Тепловыделения от компьютера для расчета кондиционирования: Информация о расчете всех видов теплопоступлений

Информация о расчете всех видов теплопоступлений

Теплопритоки — надхождение в помещение тепла от разных источников. Расчет теплопоступлений это неотъемлемая часть разработки систем кондиционирования здания. Этот подсчет очень важен и от него зависит: будет ли микроклимат в комнате комфортным для человека.

Содержание статьи:

Теплопоступления от людей

Теплопритоки от людей делятся на явные, скрытые и полные. Принимают их из пособия 2.91 к СНиП 2.04.05*91. Ниже наведена таблица со значениями теплопритоков от взрослого человека при нужной нам температуре в помещении. Это, так называемые, удельные теплопоступления от человека, то есть сколько тепла выделит один человек при определенной работе, если в комнате наявна такая-то температура.

Исследование теплопоступлений от ПЭВМ в помещение | C.O.K. archive | 2013

В тепловом балансе помещений умственного труда с применением ПЭВМ компьютерная техника является одним из главных источников теплопоступлений. В справочной литературе [1] указано, что «…тепловыделения от оборудования принимаются в соответствии с технологическим заданием, а при отсутствии данных — 300 Вт от одной ПЭВМ». Анализ многочисленных проектов по вентиляции и кондиционированию офисных центров показывает, что технологического задания на тепловыделение от компьютерной техники проектировщикам не выдается. Специалисты, руководствуясь справочной литературой, тепловыделения от одной ПЭВМ принимают равными 300 Вт. Но так ли это на самом деле и к чему приводят неточные данные тепловыделений от ПЭВМ?

Существует несколько подходов к расчету тепловыделения в корпусе компьютера, но остановимся на четырех основных [2]. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

1. По паспортным значениям потребляемой узлами мощности. Это весьма приблизительная оценка, которая в реальной жизни почти никогда не выполняется, ведь не работают одновременно все узлы компьютера в пиковом режиме. Тем более производители постоянно модернизируют свои узлы, что приводит к изменению потребляемой ими мощности. Ориентировочные данные по тепловыделениям приведены в табл. 1. Из этой таблицы видно, что паспортные значения потребляемой мощности ПЭВМ имеют очень широкий диапазон.
2. Просто зайти на сайт, представляющий сервис для расчета тепловыделения (потребляемой мощности), выбрать нужные узлы и надеясь на современность их базы и правильность заложенных величин применить их результаты. Достоинство: не надо искать данные, они должны присутствовать в базах предлагаемых сервисов. Недостатки: базы не успевают за производителями узлов, часто они содержат недостоверные данные.
3. По потребляемой узлами мощности с учетом коэффициента тепловыделения и типовой загрузки узлов. Достоинство: более высокая точность. Недостатки: необходим большой объем информации или опыт, знание характеристик узлов, режимов работы ПК.

   Есть множество публикаций о том, как выполнить этот расчет, но до сих пор возникают вопросы при его выполнении. Это связано с тем, что не только мощность тепловыделения сложно найти у производителя, но и даже мощность, потребляемая интересующим нас узлом, не всегда известна. В работе [2] рассмотрены тепловыделения отдельных узлов системного блока с учетом коэффициентов тепловыделения и загрузки, а также приведена оценка тепловыделения компьютеров, условно разбитых на три группы по особенностям применения и потребности в ресурсах (табл. 2). В этой таблице даны тепловыделения для достаточно напряженной работы компьютера. Основными источниками тепловыделения являются материнская плата и расположенные на ней — процессор, видеокарта и память (в сумме более 50 % общего тепловыделения).

   В настоящее время установлено, что в паспортных данных офисного оборудования потребляемая мощность обычно завышена. В ходе работы [3] было установлено, что для офисного оборудования, паспортная мощность которого не превышает 1 кВт, тепловыделения составляют от 25 до 50 % [3].

4. По результатам экспериментальных измерений приборами потребляемой мощности и тестов компьютера. Достоинство: высокая точность величины для каждого типового режима работы. Недостатки: необходимость проведения специальных исследований и измерений.

В работе [4] приведены результаты тестирования по определению энергопотребления от девяти компьютеров различной мощности. Тестирование производилось в нескольких типичных состояниях: состояние покоя, состояние максимальной процессорной нагрузки, состояние максимальной нагрузки на систему целиком, работа в графическом редакторе, двухпроходное перекодирование HD MPEG-2 видеоролика, финальный рендеринг 3D-сцен в Autodesk 3ds max 2010 в разрешении 1920×1080.

В табл. 3 приведены усредненные значения энергопотребления полной системы (включающей материнскую плату, процессор, память, видеокарту, жесткий диск и процессорный «кулер» с вентилятором) при том или ином типе нагрузки на тестовые системы.

Следует отметить, что разные процессоры при разгоне до примерно одних и тех же пределов по частоте показывают совершенно разное энергопотребление. Казалось бы, в росте энергопотребления и тепловыделения при увеличении частоты процессора нет ничего удивительного. Известно, что эти величины связаны между собой пропорциональной зависимостью. Например, сегодня для «настольных» процессоров приняты несколько типовых значений тепловыделения под нагрузкой: 130 или 95 Вт для производительных моделей и 73 или 65 Вт — для общеупотребительных и бюджетных [4].

Анализируя вышеприведенные данные, можно сделать следующие выводы.

Полученные максимальные измеренные тепловыделения составляли от 52 до 70 Вт. При этом паспортное значение мощности составляло от 165 до 759 Вт. Тепловыделения от компьютера, работающего с монитором, определялись путем вычитания расчетного значения тепловыделений монитора из суммарно измеренной величины. Wilkins и McGaffin опубликовали данные исследования 12-ти компьютеров различных модификаций. Средние тепловыделения составляли 56 Вт, а средняя паспортная мощность — 391 Вт. Итак, средняя величина тепловыделений по 20-ти исследованным компьютерам равна 55,6 Вт.

Исследования [4] показывают, что среднее потребление компьютера составляет всего лишь около 150 Вт, то есть 300 Вт согласно [1] — величина тепловыделений с «хорошим» запасом.

