termicznym dotyczący zasady chłodzenia obudowy komputera, która łączy wszystkie czynniki konstrukcyjne: najpierw zaprojektuj ścieżkę przepływu powietrza, a następnie wybierz wentylatory, których krzywe wentylatora przecinają krzywą oporu systemu przy wymaganej CFM (stopach sześciennych na minutę) i w punkcie oddalonym od obszaru przeciągnięcia. Wentylator pracujący w pobliżu przeciągnięcia jest głośny, nieefektywny i zapewnia słabe chłodzenie pomimo dużego zużycia energii. Wentylator pracujący z wydajnością od 50 do 70 procent maksymalnego przepływu jest cichy, wydajny i ma margines na zwiększenie prędkości, jeśli temperatura wzrośnie pod obciążeniem.

Kiedy używać dmuchawy zamiast wentylatora osiowego: podsumowanie decyzji praktycznych

Odpowiedź na pytanie, kiedy zastosować dmuchawę zamiast wentylatora osiowego, stanowi połączenie impedancji systemu i geometrii fizycznej, a przestrzeganie poniższej logiki zapobiega zarówno przebudowie, jak i niedoborom inżynieryjnym w jakimkolwiek projekcie zarządzania ciepłem.

Użyj wentylatora nadmuchowego lub wentylatora odśrodkowego, jeśli spełniony jest którykolwiek z poniższych warunków:

• Impedancja systemu przekracza 0,5 cala H2O, ponieważ ścieżka przepływu powietrza przechodzi przez gęste radiatory, dokładne filtry lub długie, wąskie kanały, w których wentylator osiowy mógłby się zatrzymać
• Obudowa jest na tyle cienka, że dostępna średnica wentylatora jest zbyt mała, aby wentylator osiowy mógł zapewnić wystarczającą CFM (stopę sześcienną na minutę) przy akceptowalnym poziomie hałasu
• Kierunek wylotu należy zmienić z kierunku wlotu, aby skierować przepływ powietrza w stronę określonego otworu wylotowego w obudowie, na przykład wzdłuż krawędzi laptopa lub przez tylny wspornik karty graficznej
• W zastosowaniach serwerowych lub telekomunikacyjnych, gdzie uszkodzony wentylator musi być wymienialny bez wyłączania systemu, wymagana jest redundancja i możliwość serwisowania podczas pracy

Użyj wentylatora osiowego, jeśli zachodzi którykolwiek z poniższych warunków:

• Impedancja systemu jest niska, ponieważ obudowa jest dobrze wentylowana, a ścieżka przepływu powietrza jest otwarta bez gęstych przeszkód
• Wymagana jest najwyższa możliwa CFM (stopa sześcienna na minutę) na jednostkę hałasu, na przykład w cichym biurze domowym lub środowisku audio konsumenckim
• Najważniejszym czynnikiem jest koszt jednostkowy na wentylator, a konstrukcja systemu może pomieścić większe wycięcia w panelu, których wymagają standardowe rozmiary ram wentylatorów osiowych
• Wiele wentylatorów zostanie rozmieszczonych równolegle na dużym panelu, aby zmaksymalizować całkowity przepływ powietrza na dużym obszarze, na przykład w przednich drzwiach szafy typu rack lub w szafce telekomunikacyjnej montowanej na ścianie

Odpowiedź na pytanie, kiedy zastosować dmuchawę zamiast wentylatora osiowego, zawsze opiera się na impedancji systemu: zmierz lub oszacuj rezystancję ścieżki przepływu powietrza, nanieś ją na krzywą wentylatora każdego kandydata, a właściwy wybór stanie się oczywisty, gdy punkt pracy przypada na każdą krzywą. Żadna praktyczna zasada nie zastąpi tego etapu w poważnym procesie inżynierii zarządzania ciepłem.

Często zadawane pytania

Jaka jest przewaga zastosowania wentylatora osiowego nad wentylatorem odśrodkowym?

