Guida completa alle soluzioni termiche per le aziende

Introduzione

La gestione del calore rimane una preoccupazione fondamentale per le aziende moderne. Ad esempio, i centri dati e gli impianti di produzione, così come molti altri settori, richiedono soluzioni termiche ottimali per ottenere prestazioni di punta, affidabilità ed efficienza energetica. Con l'aumento della sostenibilità e dell'automazione nel settore, è aumentata anche la concorrenza per la fornitura di queste soluzioni avanzate di gestione termica. In questa guida esamineremo l'importanza della gestione del calore e le diverse soluzioni termiche oggi disponibili per le aziende.

Che si tratti di una nuova piccola impresa o di una grande azienda, sapere come scegliere il sistema giusto è fondamentale per affrontare adeguatamente il calore nelle operazioni aziendali e ottenere un vantaggio sul mercato.

Perché la gestione termica è importante nelle aziende moderne

L'importanza delle soluzioni termiche elettroniche è fondamentale per le attività commerciali di oggi. Nel corso degli anni, il progresso tecnologico ha aumentato notevolmente l'efficacia di qualsiasi dispositivo elettronico. D'altra parte, una cattiva regolazione termica può creare una serie di problemi, come una riduzione della produttività, un dispendio energetico eccessivo e un guasto alle apparecchiature, se non viene gestita correttamente. La gestione termica avanzata assicura che qualsiasi macchinario rimanga in una fascia di temperatura conforme, massimizzando così l'efficienza dell'azienda.

I rapporti dell'Uptime Institute indicano che ben 70% delle interruzioni dei data center sono legate ai sistemi di raffreddamento. Questi dati sottolineano la necessità di investire in soluzioni termiche affidabili ed efficaci per evitare costose interruzioni e migliorare la continuità operativa. I sistemi di riscaldamento e raffreddamento devono avere un rapporto sinergico per garantire un funzionamento regolare ed eliminare le interruzioni.

Inoltre, una buona gestione termica può consentire alle aziende di essere più efficienti nell'uso dell'energia e di ridurre i livelli di emissioni di carbonio. Investendo in sistemi di raffreddamento efficaci e ottimizzando l'uso dell'energia termica, le aziende possono quindi risparmiare una grande quantità di denaro e fare la loro parte per promuovere lo sviluppo sostenibile. Il raggiungimento di questi obiettivi di sostenibilità migliora anche la cittadinanza aziendale e la reputazione del marchio, un aspetto fondamentale nell'odierno panorama imprenditoriale eco-compatibile.

Comprendere le soluzioni termiche ad alta efficienza energetica

Fondamenti di trasferimento del calore

Per contenere il calore all'interno di un ambiente aziendale, è necessario conoscere le modalità di trasferimento del calore. Il trasferimento di calore avviene per conduzione, convezione e irraggiamento.

Il contatto diretto tra due oggetti porta alla conduzione. Questo metodo è il più comune tra i dispositivi elettronici perché i componenti generano calore e i materiali circostanti lo assorbono.
La convezione comporta il movimento di fluidi o gas per trasferire il calore. Nei sistemi di raffreddamento, le pompe e le ventole sono utilizzate per muovere l'aria o i refrigeranti liquidi, rimuovendo così il calore dalla fonte.
L'irraggiamento comporta il trasferimento di calore senza la necessità di un contatto con la superficie. Sebbene sia un fenomeno poco frequente in ambito commerciale, alcuni processi che si svolgono ad alte temperature possono utilizzare l'irraggiamento.