Нами были выполнены экспериментальные исследования по определению величины теплопоступлений от ПЭВМ с применением прибора PCE-GA 70, который показан на рис. 1. Прибор позволяет проводить измерения параметров воздушной среды в помещении с помощью универсального зонда. Память прибора позволяет сохранять до 20 тыс. значений, передавать и обрабатывать их на компьютере с помощью специального программного обеспечения. Технические характеристики прибора PCE-GA 70 приведены в табл. 4. Замеры параметров микроклимата проводились в течение всего рабочего дня непосредственно у задней стенки системного блока в месте расположения вентилятора охлаждения блока питания (рис. 2).

Результаты исследования изобразим графически (рис. 3). По оси абсцисс откладываем время проведения замеров (τ_x30, с), по оси ординат — значения температуры удаляемого воздуха (t_у, °С). Выполнив аппроксимацию кривой ряда 1, выделенного синим цветом, получим y = 0,0023x + 41,05 — линейный ряд с R² = 0,7605, y = 0,6284 ln(x) + 38,418 — это логарифмический ряд с R

2 = 0,9109, y = –4e^–16x⁶ + 1e^–12x⁵ – 1e^–09x⁴ + 6e^–07x³ –  0,0002x² + 0,0288x + 39,682 — это полиномиальный ряд с R² = 0,9436, где R² — величина, характеризующая достоверность аппроксимации — чем ближе значение R2 к единице, тем надежнее линия тренда аппроксимирует конкретный исследуемый процесс. Величина R2 определяется следующим образом:

Видно, что наиболее близка к исследуемой кривой полинома (R² = 0,9436). Однако прямую у = 0,0023х + 41,05 с определенной степенью достоверности также можно применять для определения температуры удаляемого воздуха в любой момент времени х.

Расчет теплопоступлений от компьютера проводился по следующей формуле (приближенно):

Q_пов = α_пов(t_пов – t_в)F_пов, (1)

где Q_пов

— теплопоступления от нагретой поверхности оборудования, Вт; α_пов — коэффициент сложного лучистоконвективного теплообмена, определяется по работе [5], α_пов = 10; t_пов — температура нагретой поверхности, принимаем t_{удал.возд} = 42 °С; tв — температура воздуха внутри помещения, принимаем tвозд = 25 °С; Fпов — площадь поверхности системного блока исследуемого компьютера, в среднем Fпов = 0,85 м².

Определим расчетную величину теплопоступления по формуле (1):

Q_пов = 10 × (42 – 25) × 0,85 = 144,5 Вт.

Например, при расчете теплопоступлений в офисных помещениях крупнейшая шведская вентиляционная компания Swegon ориентируется на значение 150 Вт на один компьютер [6]. Сравнивая вышеприведенные данные, можно сделать вывод, что результаты различных исследований по определению средней величины теплопоступлений от ПЭВМ идентичны. Итак, значение теплопоступлений от одного компьютера в офисном помещении следует принимать 150 Вт.

Тепловыделения от оборудования вносят существенный вклад в тепловую нагрузку помещения. Информация, приведенная в данной статье, может стать полезным инструментом для инженеров, выполняющих расчеты нагрузок на холодильное оборудование или анализ энергопотребления.

Авторы также выражают надежду, что изготовители оборудования осознают важность величины паспортной мощности для определения тепловых нагрузок и предпримут необходимые шаги для предоставления более реалистичной информации о потребляемой мощности.

Отметим, что также необходимо регламентировать выдачу технологического задания на теплопоступления от офисной техники при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях умственного труда с применением ПЭВМ.

 

---

1. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: жилые здания со встроено-пристроенными помещениями общественного назначения, коттеджи. Справ. — М.: Пантори, 2003.
2. Интернет-ресурс: www.electrosad.ru.
3. Hosni M.H., Jones B.W., Sipes J.M., Xu Y. Test methods for measuring the heat gain and radiant/convective split from equipment in buildings // Final Report for ASHRAE Research Project 822-RP. Institute for Environmental Research. Kansas State University. 1996.
4. Артамонов О. Измерение энергопотребления компьютеров. — Интернет-ресурс: www.fcenter.ru.
5. Богословский В.Н., Новожилов В.И., Симаков Б.Д., Титов В.П. Отопление и вентиляция: Учеб. для ВУЗов. Ч. 2. Вентиляция / Под ред. В.Н. Богословского. — М.: Стройиздат, 1976.
6. 6. Интернет-ресурс: www.swegon.com/ru.

АНО ДПО «УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Уважаемые читатели! Редакция журнала продолжает публикацию отдельных глав книги «Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика», подготовленной специалистами компании «Евроклимат».

Теплопоступления от ламп и осветительных приборов.

В настоящее время в основном используются два типа осветительных приборов: лампы накаливания и люминисцентные лампы.

Теплопоступления от ламп накаливания (Qосв) определяются по формуле:

Q_осв=h·N_осв,

где h=0,92-0,97 — коэффициент перехода электрической энергии в тепловую;

N_осв — установочная мощность ламп.

Световая нагрузка должна быть задана. Если она неизвестна, то для предварительных расчетов для хорошо освещенных помещений можно принимать

Nосв = 50-100 Вт/м².

При использовании люминисцентных ламп принимают h=0,5-0,6.

В некоторых помещениях, особенно в таких, как магазины, выставочные залы, торговые залы и пр., нагрузка от осветительных приборов составляет существенную часть в общей тепловой нагрузке. В торговом деле освещение является определяющим условием для успешных продаж, и освещение организовано, главным образом, внутри помещения. Кроме того, в современных учреждениях освещение поддерживается в рабочем состоянии на протяжении целого рабочего дня. Однако необходимо учитывать, что тепловыделения от осветительных приборов могут и не совпадать по времени с тепловыделениями от солнечной радиации и др. Поэтому, в зависимости от месторасположения светильников и принятой схемы кондиционирования воздуха, необходимо определить количество тепла, подлежащего ассимиляции от электросветильников.

Чтобы определить количество выделяемого в окружающее пространство тепла, необходимо также учитывать тип осветительных приборов, устанавливаемых на подвесном потолке.

