Introduction
En ce qui concerne les boîtiers électroniques, le refroidissement des boîtiers est défini comme le contrôle de la température des espaces contenant des composants électroniques pour la chaleur que ces composants peuvent afficher ou générer. La pertinence des systèmes de contrôle de la température repose sur la nécessité de refroidir les composants qui, sinon, feraient fondre les composants électroniques fragiles en raison de l'énergie élevée qu'ils dégagent. Les systèmes de contrôle de la température des armoires sont au cœur des armoires électriques et électroniques afin de garantir une efficacité maximale.
Le refroidissement des boîtiers est essentiel pour préserver les performances et la fonctionnalité d'un système électronique. Ainsi, les systèmes de refroidissement des boîtiers protègent contre la défaillance des composants, l'altération des données et même les temps d'arrêt prolongés dus à des conditions de surchauffe. Une telle situation a de graves conséquences dans les environnements difficiles tels que le refroidissement des armoires industrielles, où les équipements fonctionnent pendant de longues heures dans des conditions difficiles. Un bon système de refroidissement d'armoire améliore également la durée de vie des éléments électroniques et leur fiabilité en réduisant le risque de défaillance des appareils. Laisser s'accumuler de telles quantités excessives d'énergie aurait à son tour un impact négatif sur le fonctionnement des boîtiers, ce qui entraînerait des dommages irréversibles.
Dans cet article, nous allons explorer le phénomène du refroidissement des boîtiers et, plus important encore, la nécessité d'utiliser de tels systèmes de refroidissement dans l'électronique. Les échangeurs de chaleur ou, plus fréquemment, les enceintes de refroidissement sont généralement utilisés pour les appareils sensibles.
Qu'est-ce que le refroidissement de l'enceinte ?
Les systèmes de refroidissement des boîtiers sont un sous-ensemble d'une grande variété de techniques ou de technologies utilisées pour éliminer la chaleur générée à l'intérieur des boîtiers électroniques. Ces boîtiers servent à protéger les composants sensibles de la poussière, de l'humidité et d'autres facteurs environnementaux.
Malheureusement, ces boîtiers électriques peuvent aussi être une source d'accumulation de chaleur, ce qui se traduit par des températures plus élevées qui peuvent nuire aux performances de l'électronique. Les systèmes de refroidissement des boîtiers sont conçus pour isoler les compartiments du chauffage et moduler la chaleur du climat interne à une température plus appropriée pour le système.
Le comportement d'une enceinte en cas d'excès de chaleur est déterminé par la taille et la configuration de l'enceinte, la quantité de chaleur produite par les composants et la température ambiante. Certaines des méthodes qui peuvent être utilisées pour se débarrasser de l'excès de température interne dans une enceinte comprennent, sans s'y limiter, des ventilateurs, des climatiseurs, des dissipateurs de chaleur et des systèmes de transport de liquide,
Un article du magazine Electronics Cooling indique que jusqu'à un tiers (30%) des défaillances totales des équipements électroniques sont dues à des problèmes thermiques, ce qui permet de comprendre l'importance d'une bonne conception du refroidissement des boîtiers. Cela permet de comprendre l'importance d'une bonne conception du refroidissement de l'enceinte. Il est évident que le choix de la bonne solution pour enfermer un dispositif refroidi dans le but de garantir le fonctionnement à long terme de l'électronique est garanti. Le refroidissement d'une enceinte réduit la probabilité d'endommagement des composants, augmente la durée pendant laquelle l'appareil sera opérationnel et accroît les performances globales.
L'importance du refroidissement des boîtiers
Le refroidissement des boîtiers est important parce qu'il contribue à garantir que les appareils électroniques sont capables de fonctionner comme il se doit pendant une plus longue période, sans défauts ni défaillances. Il est bien connu que la chaleur est l'un des facteurs les plus critiques pour le niveau de fiabilité des composants électroniques. Des niveaux de température élevés compromettent l'efficacité des matériaux, affaiblissent les soudures et exposent les circuits aux éléments environnementaux, accélérant ainsi leur vieillissement. Les boîtiers équipés de dispositifs de refroidissement et de systèmes de régulation thermique stoppent efficacement ces situations. En conséquence, les composants sont maintenus dans leur plage de température fonctionnelle où ils peuvent fonctionner sans dysfonctionnement, ce qui favorise une durée de vie fonctionnelle optimale des systèmes et réduit les coûts de réparation et de maintenance, tout en augmentant la fiabilité globale du système.