Metriche di prestazione chiave

Nella valutazione delle soluzioni termiche, alcuni indicatori metrici hanno la priorità e sono di estrema importanza. Questi sono ر

Resistenza termica (°C/W): Capacità di dissipazione del calore di un materiale, variazione di temperatura in gradi Celsius per ogni watt di potenza erogata. La resistenza termica è la capacità di un materiale o di un sistema specifico di trasferire calore. Una resistenza termica più bassa significa una migliore capacità di dissipare il calore ed è quindi ideale.
Raffreddamento Capacità (W): Si riferisce alla quantità di energia che una soluzione termica è in grado di rimuovere dal sistema. Per le applicazioni più complesse sono necessari livelli di capacità di raffreddamento più elevati. Un sistema di raffreddamento installato su un server di fascia media avrebbe una capacità di raffreddamento compresa tra 500 e 1000 W, mentre un sistema di raffreddamento a liquido destinato all'elaborazione ad alte prestazioni supererebbe i 3000 W.
Livello di rumore (dBA): Il livello di rumorosità è un aspetto da tenere in considerazione soprattutto sul posto di lavoro o a casa. Il livello di rumorosità più basso è solitamente migliore per aumentare il comfort e la produttività. Ad esempio, una ventola di raffreddamento per computer silenziosa può funzionare a 20-30 dBA, mentre una ventola di raffreddamento per uso industriale può funzionare a 50-60 dBA.

Metrico	Definizione	Applicazioni industriali e valori tipici
Resistenza termica (°C/W)	Capacità di un materiale o di un sistema di resistere al flusso di calore; valori più bassi indicano una migliore dissipazione del calore.	- Resistenza termica totale del dissipatore della CPU: 0,1-0,5°C/W (compresi i materiali di interfaccia) - Resistenza termica locale del tubo di calore: fino a 0,01°C/W
Capacità di raffreddamento (W)	La quantità totale di calore che una soluzione termica può rimuovere deve corrispondere al carico termico del dispositivo.	- Elettronica di piccole dimensioni: <50W - Stazioni base 5G: 200-500W - Sistemi di raffreddamento a liquido (calcolo ad alte prestazioni): >3,000W - Server rack: 10-30kW
Livello di rumore (dBA)	Rumore operativo dell'apparecchiatura, che influisce sul comfort del posto di lavoro.	- Standard per l'ambiente d'ufficio: <45dBA (ISO 7779) - Ventilatori industriali: 50-60dBA - Progettazioni ottimizzate per la silenziosità: possono essere ridotte a 35dBA (ad esempio, scenari medici)

Grazie alla conoscenza di questi parametri, le aziende sono in grado di scegliere le soluzioni termiche che meglio soddisfano le loro esigenze.

Tipi di soluzioni termiche per le imprese

Sistemi di raffreddamento passivo

I sistemi di raffreddamento passivi sfruttano il trasferimento naturale di calore per rimuovere il calore senza componenti attivi. Alcuni sistemi di raffreddamento passivo ampiamente utilizzati sono:

Dissipatori di calore: I dissipatori di calore funzionano aumentando la superficie che può essere fisicamente contattata per la dissipazione del calore. In genere sono realizzati con materiali ad alta conducibilità termica, come l'alluminio o il rame, e sono dotati di alette o pin per migliorare il trasferimento del calore.
Cambiamento di fase Materiali (PCM): I PCM sono materiali che assorbono o rilasciano calore durante il processo di fusione e solidificazione. L'elettronica può utilizzare questi materiali per stabilizzare le temperature e ridurre i picchi di carico termico.
Materiali di interfaccia termica (TIM): I TIM hanno lo scopo di aumentare il trasferimento di calore tra il componente e i dissipatori di calore. Riempiono gli spazi e gli interstizi irregolari di due superfici a contatto, migliorando il trasferimento di calore e attenuando la resistenza al flusso di calore.

I sistemi di raffreddamento passivo sono diventati dominanti quando c'è bisogno di soluzioni a basso costo, efficienti e affidabili. Tuttavia, nelle aziende che richiedono applicazioni ad alta densità di calore, i sistemi di raffreddamento passivo possono risultare carenti in termini di capacità di raffreddamento.