Приведем три типичных случая:

Помещения с подвесным невентилируемым потолком. Элементы освещения встроены в подвесном потолке (рис. 1). При такой установке 50% выделяемого тепла уходит непосредственно в помещение, а остальные 50% вначале задерживаются на некоторое время в самом подвесном потолке и только затем поступают в помещение. Таким образом, все 100% выделенного тепла поступают в помещение.

 

Рис. 1. Невентилируемый потолок со встроенным осветительным плафоном. 100% выделенного тепла поступают в окружающее пространство: 50% непосредственно и остальные 50% косвенно

 

Помещения с вентилируемым подвесным потолком. Подвесной потолок используется как вытяжной короб, а окружающий воздух помещения поступает в короб через специальные отверстия или решетки (рис. 2). Около 40% выделяемого тепла поступает непосредственно в помещение. Из оставшихся 60% часть тепла уносится обменным воздухом (около 30-40%), а остальное тепло (20-30%) впоследствии тоже поступает в помещения, что в сумме составляет 60-70% от всего выделенного тепла.

Рис. 2. Вентилируемый подвесной потолок, используемый в качестве вытяжного короба, со встроенным осветительным плафоном. Выделяемое тепло в количестве около 60-70% поступает в окружающее пространство помещения

 

В помещении с вентилируемым потолком и с вытяжкой через плафон (рис. 3).

 

Рис. 3. Вентилируемый потолок с вытяжкой воздуха через осветительный плафон

 

Прямое поступление тепла в помещение составляет до 30%, из остальной части выделенного тепла (70%) около 40-50% отбирается вытяжным воздухом, в то время как 20-30% возвращается в помещение, поэтому количество тепла, поступающего в помещение, составляет 50% от общего.

В отношении некоторых учреждений могут применяться коэффициенты одновременности использования освещения с учетом отсутствия служащих.

Упрощенная экспресс-методика расчета теплопритоков.

Данная экспресс-методика в основном используется для разработки СКВ на базе несложного (в проектном отношении) климатического оборудования, такого, как: кондиционеры сплит-систем, а также кондиционеры оконного типа и моноблочного исполнения.

Для подбора необходимого по холодопроизводительности кондиционера надо рассчитать тепло, поступающее в помещение от солнечной радиации, освещения, людей, оргтехники и т. д.

Основные теплопритоки в помещение складываются из следующих составляющих:

1) Теплопритоки, возникающие за счет разности температур внутри помещения и наружного воздуха, а также солнечной радиации Q1, рассчитываются по формуле:

Q₁=V·q_уд ,

где V=S·h — объем помещения;

S — площадь помещения;

h — высота помещения;

q_уд — удельная тепловая нагрузка, принимается:

30-35 Вт/м³ — если нет солнца в помещении,

35 Вт/м³ — среднее значение;

35-40 Вт/м³ — если большое остекление с солнечной стороны;

2) Теплопритоки, возникающие за счет находящейся в нем оргтехники Q₂.

В среднем берется 300 Вт на 1 компьютер в полной комплектации (или 30% от мощности оборудования).

3) Теплопритоки, возникающие от людей, находящихся в помещении Q₃.

Обычно для расчетов принимается:

1 человек — 100 Вт (для офисных помещений),

100-300 Вт (для ресторанов, помещений, где люди занимаются физическим трудом),

Q = Q₁+ Q₂ + Q₃.

К подсчитанным теплопритокам прибавляется 20% на неучтенные теплопритоки:

Q_общ = (Q₁ + Q₂ + Q₃)·1,2 Вт.

В случае использования в помещении дополнительного тепловыделяющего оборудования (электроплит, производственного оборудования и т. п.) соответствующая тепловая нагрузка должна быть также учтена в данном расчете.

Принципы выбора систем кондиционирования воздуха и вентиляции.

Задача выбора системы кондиционирования или вентиляции должна решаться на основе технико-экономического сравнительного анализа нескольких возможных вариантов (2-х, 3-х и более).

Для этого необходимо всесторонне рассмотреть и оценить объект по предъявляемым к нему требованиям, основными среди которых являются:

Санитарные требования:

• Необходимо поддерживать определенную температуру или температуру и влажность. Следует отметить, что поддержание влажности существенно удорожает проект.
• Подавать в помещения свежий воздух (естественным или механическим путем) или использовать рециркуляционные системы.
• Удалять воздух через местные отсосы или общеобменной вытяжкой (в производственном корпусе), либо с использованием естественной вытяжки (в жилых помещениях).

Архитектурно-строительные требования:

• Возможность установки наружного блока кондиционера на фасаде здания, а внутреннего блока кондиционера — в помещении (шкафные кондиционеры) или в подшивном потолке (сплит-система с притоком свежего воздуха).
• Возможность установки центрального кондиционера на техническом этаже или крышного кондиционера Roof-Top на крыше здания.
• Возможность проложить по зданию или помещению коммуникации воздуховодов, трубопроводов (особенно в реконструируемых зданиях).

Противопожарные требования по категориям помещений:

• Нормальные условия — помещения категории «Д» или пожароопасные «В», или взрывопожароопасные «А» и «Б» и соответствующие этим категориям проектные решения (установка обратных и огнезадерживающих клапанов, раздельная установка блоков оборудования, различные схемы прокладки коммуникаций).

Эксплуатационные требования:

• Допустимо ли обслуживание и управление системой с центрального пульта управления или необходимо управлять (регулировать параметры) автономно (например, в случае, когда одна часть помещений ориентирована на юг, другая — на север) и необходимо обеспечить раздельные режимы работы оборудования на группы помещений.

Надежность системы:

• Особенно важны требования к надежности в прецизионном кондиционировании при точном поддержании микроклиматических параметров различных технологических процессов.

Экономические требования:

• Необходимо оптимизировать цену, сравнивая в проекте оборудование различных производителей и различного класса. Для объекта необходимо разработать несколько принципиальных вариантов систем на базе различных типов оборудования и провести их сравнительную оценку.

Проектирование систем кондиционирования воздуха.