En outre, ces solutions de refroidissement des boîtiers sont essentielles pour garantir que les systèmes électroniques fonctionnent de manière optimale tout au long de leur cycle de vie. Lorsque les températures sont maintenues aux niveaux recommandés, toutes les pièces peuvent fonctionner de manière optimale. En tout état de cause, une surchauffe entraîne invariablement une dégradation des performances, des bogues et des erreurs de données, voire une instabilité du système. L'adoption d'une stratégie efficace de refroidissement des boîtiers réduit ces risques, ce qui favorise des performances continues et efficaces, évitant ainsi des temps d'arrêt coûteux pour l'entreprise en raison de problèmes liés à la température.
Si l'on part du principe que les systèmes de refroidissement des armoires électriques doivent être efficaces et fiables dans des conditions difficiles, les facteurs les plus importants sont, entre autres, le choix du mécanisme de refroidissement approprié, qu'il s'agisse de la convection naturelle, du refroidissement par air forcé, du refroidissement par liquide ou des dissipateurs thermiques.
Solutions de refroidissement courantes pour les boîtiers électroniques
Plusieurs stratégies de gestion thermique sont présentées pour les boîtiers électroniques. Le choix de la stratégie idéale est influencé par la charge thermique imposée par les composants, la taille du boîtier et l'environnement dans lequel le boîtier est situé. Examinons quelques-unes des stratégies de gestion thermique des boîtiers :
Convection naturelle
La convection naturelle est une méthode passive de refroidissement basée sur le concept de l'air chaud s'élevant au-dessus de l'air froid. Cette méthode utilise des évents passifs situés à l'intérieur de l'enceinte pour évacuer l'air qui a été chauffé et permettre à l'air extérieur plus frais de pénétrer dans l'enceinte.
Dans certains cas, des cheminées passives ou toute autre structure permettant d'augmenter le débit d'air sont ajoutées afin de faciliter le mouvement de l'air autour de l'enceinte. Solution peu coûteuse et simpliste, le système est efficace pour les enceintes qui ne produisent qu'une chaleur minimale et fournit un refroidissement suffisant pour que la chaleur ne dépasse pas un certain niveau.
Cependant, il convient surtout aux applications sensibles qui ne nécessitent pas l'utilisation de systèmes de ventilation actifs, car il n'est conçu que pour de faibles différentiels de pression. Il n'est certainement pas recommandé pour les applications qui nécessitent une puissance électronique supérieure à la moyenne et pour les boîtiers qui fonctionnent dans des conditions ambiantes élevées.
Refroidissement par air pulsé
Dans les cas où la convection naturelle n'est pas suffisante pour assurer le refroidissement, un refroidissement par air forcé est mis en œuvre. Pour ce faire, des ventilateurs sont installés dans l'enceinte afin de faire circuler l'air dans les composants et d'améliorer la dissipation de la chaleur.
Selon la méthode choisie, différents types de ventilateurs peuvent être utilisés : des ventilateurs axiaux peuvent être fixés aux ventilateurs axiaux centrifuges et des ventilateurs de soufflage peuvent être canalisés à partir de l'unité. Les réseaux de ventilateurs, les filtres et la technologie des conduits permettent une meilleure circulation de l'air et une régulation de la température plus uniforme dans l'ensemble de l'enceinte.
Cette technique adaptable permet de mieux refroidir les composants que ne le permettrait la convection naturelle, réduisant ainsi les risques de surchauffe et évitant les risques relativement élevés de défaillance des composants.