Tecnologie di raffreddamento attivo

Il raffreddamento attivo si riferisce a tecnologie che richiedono parti alimentate per rimuovere il calore da un sistema. Alcune soluzioni comuni di raffreddamento attivo includono:

Ventole di raffreddamento: Nell'elettronica, le ventole di raffreddamento si sono dimostrate molto efficaci nel garantire il raffreddamento per convezione. Esse spingono l'aria sui dissipatori di calore e su altri componenti per migliorare il raffreddamento. In questo settore, ACDCFAN si distingue come leader nello sviluppo e nella produzione di ventilatori di raffreddamento compatti progettati per un'ampia gamma di settori industriali. ACDCFAN è esperta nella produzione di ventilatori AC, EC e DC, garantendo l'alta qualità e la durata dei suoi prodotti, oltre alla flessibilità nel soddisfare condizioni particolari, dove sono richieste prestazioni e affidabilità superiori.
Raffreddamento a liquido: Rispetto all'aria, il liquido è un refrigerante migliore e per questo motivo vengono utilizzati sistemi di raffreddamento a liquido. Utilizzano acqua o un liquido speciale per sottrarre calore ai componenti. Questi sistemi contribuiscono in modo significativo alla circolazione del liquido di raffreddamento all'interno dei computer e dei centri dati.
Raffreddatori termoelettrici (TEC): Chiamati anche raffreddatori di Peltier, i raffreddatori termoelettrici sfruttano l'effetto Peltier per creare un dissipatore di calore sulla superficie opposta. Questi raffreddatori trovano ampia applicazione nelle utenze a bassissima potenza, come i diodi laser e l'elettronica di precisione a temperatura controllata. Questi dispositivi sono comuni nelle applicazioni su piccola scala.

Il raffreddamento attivo è quello più avanzato grazie alla sua efficienza ed efficacia nel gestire carichi termici più impegnativi rispetto ai sistemi passivi. Tuttavia, questi sistemi richiedono una manutenzione regolare e consumano energia elettrica, ostacolando i livelli di prestazione ottimali.

Approcci ibridi

I sistemi di raffreddamento a strategia mista includono approcci di raffreddamento attivi e passivi per raggiungere gli obiettivi di prestazioni, efficienza e costi richiesti. Ad esempio, un sistema ibrido può utilizzare un dissipatore di calore passivo insieme a una ventola di raffreddamento per migliorare ulteriormente il raffreddamento.

Grazie alla loro flessibilità, questi approcci ibridi possono rispondere a esigenze applicative specifiche. La combinazione di metodi di raffreddamento attivi e passivi consente di ottimizzare gli approcci per diverse condizioni operative e densità di potenza.

Sfide e strategie termiche specifiche del settore

Innovazioni per il raffreddamento dei centri dati

Il controllo della temperatura in un data center può essere piuttosto difficile, poiché è considerato uno dei sistemi di gestione termica più complessi da gestire. I server sono sempre più densi e potenti e, di conseguenza, i data center hanno bisogno di soluzioni di raffreddamento di maggiore capacità per ottenere prestazioni energetiche ed efficienza ottimali.

I sistemi ad aria sono di fondamentale importanza, soprattutto per i data center di piccole e medie dimensioni e a bassa densità. Questi ambienti richiedono anche ventole di raffreddamento ad alta efficienza per spostare adeguatamente l'aria e mantenere le temperature confortevoli. Tali ventole trovano applicazione in rack di server, scambiatori di calore, unità di trattamento dell'aria, ecc. per rimuovere efficacemente il calore. Le ventole IoT e a freddo con controllo della velocità variabile e geometrie delle pale ottimizzate consumano meno energia e contribuiscono a migliorare o almeno a mantenere l'efficienza di raffreddamento.

Per i data center che desiderano ottimizzare l'efficienza del raffreddamento, il sistema ACDCFAN ventole per server rack offrono un equilibrio tra prestazioni, affidabilità ed economicità.

