Введение
Применительно к корпусам электроники охлаждение корпусов определяется как контроль температуры в помещениях с электронными компонентами для защиты от тепла, которое эти компоненты могут выделять или генерировать. Актуальность систем контроля температуры обусловлена необходимостью охлаждать компоненты, которые в противном случае могут расплавить хрупкую электронику из-за высокой энергии. Системы контроля температуры в шкафах лежат в основе электрических и электронных шкафов, обеспечивая их максимальную эффективность.
Охлаждение корпуса имеет решающее значение для сохранения производительности и функциональности электронной системы. Таким образом, системы охлаждения шкафов защищают от выхода из строя компонентов, повреждения данных и даже длительного простоя из-за перегрева. Такая ситуация имеет серьезные последствия в жестких условиях, например, при охлаждении промышленных шкафов, где оборудование работает в течение длительного времени в жестких условиях. Хорошая система охлаждения шкафа также увеличивает срок службы электронных элементов и их надежность, снижая вероятность выхода устройств из строя. Допущение накопления чрезмерного количества энергии, в свою очередь, негативно скажется на работе корпусов, что приведет к необратимым повреждениям.
В этой статье мы рассмотрим феномен охлаждения корпусов и, что более важно, необходимость использования таких систем охлаждения в электронике. Для чувствительных устройств обычно используются теплообменники или, чаще, корпусные системы охлаждения.
Что такое охлаждение корпуса?
Системы охлаждения корпусов - это подмножество разнообразных методов или технологий, которые используются для отвода тепла, выделяемого внутри электронных корпусов. Эти корпуса служат для защиты чувствительных компонентов от пыли, влаги и других факторов окружающей среды.
К сожалению, эти электрические шкафы также могут быть источником накопления тепла, что приводит к повышению температуры, которая может негативно сказаться на работе электроники. Системы охлаждения шкафов предназначены для того, чтобы отделить отсеки от нагрева и регулировать температуру внутреннего климата до температуры, более подходящей для системы.
Поведение шкафа в условиях избыточного тепла определяется размером и конфигурацией шкафа, количеством тепла, выделяемого компонентами, и температурой окружающей среды. Некоторые из методов, которые могут быть использованы для устранения избыточной внутренней температуры в корпусе, включают, но не ограничиваются вентиляторами, кондиционерами, теплоотводами и системами транспортировки жидкости,
В статье журнала Electronics Cooling сообщается, что до трети (30%) всех отказов электронного оборудования происходит из-за тепловых проблем, что помогает понять важность хорошей конструкции охлаждения корпуса. Выбор правильного решения для корпуса охлаждаемого устройства гарантирует длительное функционирование электроники. Применение охлаждения корпуса снижает вероятность повреждения компонентов, увеличивает продолжительность работы устройства и повышает общую производительность.
Почему охлаждение корпуса имеет значение
Охлаждение корпуса очень важно, так как оно помогает гарантировать, что электронные устройства будут работать так, как требуется, в течение длительного времени без сбоев и дефектов. Как известно, тепло является одним из наиболее критичных факторов, влияющих на уровень надежности электронных компонентов. Высокие температуры снижают эффективность материалов, ослабляют припой и подвергают схемы воздействию окружающей среды, ускоряя старение. Корпуса, оснащенные охлаждающими устройствами и системами регулирования, эффективно предотвращают подобные ситуации. В результате компоненты поддерживаются в функциональных температурных диапазонах, в которых они могут работать без сбоев, что способствует оптимальному сроку службы систем, снижению затрат на ремонт и обслуживание, а также повышению общей надежности системы.
Кроме того, такие решения по охлаждению корпусов являются ключевыми в обеспечении оптимальной работы электронных систем на протяжении всего времени. Когда температура поддерживается на рекомендуемом уровне, все детали могут работать в оптимальном режиме. В любом случае, если они перегреваются, это неизменно приводит к снижению производительности, ошибкам в данных и даже к нестабильной работе системы. Принятие эффективной стратегии охлаждения корпуса снижает эти риски, что, в свою очередь, способствует непрерывной эффективной работе, исключая простои, которые дорого обходятся компании из-за проблем, связанных с температурой.