Refroidissement par liquide
Dans le cas du refroidissement par liquide, un liquide de refroidissement tel que l'eau ou tout autre réfrigérant circule dans un système composé de tuyaux ou de plaques froides à l'intérieur du boîtier d'un appareil. Grâce à ce processus de refroidissement, la chaleur retenue par les composants est transférée à travers un échangeur de chaleur qui la libère ensuite dans l'atmosphère. En raison de la plus grande capacité de transfert de chaleur que possèdent les liquides, il ne fait aucun doute que le refroidissement par liquide offre une bien meilleure capacité de refroidissement que les solutions à base d'air. Cette solution est parfaite pour les boîtiers très denses, l'électronique puissante et tous les systèmes qui nécessitent une grande régulation de la température.
Les systèmes de pompe, les réservoirs, les unités de distribution du liquide de refroidissement et les raccords spéciaux peuvent être impliqués dans un collecteur de systèmes de refroidissement liquide. Cependant, le refroidissement liquide direct sur la puce est le meilleur car le liquide de refroidissement est placé directement sur les composants, ce qui permet d'obtenir le refroidissement le plus efficace. Une autre méthode, plus simple mais toujours utile, est le refroidissement air-liquide non dirigé, qui utilise un échangeur de chaleur refroidi par liquide pour refroidir l'air dans le boîtier.
Dissipateurs de chaleur
Les dissipateurs de chaleur sont des dispositifs passifs fabriqués en aluminium ou en cuivre, qui ont une conductivité thermique élevée. Ces dispositifs ont la capacité d'éliminer la chaleur des composants par leur contact et donc d'augmenter la surface disponible pour le refroidissement. Grâce à l'augmentation de la surface, la chaleur peut être transférée rapidement à l'air ambiant, par convection naturelle ou par air forcé. Différents modèles d'ailettes et leur disposition ont été conçus pour améliorer l'effet de refroidissement du dissipateur thermique en augmentant la surface et le flux d'air. Les dissipateurs de chaleur sont également combinés à d'autres méthodes, telles que le refroidissement par ventilateurs, afin de produire un effet de refroidissement plus important et de refroidir plus efficacement les parties délicates de l'appareil.
| Méthode de refroidissement | Avantages | Inconvénients | Applications idéales |
| Convection naturelle | Rentable, simple. | Moins efficace, insuffisante pour l'électronique de haute puissance. | Boîtiers à faible chaleur, production minimale de chaleur. |
| Refroidissement par air pulsé | Plus efficace que la convection naturelle, permet de gérer des charges calorifiques plus élevées. | Nécessite plus d'énergie que la convection naturelle, peut être bruyant. | Polyvalent, il convient à une large gamme d'applications avec des charges thermiques modérées. |
| Refroidissement par liquide | Capacité de refroidissement élevée, idéale pour les armoires à haute densité. | Complexe, coûteux, nécessite une maintenance. | Electronique de haute puissance, boîtiers de haute densité, contrôle précis de la température. |
| Dissipateurs de chaleur | Améliore l'efficacité du refroidissement, peut être utilisé avec d'autres méthodes. | Capacité de refroidissement limitée. | Utilisé en conjonction avec d'autres méthodes pour améliorer le refroidissement. |
Facteurs affectant le refroidissement de l'enceinte
Plusieurs facteurs influencent de manière significative l'efficacité des systèmes de refroidissement des boîtiers. Il est essentiel de comprendre ces facteurs pour concevoir et mettre en œuvre une solution de refroidissement optimale qui garantisse la longévité et les performances de votre équipement électronique.
Conception de l'enceinte
La conception du boîtier, notamment sa taille, sa forme et la composition des matériaux, joue un rôle essentiel dans la gestion efficace de la chaleur. Les enceintes ayant une plus grande surface ont une plus grande capacité de dissipation de la chaleur. Par exemple, une enceinte plus grande peut offrir plus de possibilités de circulation d'air et d'échange de chaleur, ce qui est essentiel pour éviter l'accumulation de chaleur à l'intérieur.
Taille et forme : Les boîtiers compacts ou de forme irrégulière peuvent restreindre la circulation de l'air et piéger la chaleur à l'intérieur. En revanche, les armoires rectangulaires ou carrées permettent un flux d'air plus uniforme et sont plus faciles à refroidir. L'agencement interne de l'armoire a également son importance ; des composants bien espacés permettent une meilleure circulation de l'air de refroidissement.