Разработка системы кондиционирования офисного помещения на базе кондиционеров сплит-систем

Исходные данные:

Подбор кондиционеров сплит-систем рассмотрим на примере офисного помещения площадью S=20 м², высотой =3 м, в котором находятся 2 компьютера и постоянно работают 3 человека.

В помещении есть возможность естественного проветривания, поэтому нет необходимости проектировать приточно-вытяжную вентиляцию, а целесообразно установить кондиционер сплит-системы, работающий на рециркуляционном воздухе.

Компрессорно-конденсаторный блок такого кондиционера устанавливается за пределами помещения на улице, а в помещении устанавливается внутренний блок сплит-системы. Между собой внутренний и наружный блоки связаны фреоновыми трубопроводами в изоляции.

Для выбора кондиционера по холодопроизводительности необходимо рассчитать теплоизбытки в помещении, в которые входит тепло от людей, от оргтехники, от освещения и т. д.

Теплопоступления для рассматриваемого помещения рассчитываем по экспресс-методике:

Q₁ = S·h·q = 20·3·35 = 2100 Вт

Q₂ = 300·2 = 600 Вт

Q₃ = 100·3 = 300 Вт

Q_общ= 2100 + 600 + 300 = 3000 Вт

Модель кондиционера сплит-системы выбираем из типового ряда по ближайшему (с учетом запаса) значению холодопроизводительности.

Для обеспечения круглогодичной работы кондиционера остановим свой выбор на оборудовании фирмы DELONGHI, т. к. кондиционеры этой фирмы эффективно работают в режиме «теплового насоса» в холодное время года. Ряд технических решений, реализованных в конструкции кондиционеров DeLonghi, обеспечивает работу при низких температурах наружного воздуха (до t_н=-20°С).

Технические решения, реализованные в данных моделях, включают:

1. Микропроцессор и все системы контроля и управления расположены во внутреннем блоке. За счет этого существенно повышается надежность работы автоматики, т. к. все элементы находятся в зоне положительных температур.
2. Автоматическое снижение скорости вращения вентилятора внешнего блока позволяет сохранить арактеристики работы конденсатора при низких температурах.
3. Система управления не допускает образования льда на внешнем блоке. Микропроцессор включает режим разморозки в момент возможного образования инея (у других кондиционеров режим разморозки включается после появления ледяного нароста, и большая часть электроэнергии тратится на растопку льда).
4. Подогрев картера компрессора во внешнем блоке обеспечивает пуск и безопасную работу зимой.
5. Внешний блок кондиционера изготовлен из морозоустойчивых материалов.

В рассматриваемом нами офисном помещении нет фальш-потолка, поэтому нет возможности установить сплит-систему скрытой установки. Мы остановимся на модели СР-30 настенного типа, т. к. по холодопроизводительности N_х=3,5 кВт-это ближайшее (с учетом запаса) значение к рассчитанным теплоизбыткам помещения. Модели «СР» отличаются изящным дизайном и идеально подходят к интерьеру современного офиса.

Комфортные условия в помещении в большой степени зависят от правильного распределения воздушного потока. Если выходящий из кондиционера поток холодного воздуха направлен вниз и попадает на человека, это неблагоприятно сказывается на его здоровье. Кондиционер СР-30 имеет специальную конструкцию воздухораздающего устройства. На выходе воздуха из внутреннего блока кондиционера установлены подающие шторки, конструкция которых позволяет направить поток воздуха горизонтально, что способствует равномерному распространению охлажденного воздуха по всему помещению.

Внутренний блок кондиционера устанавливаем на стене на высоте h=2,5 м, т. е. выше рабочей зоны помещения.

Наружный блок устанавливается на улице, на стене здания под окном (для удобства монтажа и обслуживания кондиционера).

Между внутренним и наружным блоками прокладываются фреоновые трубопроводы и электрический соединительный кабель. От внутреннего блока трубки вместе с кабелем опускаются вниз по стене до отметки установки наружного блока. Для прохождения трассы через наружную стену в ней сверлится отверстие Ø60 мм, и через него трубопровод выводится на улицу для подключения к наружному блоку. Затем отверстие герметизируется. Если монтаж кондиционера ведется в уже отремонтированном помещении, то трубопроводы и кабель закрываются декоративными коробами. Если же монтаж кондиционера ведется до ремонта помещения, то есть возможность все коммуникации спрятать в стене. Для этого делается штроба 100 _ 60 мм, в которой прокладываются все трубки и кабель, и после окончания монтажа кондиционера штроба заштукатуривается.

При работе кондиционера в режиме охлаждения во внутреннем блоке образуется конденсат, поэтому необходимо предусмотреть отвод конденсата (дренажа) от внутреннего блока. Дренаж можно подключить к системе существующей канализации, если она находится где-нибудь поблизости. При этом дренажную трассу необходимо проложить с постоянным уклоном (10 мм на 1 м длины), а если это выполнить невозможно, необходимо установить на дренажной линии специальный дренажный насос, который обеспечит необходимый напор в системе отвода конденсата.

 

Рис. 4.

 

В нашем примере (Рис. 4) рассматриваемое помещение находится слишком далеко от системы канализации, и нет возможности проложить дренажную трассу с постоянным уклоном, поэтому дренажная трубка выводится на улицу. Дренаж прокладывается вместе с фреоновым трубопроводом и закрывается одним декоративным коробом. Через отверстие в стене вместе с фреоновым трубопроводом дренажная трубка выводится на улицу. Мы остановили свой выбор на модели СР-30, которая может работать при отрицательных температурах, поэтому не исключена возможность включения его в режим охлаждения, когда на улице температура воздуха будет ниже 0°С. Для предотвращения замерзания конденсата и образования ледяной пробки на выходе дренажной трубки из стены устанавливается специальный обогреватель дренажа. Конструкция этого устройства основана на работе саморегулирующегося нагревательного кабеля.

Для подключения кондиционера сплит-системы к однофазной электросети (220 В, 50 Гц) необходимо установить для него в распределительном щите персональный автоматический выключатель и проложить трехжильный кабель до места установки кондиционера.