Если предполагается, что системы охлаждения шкафов будут эффективными и надежными в суровых условиях, то наиболее важными факторами, помимо прочих, является выбор правильного механизма охлаждения, будь то естественная конвекция, принудительное воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение или теплоотводы.
Общие решения по охлаждению корпусов для электроники
Для электронных блоков представлено несколько стратегий терморегулирования. Выбор идеальной стратегии зависит от тепловой нагрузки, создаваемой компонентами, размеров корпуса и условий, в которых он находится. Давайте рассмотрим некоторые стратегии терморегулирования корпусов:
Естественная конвекция
Пассивный метод охлаждения, основанный на концепции подъема горячего воздуха над холодным, называется естественной конвекцией. В этом методе используются пассивные вентиляционные отверстия, расположенные внутри шкафа, которые выводят нагретый воздух и позволяют поступать более холодному наружному воздуху.
В некоторых случаях добавляются пассивные дымоходы или любые конструкции, способствующие увеличению скорости воздушного потока, чтобы помочь движению воздуха вокруг шкафа. Будучи недорогим и простым решением, эта система эффективна для шкафов, выделяющих минимальное количество тепла, и обеспечивает достаточное охлаждение, чтобы тепло не превышало определенного уровня.
Однако он больше всего подходит для чувствительных приложений, не требующих использования активных систем вентиляции, поскольку рассчитан только на низкие перепады давления. Его не рекомендуется использовать в приложениях, где требуется электроника с мощностью выше средней, а также в корпусах, работающих в условиях повышенной влажности.
Принудительное охлаждение
В ситуациях, когда естественной конвекции недостаточно для охлаждения, применяется принудительное воздушное охлаждение. Для этого в корпусе устанавливаются вентиляторы, которые циркулируют воздух по всем компонентам, улучшая теплоотвод.
В зависимости от метода могут использоваться различные типы вентиляторов: осевые вентиляторы могут крепиться к осевым вентиляторам центробежных вентиляторов, а вентиляторы воздуходувок могут выводиться за пределы блока. Массивы вентиляторов, фильтры и технология воздуховодов позволяют улучшить воздушный поток и равномерно регулировать температуру по всему корпусу.
Эта адаптируемая технология позволяет охлаждать компоненты лучше, чем естественная конвекция, снижая вероятность перегрева и предотвращая относительно высокий риск выхода компонентов из строя.
Жидкостное охлаждение
При жидкостном охлаждении жидкий хладагент, например вода или любой другой хладагент, протекает через систему, состоящую из труб или холодных пластин внутри корпуса устройства. В процессе охлаждения тепло, сохраняемое компонентами, передается через теплообменник, который затем отдает его в атмосферу. Благодаря более высокой теплопроводности жидкостей, жидкостное охлаждение, несомненно, обеспечивает более эффективное охлаждение, чем воздушное. Это идеально подходит для очень плотных корпусов, мощной электроники и любых систем, требующих высокой степени регулирования температуры.
В коллекторе системы жидкостного охлаждения могут быть задействованы насосные системы, резервуары, узлы распределения охлаждающей жидкости и специальные фитинги. Однако жидкостное охлаждение непосредственно на кристалле является наилучшим, поскольку охлаждающая жидкость попадает непосредственно на компоненты, обеспечивая наиболее эффективное охлаждение. Другой метод, который, хотя и является более простым, все же полезен, - ненаправленное воздушно-жидкостное охлаждение, при котором теплообменник с жидкостным охлаждением охлаждает воздух в корпусе.
Теплоотводы
Теплоотводы - это пассивные устройства, изготовленные из алюминия или меди, которые обладают высокой теплопроводностью. Такие устройства способны отводить тепло от компонентов за счет их контакта и, следовательно, увеличивать площадь, доступную для охлаждения. Благодаря увеличению площади тепло может быть быстро передано окружающему воздуху, при этом может использоваться естественная конвекция или принудительная. Были разработаны различные модели ребер и их расположение, чтобы усилить эффект охлаждения радиатора за счет увеличения площади и воздушного потока. Теплоотводы также сочетаются с другими методами, такими как охлаждение вентиляторами, для достижения большего эффекта охлаждения и более эффективного охлаждения хрупких частей устройства.