Sélection des matériaux : Les matériaux à forte conductivité thermique, tels que l'aluminium, sont préférés pour les boîtiers, car ils facilitent le transfert de chaleur. Les métaux comme l'aluminium ou le cuivre sont souvent utilisés parce qu'ils permettent de transférer plus efficacement la chaleur des composants internes vers l'environnement externe. Par exemple, l'aluminium a une conductivité thermique d'environ 205 W/mK, ce qui le rend idéal pour la dissipation de la chaleur.
Une enceinte de refroidissement bien conçue garantit l'optimisation des flux d'air et l'efficacité de l'évacuation de la chaleur. En outre, l'utilisation de dissipateurs de chaleur et de coussins thermiques peut contribuer à réduire la température à l'intérieur de l'enceinte.
Température ambiante
La température ambiante - la température du milieu environnant - affecte directement la capacité du système de refroidissement à dissiper la chaleur. Ce facteur est crucial car la différence entre la température à l'intérieur de l'enceinte et celle de l'environnement (appelée différentiel de température) est à l'origine du processus de dissipation de la chaleur.
Températures ambiantes élevées : Au fur et à mesure que la température ambiante augmente, le différentiel de température entre l'intérieur de l'enceinte et l'environnement diminue, ce qui complique la tâche des systèmes de refroidissement qui doivent maintenir un échange thermique efficace. Par exemple, dans les environnements industriels ou les applications extérieures, où les températures peuvent dépasser 40°C (104°F), les systèmes de refroidissement traditionnels à base de ventilateurs peuvent avoir du mal à fournir un refroidissement adéquat.
Limites du refroidissement : Si la température ambiante est nettement supérieure à la température interne de l'enceinte, des méthodes de refroidissement supplémentaires, telles que des systèmes de climatisation ou de refroidissement liquide, peuvent s'avérer nécessaires. Par exemple, les centres de données fonctionnent souvent à une température ambiante contrôlée d'environ 20-22°C (68-72°F) afin de maintenir des conditions optimales pour l'équipement électronique.
Il est essentiel de comprendre les conditions environnementales locales, notamment les variations saisonnières de température et l'exposition aux sources de chaleur, lors de la conception d'un système de refroidissement.
Densité des composants
Le nombre et le type de composants électroniques à l'intérieur du boîtier sont des facteurs clés pour déterminer la charge thermique totale générée. Une plus grande densité de composants entraîne une plus grande production de chaleur, ce qui nécessite une solution de refroidissement plus puissante ou plus sophistiquée.
Charge thermique: Chaque composant électronique génère une certaine quantité de chaleur en fonction de sa consommation d'énergie. Par exemple, une unité centrale de haute performance ou un bloc d'alimentation (PSU) peut générer de la chaleur à un taux de 10 à 30 W par unité, en fonction de sa charge de travail. Dans les armoires à forte densité, où de nombreux composants de haute puissance sont logés ensemble, la chaleur totale générée peut rapidement dépasser la capacité des solutions de refroidissement de base.
Stratégies de gestion thermique: Les armoires à haute densité peuvent nécessiter des stratégies de refroidissement avancées, telles que des systèmes de refroidissement actifs (ventilateurs ou soufflantes), le refroidissement par liquide ou la technologie des caloducs. Par exemple, dans les centres de données où les composants tels que les serveurs, les routeurs et les dispositifs de stockage sont densément emballés, les systèmes de refroidissement sont conçus pour gérer des charges thermiques de 5 kW ou plus par rack. En revanche, les boîtiers plus petits, tels que ceux utilisés pour l'électronique grand public, peuvent n'avoir besoin que de solutions de refroidissement passives telles que des dissipateurs de chaleur ou de petits ventilateurs.
Pour déterminer les besoins en refroidissement, il est essentiel de procéder à une analyse minutieuse de la charge thermique spécifique générée par chaque composant. Les systèmes de refroidissement d'armoires efficaces prennent en compte ces charges et conçoivent une distribution des flux d'air qui maximise l'efficacité du refroidissement.