Jaka jest zaleta stosowania wentylatora osiowego? Podstawowe zalety to wysoki przepływ powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę) w porównaniu z fizycznym rozmiarem ramy wentylatora, cienki profil osiowy, który pasuje bezpośrednio do płaskich paneli bez obudowy scroll, niższy poziom hałasu przy równoważnym przepływie powietrza w systemach otwartych, niższy koszt jednostkowy i szersza dostępność w standardowych rozmiarach od 25 mm do 250 mm. Te zalety sprawiają, że wentylator osiowy jest dominującym wyborem w każdym otwartym systemie chłodzenia o niskiej impedancji.

Czy wentylatory odśrodkowe mają większą moc niż wentylatory osiowe?

Czy wentylatory odśrodkowe są mocniejsze? Jeśli chodzi o ciśnienie statyczne, z dużym marginesem tak: dmuchawy odśrodkowe o wysokim ciśnieniu statycznym mogą wytworzyć od 5 do 10 razy większe ciśnienie statyczne niż wentylator osiowy porównywalnej wielkości. Jeśli chodzi o natężenie przepływu powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę), wentylatory osiowe zazwyczaj dostarczają więcej przy danej średnicy ramy i poborze mocy. To, która jest potężniejsza, zależy całkowicie od wymagań aplikacji.

Czym różni się działanie wentylatora odśrodkowego od wentylatora osiowego?

Jak działa wentylator odśrodkowy? Zasysa powietrze osiowo do środka wirującego wirnika, a następnie wyrzuca je promieniowo na zewnątrz za pomocą siły odśrodkowej, przekształcając energię kinetyczną w ciśnienie statyczne wewnątrz obudowy spirali, a następnie odprowadza je pod kątem 90 stopni do wlotu. Wentylator osiowy przepuszcza powietrze prosto w tym samym kierunku, w którym obraca się wał, generując natężenie przepływu powietrza w CFM (stopach sześciennych na minutę) przy minimalnej konwersji ciśnienia.

Jaki jest kierunek przepływu powietrza w wentylatorach osiowych?

Kierunek przepływu powietrza w wentylatorach osiowych jest równoległy do ​​wału obrotowego. Powietrze wchodzi w stronę wirujących łopatek osiowo i wychodzi z przeciwnej strony w tym samym kierunku osiowym. Ta prosta ścieżka przepływu jest cechą charakterystyczną, która sprawia, że ​​wentylator osiowy można łatwo zintegrować z wycięciami w płaskich panelach i wbudowanymi odcinkami kanałów.

Jaka jest kluczowa różnica między wentylatorami osiowymi i odśrodkowymi, jeśli chodzi o zrozumienie krzywych wentylatorów?

Zrozumienie krzywych wentylatora w funkcji przepływu powietrza w funkcji ciśnienia statycznego ujawnia najważniejszą praktyczną różnicę: krzywa wentylatora osiowego gwałtownie spada wraz ze wzrostem przeciwciśnienia, co oznacza, że ​​dostarczany współczynnik CFM (stopy sześcienne na minutę) gwałtownie spada wraz ze wzrostem impedancji systemu. Krzywa wentylatora odśrodkowego jest znacznie bardziej płaska, co pozwala na utrzymanie użytecznego przepływu powietrza w szerszym zakresie przeciwciśnienia. Ta różnica kształtu krzywej, a nie samo maksymalne ciśnienie lub maksymalne wartości przepływu, jest tym, co decyduje o różnicy między wentylatorami osiowymi i odśrodkowymi w faktycznie zainstalowanych zastosowaniach.

Jaki jest najlepszy wentylator chłodzący do szaf serwerowych o dużej gęstości?