| Метод охлаждения | Преимущества | Недостатки | Идеальное применение |
| Естественная конвекция | Экономичный, простой. | Менее эффективен, недостаточен для мощной электроники. | Низкотемпературные корпуса, минимальное выделение тепла. |
| Принудительное охлаждение | Эффективнее естественной конвекции, справляется с большими тепловыми нагрузками. | Требует больше энергии, чем естественная конвекция, может быть шумным. | Универсальны, подходят для широкого спектра применений с умеренными тепловыми нагрузками. |
| Жидкостное охлаждение | Высокая мощность охлаждения, идеально подходит для корпусов с высокой плотностью размещения. | Сложный, дорогой, требует обслуживания. | Необходимы мощная электроника, корпуса высокой плотности, точный контроль температуры. |
| Теплоотводы | Повышает эффективность охлаждения, может использоваться вместе с другими методами. | Ограниченная способность к самостоятельному охлаждению. | Используется в сочетании с другими методами для усиленного охлаждения. |
Факторы, влияющие на охлаждение шкафа
На эффективность систем охлаждения корпусов существенно влияют несколько факторов. Понимание этих факторов имеет решающее значение для разработки и внедрения оптимального решения по охлаждению, которое обеспечит долговечность и производительность вашего электронного оборудования.
Дизайн корпуса
Конструкция корпуса, включая его размер, форму и состав материала, играет ключевую роль в эффективном управлении теплом. Корпуса с большей площадью поверхности обладают большей способностью к рассеиванию тепла. Например, в более просторном корпусе больше возможностей для воздушного потока и теплообмена, что очень важно для предотвращения накопления тепла внутри.
Размер и форма: Компактные корпуса или корпуса неправильной формы могут ограничивать поток воздуха, задерживая тепло внутри. Напротив, прямоугольные или квадратные корпуса обеспечивают более равномерный поток воздуха и легче охлаждаются. Внутренняя компоновка корпуса также имеет значение: хорошо расположенные компоненты обеспечивают лучшую циркуляцию охлаждающего воздуха.
Выбор материала: Для корпусов предпочтительны материалы с высокой теплопроводностью, такие как алюминий, поскольку они способствуют лучшей передаче тепла. Такие металлы, как алюминий или медь, часто используются, поскольку они позволяют эффективнее передавать тепло от внутренних компонентов к внешней среде. Например, теплопроводность алюминия составляет около 205 Вт/мК, что делает его идеальным для отвода тепла.
Хорошо спроектированный охлаждающий корпус обеспечивает оптимальные пути воздушного потока и эффективный отвод тепла. Кроме того, использование радиаторов и термопрокладок помогает снизить температуру внутри корпуса.
Температура окружающей среды
Температура окружающей среды - температура окружающей среды - напрямую влияет на способность системы охлаждения отводить тепло. Этот фактор очень важен, поскольку разница между температурой внутри корпуса и окружающей средой (так называемый температурный перепад) является движущей силой процесса теплоотдачи.
Высокие температуры окружающей среды: При повышении температуры окружающей среды разность температур между внутренним пространством шкафа и окружающей средой уменьшается, что усложняет задачу систем охлаждения по поддержанию эффективного теплообмена. Например, в промышленных условиях или на открытом воздухе, где температура может превышать 40°C (104°F), традиционные системы охлаждения на базе вентиляторов могут не справляться с задачей обеспечения достаточного охлаждения.
Ограничения по охлаждению: Если температура окружающей среды значительно превышает внутреннюю температуру корпуса, могут потребоваться дополнительные методы охлаждения, например, кондиционеры или системы жидкостного охлаждения. Например, центры обработки данных часто работают при контролируемой температуре окружающей среды около 20-22°C (68-72°F), чтобы поддерживать оптимальные условия для электронного оборудования.
Понимание местных условий окружающей среды, включая сезонные колебания температуры и воздействие источников тепла, имеет решающее значение при проектировании системы охлаждения.
Плотность компонентов
Количество и тип электронных компонентов в корпусе являются ключевыми факторами, определяющими общую тепловую нагрузку. Большая плотность компонентов приводит к большему выделению тепла, что требует более мощного или более сложного решения для охлаждения.