Для модели СР-30, потребляемая мощность которой 1,2 кВт, устанавливается однофазный автоматический выключатель на 10 А. Величина тока отсечки выключателя должна составлять не менее 7-ми значений номинальных токов.

Продолжение следует

 

Сколько тепла выделяет системный блок моего ПК?: zelez — LiveJournal

Сколько тепла выделяет системный блок моего ПК? Столько, сколько потребляет электроэнергии.
Если сложить паспортные и оценочные цифры для моей конфигурации:

Процессор AMD Athlon XP 3000+  ~ 65

Материнская плата DFI с nF4 ~ 20

Модули памяти DDR (2x1Gb) ~ 20

Видеокарта GF6600GT SP II ~ 60

Жесткий диск SATA 80 Гб ~ 7

Привод DVD – ROM ~ 5

Суммарная мощность компонентов  – 177

Тепловые потери БП с КПД 0,9 – 18

Общий итог – 195

 

  А реально? Из-за отсутствия амперметра реальное энергопотребление измерил с помощью квартирного электросчетчика (благо он у меня в квартире). На нем написано: 625r = 1кW *h, т.е. 1кВт*час = 625 оборотов диска. 
Следовательно если за Тсек секунд диск повернется на N оборотов, то 
потребленная энергия [кВт*час]
Е = 1 * ( N / 625 )  
а мощность [Вт]
P = E / Тчас * 1000 = ( N / 625 ) / ( Тсек / 3600 ) * 1000 = ( N * 3600 / 625 / Tсек ) * 1000

  Выключил всю домашнюю технику кроме компьютера. Получилось в режиме простоя при включенном C’n’Q (Vcpu=1,1 235х5) получилось 10 оборотов за 700 сек. При  загрузке компьютера S&M 100% (235х9) 10 оборотов за 400 секунд.

По формуле получается потребляемая мощность в простое P ~ 82 Вт, а при 100% загрузке ~ 144 Вт. 
Не так уж и много. Видимо паспортные цифры даются с запасом. Разгоню – измерю еще раз.

 

  Измерил, насколько повышается температура воздуха при прохождении через мой компьютер.

Засасывается воздух в корпус только через низ лицевой панели, выбрасывается только через БП. Все остальные щели на корпусе заклеены бумажным скотчем.

На выхлоп работает только один 120мм вентилятор на дне БП на 600 об/мин (в воздуховоде от CPU к БП). Температура перед лицевой панелью 23 ºС.

Температура воздуха в выходящей струе из БП в режиме простоя 34 ºС (загрузка CPU ~0, C’n’Q включен, Vcpu=1,08в, 235х5=1170Мгц), ΔΤ = 11 ºС.

 

  По этим цифрам можно оценить реальную производительность вентилятора при 600 об/мин ( по известной формуле http://zelez.livejournal.com/617.html ): V = 1,75 * P / ΔΤ  = 1,75 * 82 / 11  ~ 13 CFM. Почти в 2 раза ниже паспортных данных. По-видимому, снижение производительности связано с сопротивлением тесению в корпусе и из-за поворотов и сужений канала в по которому идет воздух в БП. Ведь сечение струи в 120мм вентиляторе 113 кв.см, а дырка на задней стенке БП ~ 60 кв.см (от снятого 80мм вентилятора). Надо будет попробовать ее увеличить. Заодно и плату в БП развернуть радиаторами поближе к выхлопному отверстию.

 

  Главное другое: производительности одного вентилятора 13 CFM при 600 об/мин хватит для теплоотвода от системы даже при полной загрузке процессора. При тепловыделении 144 Вт воздух на выходе должен нагреваться больше чем на ΔΤ = 1,75 * 144 / 13 = 19 ºС. А если при разгоне тепловыделение повысится до 200Вт, нагрев должен быть не больше чем на 27 ºС. Т.е. при входной температуре воздуха 25 ºС выходная будет не выше 52 ºС, что удовлетворяет температурным требованиям по любым компонентам компьютера.

 

  Верной дорогой идете, товарищи!

Оглавление zelez 

Как выбрать сплит систему, расчет теплопритоков помещения

Необходимо знать каждому.

Как выбрать сплит систему — в наше время очень острый вопрос и далеко не каждая организация может похвастаться специалистами по подбору климатических систем и систем кондиционирования, с бытовыми настенными сплит системами дело обстоит так же. Полагаясь на свои предпочтения либо советы друзей и неквалифицированных менеджеров слушая и говоря: «Да там кухня 8 квадратов, хрущевка обычная, у моего друга Семерка стоит — всю квартиру охлаждает без проблем», вы можете купить сплит систему и останетесь очень не довольны результатами ее производительности, энергопотребления и долговечности, обращайтесь к специалистам по расчету теплопритоков и точному подбору сплит систем и кондиционеров на ваши нужды и условия.

Выбрать мощность сплит системы по маркировке.

Общепринятая Европейская система классификации мощности по BTU: 7 000 BTU , 9 000 BTU, 12 000 BTU и т. д. BTU (БТЕ) — British Thermal Unit или Британская тепловая единица, 1000(БТЕ/час=293 Вт). Большинство производителей пользуются Британской маркировкой для удобства подбора мощности, так как первые кондиционеры стали использовать в Европе и США, однако сплит системы фирм Daikin, Mitsubishi, Kentatsu, Chigo и многие другие маркируют свои сплит системы по мощности в киловаттах, например Daikin ATXN25MB и цифра 25 означает номинальную холодопроизводительность в 2,5 кВт, что характеризует мощность кондиционера в 9 000 BTU или 9-ка.

Самое главное правило для подбора сплит системы вытекает из расчета тепловыделения, которого складывается из следующих параметров:

1. Внешние:

— Солнечная радиация проникающая через оконные проемы

— Теплоприток от защитного сооружения (перегородки, стены, потолок, пол, утепление)

2. Внутренние:

— Тепловыделения людей при разных условиях их физической активности

— Тепловыделение от электро и газового оборудования

Расчетная холодопроизводительности должен производиться с условием — холодопроизводительность сплит системы должна привышать суммарный теплоприток помещения на величину от 10 до 20 % в зависимости от региона.