La clé d'un refroidissement efficace : Choisir le bon ventilateur de refroidissement
Ventilateurs de refroidissement : le cœur des systèmes de refroidissement des boîtiers
Il existe de nombreux types de systèmes de refroidissement, dont les systèmes de refroidissement à air forcé qui utilisent des ventilateurs de refroidissement pour fonctionner. Ces derniers font partie intégrante du système de refroidissement et contribuent à évacuer la chaleur des parties sensibles des appareils grâce au flux d'air qu'ils créent. Si un ventilateur de refroidissement adéquat n'est pas sélectionné, l'équipement ne pourra pas se réchauffer en raison d'une surchauffe ou d'autres problèmes, ce qui entraînera une baisse de la fiabilité de l'équipement. C'est pourquoi le choix d'un ventilateur de boîtier approprié est essentiel pour obtenir une efficacité maximale de l'ensemble du système de refroidissement.
Les ventilateurs de refroidissement de boîtier présentent de nombreux attraits et avantages et sont très populaires parmi les appareils électroniques. En voici quelques-uns : Ils apportent des avantages supplémentaires à d'autres systèmes de refroidissement tels que le refroidissement passif, les dissipateurs thermiques ou les systèmes de refroidissement liquide.
Rentable et économe en énergie : En général, les ventilateurs de refroidissement, comparés aux unités de réfrigération ou aux systèmes de refroidissement par liquide, sont beaucoup moins chers, tant au niveau de l'investissement que de l'installation. En outre, ils ne nécessitent pas une grande quantité d'électricité, en particulier les ventilateurs à courant continu ou à courant alternatif, ce qui les rend idéaux pour la plupart des enceintes.
Transfert de chaleur rapide et efficace : Ils assurent une convection forcée en poussant l'air sur les parties internes de l'enceinte et sont connus sous le nom de "ventilateurs" de refroidissement. Cela augmente l'efficacité du transfert de chaleur car la convection forcée est plus efficace que la convection naturelle utilisée dans les techniques de refroidissement passif.
Amélioration de l'intégration et de la modification : La plupart des appareils de refroidissement par ventilateur peuvent être installés sans problème dans n'importe quelle configuration d'armoire à l'aide de nombreuses méthodes de montage (ventilateurs axiaux, centrifuges ou soufflants). Ils varient également en taille, de sorte qu'il est facile de trouver un ventilateur qui réponde aux spécifications de votre système.
Compact et peu encombrant : Contrairement aux systèmes de refroidissement par liquide, qui peuvent nécessiter des pompes, des tuyaux et des radiateurs de grande taille, les ventilateurs de refroidissement sont compacts et peuvent être intégrés dans les boîtiers les plus petits.
Ventilateurs de refroidissement innovants d'ACDCFAN pour les solutions d'enceinte
ACDCFAN dispose d'une série de ventilateurs de refroidissement fabriqués pour répondre aux besoins particuliers de refroidissement des boîtiers. Nous proposons une large gamme de types de ventilateurs, notamment Ventilateur axial CA, ventilateur centrifuge CA (également connu sous le nom de ventilateur radial), Ventilateur axial DC, ventilateur radial DC, Ventilateur axial EC. Grâce à ces grandes catégories, ils sont en mesure de prendre en charge différentes tailles de boîtiers, différents débits d'air et différentes puissances.
L'un des principaux avantages d'ACDCFAN est la possibilité de personnaliser ses produits. Nos services de personnalisation sont très flexibles, ce qui signifie que les ventilateurs peuvent être fabriqués selon les spécifications de l'application. Cela inclut la personnalisation de ventilateurs tels que, mais sans s'y limiter, les dimensions du ventilateur, sa forme/conception, la tension de fonctionnement, le débit d'air et d'autres facteurs significatifs. Cette flexibilité est particulièrement utile lorsqu'un type spécifique ou un type de boîtier spécialisé est utilisé ou dans des conditions de fonctionnement sévères.