Un metodo innovativo per raffreddare il server è l'immersione in liquido. Questa tecnica prevede l'immersione del server in un liquido dielettrico che estrae direttamente il calore dai componenti. Questo metodo consente una maggiore rimozione del calore e riduce notevolmente il consumo energetico, necessario per i sistemi tradizionali ad aria.

Un nuovo sviluppo nel raffreddamento dei data center è l'intervento dell'intelligenza artificiale (AI) e degli algoritmi di apprendimento automatico (ML) per migliorare dinamicamente le prestazioni di raffreddamento. I sistemi di raffreddamento che utilizzano l'intelligenza artificiale possono aumentare o diminuire la loro potenza di raffreddamento in base ai dati ricevuti da sensori e monitor per soddisfare le diverse richieste termiche.

soluzione di monitoraggio della temperatura termica

EV Gestione termica della batteria

Per alimentare i motori dei veicoli elettrici (EV), vengono utilizzati pacchi batteria ad alta capacità. Affinché questi pacchi batteria funzionino in modo efficiente, siano estremamente sicuri e durino a lungo, è necessario effettuare un'efficace regolazione termica.

I sistemi di raffreddamento a liquido sono un metodo standard di gestione termica delle batterie EV. Questi sistemi utilizzano un liquido di raffreddamento che passa attraverso canali o piastre a diretto contatto con la batteria e circola per assorbire il calore mantenendo la temperatura di esercizio ottimale.

Le ventole di raffreddamento hanno una funzione supplementare nella gestione termica delle batterie EV. Ad esempio, le ventole possono essere utilizzate insieme ai sistemi di raffreddamento a liquido a infrarossi per aumentare la circolazione dell'aria di convezione intorno al pacco batterie, migliorando così la dissipazione del calore.

Inoltre, le ventole sono comunemente utilizzate in altri componenti dei veicoli elettrici, come gli inverter, i motori elettrici e le unità di riscaldamento/raffreddamento dell'abitacolo. Le ventole di raffreddamento ad alta efficienza per autoveicoli, come quelle prodotte da ACDCFAN sono realizzati con un basso consumo energetico e un'elevata affidabilità e offrono ottime prestazioni nei veicoli elettrici. Queste ventole contribuiscono a garantire una temperatura di esercizio ottimale e a migliorare il consumo energetico e le prestazioni del veicolo.

Selezione della giusta soluzione termica

Carico termico Metodi di calcolo

La determinazione del carico termico che deve essere dissipato per una determinata applicazione è fondamentale prima di scegliere una particolare soluzione termica. Esistono diversi metodi per misurare il carico termico:

Metodi analitici: Si tratta di tecniche che integrano la geometria e le proprietà dei materiali con i sistemi di controllo del calore e i loro confini, al fine di formulare un'equazione basata su calcoli relativi alla generazione e al trasferimento di calore in un sistema.
Simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD): Nelle simulazioni CFD, i fluidi in movimento vengono calcolati matematicamente in un determinato sistema e i loro valori numerici forniscono informazioni sul flusso d'aria e sul bilancio di temperatura.
Misure sperimentali: Per testare alcune mosse operative sono necessarie apparecchiature e sensori di calore. Questo approccio aiuta a raccogliere informazioni precise ed è ideale per analizzare determinate procedure e trarne conclusioni.

Poiché esistono vari metodi per raccogliere informazioni sulla temperatura, sulla potenza termica e su altri vincoli del sistema, è ora molto più facile per le aziende raccogliere informazioni rilevanti che possano stimare con precisione i carichi termici e quindi aiutarle a sviluppare soluzioni termiche appropriate per diverse capacità di raffreddamento.

Adattabilità ambientale

L'ambiente in cui si opera è una considerazione fondamentale nella scelta di una soluzione termica. Ogni ambiente presenta delle sfide che devono essere affrontate per garantire il buon funzionamento della soluzione.