Тепловая нагрузка: Каждый электронный компонент выделяет определенное количество тепла в зависимости от потребляемой им мощности. Например, высокопроизводительный процессор или блок питания (БП) может выделять 10-30 Вт тепла в зависимости от рабочей нагрузки. В корпусах с плотной компоновкой, где размещено множество мощных компонентов, общее количество выделяемого тепла может быстро превысить возможности базовых решений по охлаждению.
Стратегии терморегулирования: Для корпусов с высокой плотностью размещения могут потребоваться передовые стратегии охлаждения, такие как активные системы охлаждения (вентиляторы или воздуходувки), жидкостное охлаждение или технология тепловых трубок. Например, в центрах обработки данных, где плотно размещены такие компоненты, как серверы, маршрутизаторы и устройства хранения данных, системы охлаждения рассчитаны на тепловую нагрузку 5 кВт и более на стойку. В отличие от этого, в небольших корпусах, например, используемых для бытовой электроники, могут потребоваться только пассивные системы охлаждения, такие как радиаторы или небольшие вентиляторы.
Для определения требований к охлаждению необходим тщательный анализ удельной тепловой нагрузки, создаваемой каждым компонентом. Эффективные системы охлаждения шкафов учитывают эти нагрузки и обеспечивают распределение воздушного потока, максимально повышающее эффективность охлаждения.
Ключ к эффективному охлаждению: Выбор правильного охлаждающего вентилятора
Вентиляторы охлаждения: сердце систем охлаждения шкафов
Существует множество различных типов систем охлаждения, один из которых - системы принудительного воздушного охлаждения, в которых для работы используются вентиляторы. Они являются неотъемлемыми компонентами системы охлаждения, которые помогают отводить тепло от чувствительных частей устройств благодаря создаваемому ими воздушному потоку. Если не выбрать подходящий охлаждающий вентилятор, то оборудование не сможет нагреваться из-за перегрева и других проблем, что приведет к снижению показателей надежности. Именно поэтому выбор подходящего вентилятора для корпуса имеет решающее значение для достижения максимальной эффективности всей системы охлаждения.
Вентиляторы для охлаждения корпусов имеют множество привлекательных сторон и преимуществ, благодаря чему они очень популярны среди электронных устройств. Вот некоторые из них: Они обеспечивают дополнительные преимущества по сравнению с другими системами охлаждения, такими как пассивное охлаждение, радиаторы или системы жидкостного охлаждения.
Экономичность и энергоэффективность: Как правило, вентиляторы охлаждения по сравнению с холодильными установками или системами жидкостного охлаждения гораздо дешевле как в капитальном, так и в монтажном плане. Кроме того, они не требуют большого количества электроэнергии, особенно вентиляторы постоянного тока или EC, что делает их идеальным решением для большинства корпусов.
Быстрая и эффективная теплопередача: Они обеспечивают принудительную конвекцию, нагнетая воздух к внутренним частям корпуса, и известны как охлаждающие "вентиляторы". Это повышает эффективность теплообмена, так как принудительная конвекция более эффективна, чем естественная, как в случае с пассивными методами охлаждения.
Улучшенная интеграция и модификация: Большинство вентиляторных охлаждающих устройств можно легко вписать в любую конфигурацию корпуса с помощью многочисленных способов монтажа (осевые, центробежные или нагнетательные вентиляторы). Они также различаются по размерам, поэтому подобрать вентилятор, соответствующий техническим характеристикам вашей системы, не составит труда.
Компактность и экономия места: В отличие от систем жидкостного охлаждения, для которых могут потребоваться большие насосы, трубы и радиаторы, вентиляторы охлаждения компактны и могут быть встроены даже в самые маленькие корпуса. Их компактность делает их очень полезными там, где существуют очень жесткие ограничения по размерам, например, в бытовой электронике, медицинских приборах и промышленном оборудовании.
Инновационные охлаждающие вентиляторы ACDCFAN для корпусов
Для любых конкретных требований к охлаждению шкафов ACDCFAN предлагает серию вентиляторов, изготовленных в соответствии с индивидуальными потребностями. Мы предлагаем широкий спектр типов вентиляторов, включая Осевой вентилятор переменного тока, центробежный вентилятор переменного тока (также известный как радиальный), Осевой вентилятор постоянного тока, радиальный вентилятор постоянного тока, Осевой вентилятор EC. Благодаря таким широким категориям они могут поддерживать корпуса различных размеров, требуемый воздушный поток и мощность.