Как детально рассчитать мощность сплит системы для своей комнаты или помещения.

Внешние теплопритоки.

1. Расчет проникающей солнечной радиации через оконный проем с учетом расположения сооружения относительно сторон света.

Qокн=qокн*K,

где qокн — удельная тепловая мощность от солнечной радиации в зависимости от ориентации окна Вт/м2

 

Ориентация окна	Северо Восток	Восток	Юго Восток	Юг	Юго Запад	Запад	Северо Запад	Север
q, Вт/м2	190	250	240	240	350	470	370	0

 

Fокн — площадь остекления окна, м2

k — коэффициент солнцезащитных элемент

b>	Отсутствие защиты	Жалюзи	Шторы	Внешний навес
k	1	0,5	0,4	0,3

 

2. Теплоприктоки от нагрева защитного сооружения:

Qзс=qpc*Fзс, где

qзс — удельная тепловая мощность теплопередачи защитного сооружения, Вт/м2

Fзс — площадь защитного сооружения, м2

Для постоянно открытой двери теплоприток принимают за 300 Вт

Защитное сооружение	q, Вт/м2
Внешняя стена легкой конструкции (север)	30
Внешняя стена легкой конструкции	60
Внешняя стена тяжелой конструкции (север)	20
Внешняя стена тяжелой конструкции	30
Внутренняя стена	30
Крыша без утепления	60
Крыша с утеплением	25
Потолок	10
Пол	10

3. Внутренние теплопритоки.

Тепловыделения людей

Qч=чел*n, где

n — количество людей в зависимости от физической активности

qч — количество тепловыделения одного человека

Физическая активность	q, Вт
Отдых	80
Легкая работа	125
Работа средней тяжести	170
Тяжелая работа, занятие спортом	250

4. Тепловыделение от электрооборудования

Q = Nэ*m*i, где

m — количество единиц оборудования

Nэ — электрическая мощность еденицы оборудования, Вт

i — коэффициент превращения электрической энергии в тепловую

Оборудование	i
Лампы накаливания	0,9
Лампы люминесцентные	0,4
Электродвигатели	0,3
Автономные холодильники и витрины	1

Для компьютера и оргтехники теплоприток принимают 300 Вт

5. Суммарный теплоприток можно рассчитать по формуле:

∑Q= ∑Qокн+∑Qзс+∑Qч+∑Qэ, мощность кондиционера должна быть на 10-20% больше суммарного теплопритока Вашей комнаты.

Для качественного подброа сплит систем обращайтесь к нашим специалистам в Волгограде и Волжском.

Конвективная теплопередача

Тепловая энергия, передаваемая между поверхностью и движущейся жидкостью с разными температурами — известна как конвекция .

На самом деле это комбинация диффузии и объемного движения молекул. Вблизи поверхности скорость жидкости мала, и преобладает диффузия. На расстоянии от поверхности объемное движение усиливает влияние и преобладает.

Конвективная теплопередача может быть

• принудительной или вспомогательной конвекцией
• естественной или свободной конвекцией

принудительной или вспомогательной конвекцией

принудительной конвекцией, когда поток жидкости индуцируется внешняя сила, такая как насос, вентилятор или смеситель.

Естественная или свободная конвекция

Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами из-за разницы плотности, вызванной колебаниями температуры в жидкости. При нагревании изменение плотности в пограничном слое заставит жидкость подниматься и заменяться более холодной жидкостью, которая также будет нагреваться и подниматься. Это продолжающееся явление называется свободной или естественной конвекцией.

Процессы кипения или конденсации также называют конвективными процессами теплопередачи.

• Теплопередача на единицу поверхности за счет конвекции была впервые описана Ньютоном, и это соотношение известно как закон охлаждения Ньютона .

Уравнение конвекции может быть выражено как:

q = h _c A dT (1)

, где

q = теплопередача за единицу времени (Вт, БТЕ / ч)

A = площадь теплопередачи поверхности (м ² , футы ² )

h _c = коэффициент конвективной теплопередачи процесса ( Вт / (м ^2o C, Btu / (фут ² h ^o F) )

dT = разница температур между поверхностью и основной жидкостью ( ^o C, F)

Коэффициенты теплопередачи — единицы

Коэффициенты конвективной теплопередачи

Коэффициенты конвективной теплопередачи — ч _c — в зависимости от тип среды, газ или жидкость, и свойства потока, такие как скорость, вязкость и другие свойства, зависящие от потока и температуры.

Типичные коэффициенты конвективной теплопередачи для некоторых распространенных применений потока жидкости:

• Свободная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 0,5 — 1000 (Вт / (м ² K))
• Свободная конвекция — вода и жидкости: 50 — 3000 (Вт / (м ² K))
• Принудительная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 10 — 1000 (Вт / (м ² K))
• Принудительная конвекция — вода и жидкости: 50 — 10000 (Вт / (м ² K))
• Принудительная конвекция — жидкие металлы: 5000 — 40000 (Вт / (м ² K))
• Кипящая вода: 3.000 — 100,000 (Вт / (м ² K))
• Водяной пар конденсата: 5.000 — 100,000 (Вт / (м ² K))

Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха

Коэффициент конвективной теплопередачи для потока воздуха может быть приблизительно равен

ч _c = 10,45 — v + 10 v ^1/2 (2)

где

h _c = коэффициент теплопередачи (кКал / м ² ч ° C)

v = относительная скорость между поверхностью объекта и воздухом (м / с)

Начиная с

1 ккал / м ² ч ° С = 1.16 Вт / м ² ° C

— (2) можно изменить на

h _cW = 12,12 — 1,16 v + 11,6 v ^1/2 (2b)

где

ч _cW = коэффициент теплопередачи (Вт / м ² ° C )

Примечание! — это эмпирическое уравнение, которое может использоваться для скоростей от 2 до 20 м / с .