Najlepszym wentylatorem chłodzącym do szaf serwerowych o dużej gęstości w obudowie 1U jest szereg modułów wentylatorów odśrodkowych z wygiętymi do tyłu, pracującymi z prędkością od 15 000 do 25 000 obr./min, rozmieszczonych w układzie N plus 1 typu hot swap. Zapewniają one od 15 do 30 CFM (stóp sześciennych na minutę) każdy w porównaniu z impedancją systemu wynoszącą od 0,8 do 2,0 cali H2O, typową dla gęsto obciążonego serwera 1U, czyli poziomem ciśnienia statycznego, któremu nie są w stanie sprostać wentylatory osiowe o porównywalnych średnicach.

Kiedy w chłodzeniu elektroniki zastosować dmuchawę zamiast wentylatora osiowego?

Kiedy używać dmuchawy zamiast wentylatora osiowego: wybierz wentylator dmuchawy, gdy impedancja systemu przekracza około 0,5 cala H2O, gdy obudowa jest zbyt cienka dla wentylatora osiowego o odpowiedniej średnicy lub gdy przepływ powietrza musi zostać przekierowany pod kątem 90 stopni, aby wyjść przez określone gniazdo lub port. Wentylatora osiowego należy używać, gdy impedancja systemu jest niska, priorytetem jest maksymalna ilość wolnego powietrza CFM (stopy sześcienne na minutę) na jednostkę hałasu, a kluczowym ograniczeniem jest koszt.

W jaki sposób impedancja systemu wpływa na wybór wentylatora pomiędzy typem osiowym a odśrodkowym?

Impedancja systemu to całkowity opór, jaki ścieżka przepływu powietrza stawia wentylatorowi. Wraz ze wzrostem impedancji systemu wentylator osiowy szybko traci dostarczany CFM (stopy sześcienne na minutę), ponieważ jego krzywa wentylatora jest stroma, podczas gdy wentylator odśrodkowy utrzymuje większy przepływ powietrza, ponieważ jego krzywa jest bardziej płaska. Dlatego wybór wentylatora rozpoczyna się od pomiaru lub oszacowania impedancji systemu i dopasowania jej do odpowiedniego typu wentylatora, zanim zostaną uwzględnione jakiekolwiek inne parametry.

Jak w praktyce sprawdza się porównanie poziomu hałasu wentylatorów osiowych i promieniowych?

W otwartych systemach o niskiej impedancji porównanie poziomu hałasu wentylatorów osiowych z wentylatorami odśrodkowymi faworyzuje wentylator osiowy, ponieważ zapewnia on duży CFM (stopy sześcienne na minutę) przy niskich obrotach i niskim dBA. W systemach o ograniczonej wysokiej impedancji porównanie jest odwrotne, ponieważ wentylator osiowy musi osiągać maksymalne obroty przy przeciwciśnieniu, podczas gdy wentylator odśrodkowy radzi sobie z tym samym obciążeniem cieplnym przy niższym ułamku swojej prędkości. Wentylator odśrodkowy charakteryzuje się również tonalnym szumem łopatek, który dla wielu słuchaczy jest bardziej irytujący niż szum szerokopasmowego wentylatora osiowego przy tym samym całkowitym poziomie dBA.

Jakie są główne etapy wyboru wentylatora odśrodkowego do projektów o ograniczonej przestrzeni?

Wybór wentylatora odśrodkowego do projektów o ograniczonej przestrzeni obejmuje pięć podstawowych kroków: po pierwsze, zmierz maksymalną dostępną wysokość i średnicę wlotu w obudowie; po drugie, oszacuj impedancję systemu dla konkretnego radiatora i ścieżki kanału; po trzecie, potwierdź kierunek wypływu i wymiary portu, aby upewnić się, że orientacja obudowy spirali pasuje do układu obudowy; po czwarte, sprawdź krzywą wentylatora w obliczonym punkcie pracy impedancji systemu, aby sprawdzić, czy dostarczony CFM (stopy sześcienne na minutę) spełnia wymagania dotyczące zarządzania temperaturą; i po piąte, sprawdź moc akustyczną przy prędkości roboczej pod kątem specyfikacji hałasu produktu.