Qu'il s'agisse d'une petite armoire électronique ou d'une grande armoire industrielle nécessitant un refroidissement, ACDCFAN peut vous aider à concevoir et à réaliser l'espace dont vous avez besoin. Leur capacité à s'impliquer dans tous les types d'armoires et toutes les exigences de refroidissement fait de nous un bon partenaire pour les solutions de gestion thermique.
Conclusion
Pour chaque solution de refroidissement de boîtier, il est essentiel de dissiper la chaleur générée par les composants électroniques afin de garantir leur fonctionnement normal pendant longtemps. Plusieurs techniques de refroidissement sont disponibles, notamment la convection naturelle pour les petits systèmes générateurs de chaleur et le refroidissement par liquide pour les systèmes de grande puissance. En fonction de la géométrie du boîtier, de l'atmosphère environnante et de la compacité des composants, une approche de refroidissement adéquate est sélectionnée.
La mise en place d'un système de refroidissement approprié et le choix judicieux des ventilateurs de refroidissement du boîtier sont deux facteurs initiaux et cruciaux pour maintenir les températures de fonctionnement des appareils et prolonger leur durée de vie. Les refroidisseurs thermoélectriques et les compresseurs à courant continu sont d'autres accessoires qui contribuent au refroidissement.
La mise en place de systèmes de refroidissement d'armoires efficaces permettrait aux entreprises de réduire les pannes coûteuses et d'améliorer le fonctionnement des systèmes tout en protégeant les appareils électroniques importants. Le choix d'un système de refroidissement d'armoires approprié améliorera considérablement les performances d'une organisation largement dépendante d'équipements électromécaniques. La gestion de l'énergie devrait toujours être une priorité absolue, car elle permet de mieux contrôler les actifs d'une entreprise et d'assurer des performances constantes.
Questions
Comment déterminer la taille d'un système de refroidissement d'enceinte adapté à mes besoins ?
Les facteurs qui déterminent la capacité d'un système de refroidissement d'armoire peuvent être nombreux. Les charges thermiques produites par les composants internes de l'armoire constituent un facteur important à cet égard. L'emplacement et la température à l'intérieur de l'armoire, ainsi que les aspects environnementaux, ont également une incidence. Pour déterminer les besoins en refroidissement d'une application particulière, on peut choisir de consulter des professionnels du refroidissement ou d'utiliser des programmes de modélisation thermique.
Existe-t-il des options d'efficacité énergétique pour les systèmes de refroidissement des enceintes ?
Oui, il existe un grand nombre d'unités d'alimentation qui peuvent être utilisées pour refroidir efficacement une enceinte. Les ventilateurs à vitesse variable contrôlés par la température peuvent facilement réduire la consommation d'énergie en fonctionnant à des vitesses plus faibles lorsque la puissance de refroidissement maximale n'est pas nécessaire. Les ventilateurs compacts et légers qui fonctionnent à des vitesses élevées consomment moins d'énergie.
Ils peuvent également contrôler l'angle du rotor et le courant du moteur, ce qui fait des ventilateurs à commutation électronique (ventilateurs EC) une excellente solution en matière d'économie d'énergie. Ils peuvent fonctionner en courant alternatif ou en courant continu, mais la combinaison des deux technologies permet de contrôler la vitesse et donc d'obtenir un rendement assez élevé. En utilisant l'électronique intégrée pour piloter le moteur, les ventilateurs à commutation électronique réduisent la consommation d'énergie et la perte de chaleur bien plus que les ventilateurs à courant alternatif standard. Ils constituent donc une solution fiable et économe en énergie, applicable à une large gamme de systèmes de refroidissement d'armoires électriques.
Dans l'enceinte qui dissipe la chaleur, la mise en marche des ventilateurs de refroidissement et l'optimisation de la configuration peuvent également s'avérer efficaces sur le plan énergétique. Les refroidisseurs thermoélectriques sont également très efficaces sur le plan énergétique, en particulier dans les petits boîtiers ou lorsque seules certaines pièces doivent être refroidies.
English 
Spanish 
French 
Russian 
Japanese 
German 
Portuguese