Пример — конвективная теплопередача

Жидкость течет по плоской поверхности 1 м на 1 м. Температура поверхности 50 ^o C , температура жидкости 20 ^o C и коэффициент конвективной теплопередачи 2000 Вт / м ^2o С . Конвективную теплопередачу между более горячей поверхностью и более холодным воздухом можно рассчитать как

q = (2000 Вт / (м ^2o C)) ((1 м) (1 м)) ((50 ^o C) — (20 ^o C))

= 60000 (Вт)

= 60 (кВт)

Калькулятор конвективной теплопередачи

Таблица конвективной теплопередачи

.

Расчет скорости рассеивания тепла для теплоотвода парового конденсатора

В этой статье представлена ​​методика анализа, которая может быть использована для расчета теплового сопротивления вертикального пластинчато-ребристого теплоотвода парового конденсатора, обращенного вниз, то есть радиатора, в котором пластинчатые ребра проходят вниз от горизонтального основания в область пара охлаждающей жидкости, функция которой заключается в конденсации этого пара в жидкий конденсат. Такие радиаторы используются в системах охлаждения, где отвод тепла от источника осуществляется за счет процесса кипения хладагента, а затем это тепло отводится в окружающую среду (воздух или жидкость) с использованием процесса конденсации пара.

На рис. 1 показан вид сверху электронного модуля с иммерсионным охлаждением диэлектрического хладагента, в котором кипящая вода из «кипящего» радиатора, прикрепленного к задней стороне микросхемы микропроцессора, является основным механизмом отвода тепла от устройства. Охлаждающая жидкость имеет точку кипения, которая намного ниже целевой температуры поверхности электронного устройства. Например, хладагентом может быть HFE7000 [1], который кипит при температуре примерно 35 ^o ° C при атмосферном давлении.Если целевая поверхность ребра кипения составляет 60 ^o C, то это допускает перегрев (превышение температуры) между ребром и локальным жидким хладагентом до 25 ^o C. Величина коэффициента теплопередачи при кипении на поверхности ребер и, следовательно, тепловые характеристики радиатора зависят от этого перегрева. Методика расчета теплового сопротивления такого кипящего теплоотвода была предоставлена ​​Саймонсом [2]. Применения для охлаждения ИТ-оборудования на основе кипения в бассейне обсуждались далее в Tuma [3].

Рис. 1: Схема модуля с иммерсионным охлаждением с конденсатором пара

Пар, образующийся в результате кипения в бассейне, поднимается к верхней части модуля с иммерсионным охлаждением, где он соприкасается с ребрами радиатора конденсатора. Теплоотвод конденсатора прикреплен через термоинтерфейс к охлаждаемой жидкостью охлаждающей пластине с потоком жидкости при температуре ниже точки кипения заключенного пара. Холодная пластина служит для передачи тепловой нагрузки модуля от иммерсионного теплоносителя к жидкостному контуру, циркулирующему на уровне системы.Пар, контактирующий с охлаждающими ребрами конденсатора, конденсируется в пленку жидкости, которая стекает вниз по длине ребра. Таким образом, как показано на Рисунке 2 (a), пленка конденсата становится толще по длине вертикальной поверхности (т.е. ребра), в направлении вниз против силы тяжести, а на конце ребра образуются капли конденсата, которые образуют: упасть обратно в бассейн с жидкостью, в который погружен электронный чип. На рисунке 1 также показан неконденсирующийся газовый слой, который обычно представляет собой воздух, растворенный в хладагенте.Влияние этого тонкого слоя на тепловые характеристики радиатора в этом анализе не принимается во внимание.

Рисунок 2: Пленка жидкости на вертикальной поверхности конденсатора, (a) Схема явления, (b) Изменение коэффициента теплопередачи в зависимости от расстояния от основания ребра, как прогнозируется с использованием уравнений (1) — (4) и параметров таблицы 1 ,

Таблица 1: Входные параметры для расчетов, показанных на рисунке 2 (b).

Параметр	Символ	Единицы	Значение
Длина вертикальной поверхности (ребра)	L	м	0.1
Температура вертикальной поверхности (ребра)	T с	o C	25
Тип охлаждающей жидкости	—	—	HFE7000 [2]
Температура насыщенного пара	T нас.

.

Можно ли кондиционировать компьютерные чипы?

В жаркие летние месяцы многие люди остаются в помещении, чтобы избежать пота и солнечных ожогов, вместо этого наслаждаясь прохладой квартиры или дома с кондиционером. В то время как в комнате без системы охлаждения было бы душно и неудобно, кондиционеры обеспечивают комфортную температуру в 70 градусов.

Кондиционер в вашем жилом помещении работает так же, как холодильник на вашей кухне — он использует аналогичные жидкости, газы и системы охлаждения для создания более низких температур.Вместо того, чтобы просто циркулировать воздух, как вентилятор, обе технологии работают, фактически отводя тепло из определенной области. Компрессор сжимает холодный газ, известный как хладагент, в результате чего он становится горячим. Горячий газ проходит через набор горячих змеевиков и конденсируется в жидкость, пока не достигнет расширительного клапана. Клапан превращает жидкость обратно в холодный газ, испаряя ее; затем газ проходит через другой набор катушек. Этот второй набор охлаждаемых змеевиков, обращенных к области, которая нуждается в кондиционировании, поглощает любой теплый воздух для охлаждения квартиры или холодильника.

Разумеется, большая разница в том, что система охлаждения в вашем холодильнике представляет собой небольшую закрытую коробку. После закрытия дверца задерживает прохладный воздух, чтобы еда и напитки оставались свежими в течение длительного времени. С другой стороны, кондиционер в квартире отвечает за охлаждение гораздо большего пространства. Стены и двери квартиры действуют как дверца холодильника, не позволяя прохладному воздуху уйти.

Но что, если бы инженеры взяли технологию, используемую в кондиционерах, и применили ее в гораздо меньшем масштабе — например, в микромасштабах? Ученые из Машиностроительного университета Пердью под руководством профессора Иссама Мудавара разрабатывают экспериментальную систему, которая использует методы охлаждения систем кондиционирования воздуха для охлаждения небольших, трудолюбивых компьютерных микросхем.