Ad esempio, in alcuni ambienti industriali difficili, le soluzioni termiche possono dover essere resistenti alle vibrazioni, agli urti e alle temperature estreme. In ambienti esterni, queste soluzioni termiche potrebbero dover essere protette da polvere, umidità e persino dalla corrosione.

Inoltre, le prestazioni delle soluzioni termiche possono essere enormemente influenzate dalla temperatura e dall'umidità dell'ambiente circostante. In ambienti termicamente caldi, la capacità di raffreddamento delle soluzioni termiche può essere limitata. Questo porta all'utilizzo di sistemi sovradimensionati o ridondanti.

Se le aziende si dedicano all'analisi delle condizioni ambientali e scelgono soluzioni termiche adatte ad affrontare tali sfide, sono in grado di ottenere prestazioni costanti ed efficienti in una miriade di ambienti.

soluzione di gestione termica per dissipatore di calore

Il valore delle apparecchiature di raffreddamento professionali: Le pratiche ingegneristiche dell'ACDCFAN

Le apparecchiature di raffreddamento professionali non sono facilmente trascurabili quando si sceglie una soluzione termica. I ventilatori standard presentano diversi problemi in termini di consumo energetico, inquinamento acustico e durata. In primo luogo, i ventilatori tipici hanno un elevato dispendio di energia, che si traduce in costi a lungo termine. In secondo luogo, il rumore può essere un problema critico in ambienti specifici che sono destinati ad attività silenziose, il che può essere dannoso per l'esperienza dell'utente. Infine, i ventilatori standard hanno una bassa durata che comporta un'elevata frequenza di sostituzione e spese di manutenzione.

ACDCFAN è in grado di risolvere questi problemi grazie a progetti brevettati e tecniche di produzione avanzate. Il nostro sistema interamente in metallo Ventilatori assiali CA possono resistere a temperature fino a 150 gradi Celsius. Inoltre, i nostri ventilatori DC&EC superano l'affidabilità e la durata di vita dei ventilatori tradizionali di 30.000-70.000 ore. Inoltre, le nostre tecnologie brevettate e la struttura del motore brushless consentono ai nostri ventilatori di raggiungere condizioni peggiori e di ottenere un grado di protezione IP68.

ACDCFAN fornisce soluzioni di raffreddamento professionali ai propri clienti. L'azienda si occupa di produzione a contratto e di servizi di marca, oltre che di disposizioni OEM e ODM. Inoltre, i nostri prodotti sono conformi alle direttive RoHS e hanno superato i rigidi test delle certificazioni UL, CE e TUV per la sicurezza e la conformità ambientale. Le soluzioni di raffreddamento personalizzate possono migliorare le prestazioni termiche, ridurre il consumo energetico, aumentare la durata delle apparecchiature, ridurre le emissioni acustiche e offrire un vantaggio competitivo sul mercato.

Conclusione

Nell'ambiente frenetico di oggi, misure di raffreddamento efficaci sono fondamentali per la gestione delle operazioni aziendali. Il principio del trasferimento di calore, così come le diverse soluzioni termodinamiche e le loro peculiarità, sono necessari per i processi decisionali specifici del settore che ottimizzano i processi termici.

Esiste una grande varietà di soluzioni termiche che vanno dai primitivi sistemi di raffreddamento passivo alle sofisticate tecnologie attive che rispondono alle molteplici esigenze di un'azienda. Grazie a calcoli accurati del carico termico e a considerazioni di carattere ambientale, la maggior parte delle aziende può ottenere un'efficienza energetica, prestazioni ottimali e affidabilità costante.

Con l'avvento di tecnologie sempre più avanzate, aumenterà anche l'intensità dei problemi termici che le aziende devono affrontare. Pertanto, la conoscenza delle innovazioni e delle migliori pratiche di gestione termica è più che mai fondamentale. L'uso di soluzioni termiche efficaci, combinato con una gestione termica proattiva, permetterà alle aziende di essere all'avanguardia nei loro settori.