Одним из главных преимуществ ACDCFAN является возможность индивидуальной настройки своей продукции. Наши услуги по настройке достаточно гибкие, что означает, что вентиляторы могут быть изготовлены в соответствии со спецификациями приложения. Это включает в себя такие настройки вентилятора, как, помимо прочего, размеры вентилятора, форма/дизайн вентилятора, рабочее напряжение, воздушный поток и другие важные факторы. Такая гибкость особенно полезна при использовании специализированных корпусов определенного типа или в тяжелых условиях эксплуатации.
Независимо от того, есть ли у вас небольшой электронный шкаф или большой промышленный корпус, нуждающийся в охлаждении, ACDCFAN поможет вам спроектировать и создать необходимое пространство. Их способность участвовать во всех типах шкафов и всех требованиях к охлаждению делает нас хорошим партнером в области решений по терморегулированию.
Заключение
Для каждого решения по охлаждению корпуса крайне важно отводить тепло, выделяемое электронными компонентами, чтобы обеспечить их нормальную работу в течение длительного времени. Существует несколько методов охлаждения, включая естественную конвекцию для небольших теплогенерирующих систем и жидкостное охлаждение для крупных мощных систем. В зависимости от геометрии корпуса, окружающей атмосферы и компактности компонентов выбирается подходящий способ охлаждения.
Внедрение соответствующей системы охлаждения корпуса и правильный выбор вентиляторов для охлаждения корпуса - два первых и решающих фактора для поддержания рабочих температур устройств и продления срока их службы. К другим вспомогательным устройствам, способствующим охлаждению, относятся термоэлектрические охладители и компрессоры постоянного тока.
Создание эффективных систем охлаждения шкафов позволит компаниям сократить количество дорогостоящих поломок и улучшить работу систем, а также защитить важные электронные устройства. Выбор подходящей системы охлаждения шкафов значительно повысит эффективность работы организации, в значительной степени зависящей от электромеханического оборудования. Управление энергопотреблением всегда должно быть главным приоритетом, так как это обеспечит лучший контроль над активами компании и стабильную производительность.
Вопросы
Как определить подходящий размер системы охлаждения шкафа для моих нужд?
Факторов, определяющих мощность системы охлаждения шкафа, может быть множество. Основным фактором в этом отношении является тепловая нагрузка, создаваемая внутренними компонентами шкафа. Также влияют расположение и температура внутри шкафа, а также окружающая среда. Чтобы определить требования к охлаждению для конкретного применения, можно обратиться к профессионалам в области охлаждения или воспользоваться программами теплового моделирования.
Существуют ли энергоэффективные варианты систем охлаждения шкафов?
Да, существует довольно много блоков питания, которые можно использовать для эффективного охлаждения шкафа. Вентиляторы с регулируемой скоростью вращения могут легко снизить энергопотребление, работая на более низких скоростях, когда не требуется полная мощность охлаждения. Компактные и легкие вентиляторы, работающие на высокой мощности, требуют меньше энергии.
Кроме того, они могут управлять углом поворота ротора и током двигателя, что делает вентиляторы с электронной коммутацией (EC-вентиляторы) отличным энергосберегающим решением. Они могут работать как на переменном, так и на постоянном токе, а сочетание этих двух технологий позволяет регулировать скорость вращения и, следовательно, обеспечивать достаточно высокую эффективность. Благодаря использованию встроенной электроники для управления двигателем EC-вентиляторы снижают энергопотребление и потери тепла намного больше, чем стандартные вентиляторы переменного тока. Это делает их надежной и энергоэффективной конструкцией, применимой в широком диапазоне систем охлаждения шкафов.
В теплоотдающем корпусе включение охлаждающих вентиляторов и оптимизация конфигурации также могут быть энергоэффективными. В частности, в небольших корпусах или там, где требуется охлаждение только некоторых деталей, термоэлектрические охладители также достаточно энергоэффективны.
English 
Spanish 
French 
Russian 
Japanese 
German 
Portuguese