Как работает компьютерный чип с кондиционером, особенно в таком маленьком масштабе? Найдете ли вы в ближайшем будущем системы кондиционирования воздуха в персональных компьютерах, или компьютеры вообще нагреются настолько, что потребуются такие эффективные технологии? Если нет, то какие компьютерные микросхемы действительно нуждаются в кондиционировании?

,

Обзор методов пассивного отвода тепла на печатных платах | Блог

Вам когда-нибудь было так жарко, что вы думали, что можете растаять, как эскимо? Лето здесь, в SoCal, становится довольно жарким, и мне хочется, чтобы у меня было несколько заморозков. Когда я прихожу с работы домой, я люблю включать кондиционер и делать вид, что живу в иглу. Однако единственное, что хуже кипения на жаре, — это то, что все мои деньги испаряются на счетах за охлаждение.Другие люди используют другой подход к охлаждению; они используют геометрические формы или теплообменники для пассивного охлаждения своих домов. Я могу смеяться, когда вижу уродливый дом с геодезическим куполом, но владельцы — это те, кто сохраняет хладнокровие и свои деньги. Охлаждение вашей печатной платы может быть таким же раздражающим, как и охлаждение вашего дома. системы снижения температуры поглощают электроэнергию и занимают слишком много места. К счастью для нас, печатные платы также могут выиграть от пассивного охлаждения. Некоторые из основных методов охлаждения без мощности включают естественную конвекцию, теплораспределители и теплообменники.Существует даже новаторская технология охлаждения капель, которая может появиться в ближайшие несколько лет.

Преимущества Passive Over

Обычно я предпочитаю охлаждающую технику, например кондиционирование воздуха, пассивной технике, например обильному потоотделению. Проблема с охлаждением печатных плат заключается в том, что они обычно занимают слишком много энергии и слишком много места.

Использование энергии всегда кажется вам невыносимым. Я никогда не осознаю, что потратил несколько сотен долларов на охлаждение своего дома, пока не получу счет.То же самое происходит в схемах. Первичные ИС уже потребляют тонны ватт, так что кого это волнует, если вы установите вентилятор с низкой мощностью. Что ж, если ваше приложение низкое энергопотребление, дополнительное потребление может означать гораздо меньшее время автономной работы.

Некоторые дизайнеры имеют право использовать столько места, сколько им нужно. К сожалению, я не из их числа. В большинстве моих проектов космос — бесценный товар. Это означает, что мне нужно минимизировать занимающие пространство компоненты охлаждения, такие как вентиляторы, чтобы освободить место для контуров.

Пассивные системы охлаждения

используют природные явления для охлаждения плат, что означает, что для работы им больше не требуется энергия. Кроме того, они обычно меньше, чем системы, хотя это может варьироваться в зависимости от того, какой дизайн вы выберете.

Радиаторы выглядят круто и хорошо помогают поддерживать охлаждение печатной платы.

Пассивные системы охлаждения

Конечно, есть несколько других методов охлаждения, кроме тех, которые я здесь упомяну. Однако это одни из самых пугающих схем.

• Естественная конвекция / радиаторы — Естественная конвекция — это то, на что это похоже. Хотя для этого необязательно использовать радиаторы, они для этого хорошо подходят. При правильном расположении радиаторы могут использовать естественный воздушный поток для рассеивания тепла без использования электроэнергии. Если вы хотите разработать оптимальный радиатор, вам нужно будет вычислить несколько цифр, чтобы получить эффективный воздушный поток и минимизировать пограничный слой. Это решение чрезвычайно простое, но занимает больше места, чем другие пассивные подходы.

• Conduction and Radiation / Heat Spreaders — Если конвекция включает теплопередачу в жидкостях, излучение и теплопроводность имеют дело с твердыми телами. Обычно теплораспределители не являются основой вашего управления тепловым сопротивлением, а лишь усиливают его. По сути, любой кусок металла действует как рассеиватель тепла, поскольку он проводит тепловую энергию. Чтобы наилучшим образом использовать теплопроводность и излучение, вы должны попытаться направить как можно больше тепла на внешние слои вашей платы, где его можно будет излучать более эффективно.Вы можете использовать тепловые переходные отверстия для отвода тепла вместо электричества наружу многослойных плат. Большие плоскости питания и заземления также помогут рассеивать тепло, поскольку большие площади будут излучать более эффективно.

• Теплообменники — Теплообменники часто используются в обычных установках переменного тока. Они используют хладагент и цикл испарения / конденсации для передачи тепла от одной зоны к другой. В печатных платах есть два основных типа теплообменников: тепловые трубки и холодные пластины.Основное различие между ними — форм-фактор; тепловые трубки тонкие, а холодные пластины широкие. Такая система может быть очень маленькой и эффективно передавать тепло. У него также низкая вероятность отказа, поскольку это автономная система без механических компонентов.

• Капельное охлаждение — Этот экспериментальный вид охлаждения включает в себя тот же процесс, что и в теплообменниках. Основное отличие состоит в том, что жидкость в теплообменниках проходит относительно большое расстояние по горизонтали, тогда как здесь жидкость проходит небольшое расстояние по вертикали.Хорошая вещь в этой системе заключается в том, что она автоматически реагирует на горячие точки, которые могут образовываться на интегральных схемах (ИС). Кроме того, он может проводить и излучать тепловую энергию, как теплоотвод для рассеивания энергии, но с большим эффектом, поскольку он может проводить как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Вот что происходит, когда у вас нет никакого охлаждения.

Возможно, я не смогу помочь вам победить летнюю жару, но эти методы помогут вам охладить доски.Все эти пассивные процессы сохранят мощность вашей схемы и обычно занимают меньше места, чем система. Если вас беспокоят мощность и пространство, попробуйте одну из этих систем.

Теперь, когда у вас есть отличная система охлаждения, вам нужен материал для печатной платы. Если вы собираетесь разрабатывать платы, я бы порекомендовал вам использовать CircuitStudio®. Его множество продвинутых инструментов поможет вам сохранять спокойствие при создании макетов.

Есть еще вопросы по управлению термопрокладкой? Вызовите специалиста Altium.

,