РадиоЛоцман - Все об электронике

Вентилятор охлаждения: тянуть или толкать?

Bill Schweber

EDN

Хотя все мы предпочли бы непринудительное охлаждение с естественной конвекцией, многие конструкции и установки просто не могут должным образом охлаждаться из-за низкого уровня и неопределенности воздушного потока, которые обеспечивает этот недорогой и надежный подход. Поэтому очень часто используют один или несколько вентиляторов, нагнетающих воздух с известным объемом и скоростью через корпус или шасси для необходимой тепловой разгрузки нагревающихся микросхем, резисторов, двигателей и других компонентов.

Таким образом, возникает очевидный вопрос, что лучше: использовать вентилятор для подачи свежего воздуха в охлаждаемый блок, создавая в нем избыточное давление, или поставить вентилятор со стороны выпуска и вытягивать через него нагретый воздух, создавая разрежение давления. Если посмотреть на Рисунок 1, этот вопрос покажется достаточно простым, и ответ на него также должен быть простым.

Неясно, что лучше: нагнетать охлаждающий воздух в корпус или вытягивать из него теплый воздух, и это может не иметь никакого значения.
Рисунок 1. Неясно, что лучше: нагнетать охлаждающий воздух в
корпус или вытягивать из него теплый воздух, и это
может не иметь никакого значения.

Обратите внимание, что ответ не имеет никакого отношения к тому, как избежать очевидных ошибок, таких как расположение впускных или выпускных отверстий для воздушного потока, при котором они могут быть заблокированы столешницей, близко расположенными корпусами или даже стенкой шкафа. Наоборот, мы имеем в виду чистые, незаблокированные порты, как на входе, так и на выходе воздушного потока.

Однозначного ответа нет

Оказывается, на этот скромный вопрос нет однозначного ответа. Вместо этого есть два в чем-то противоречивых утверждения: первое – это действительно не имеет значения, второе – это зависит от обстоятельств. Если этого недостаточно, чтобы сбить с толку разработчика, который просто хочет обеспечить достаточный воздушный поток и хочет быть уверенным, что преимущества добавления вентилятора для принудительного охлаждения не теряются зря, – тогда я и не знаю, что еще тут можно сказать.

Позвольте мне объяснить. Я провел небольшое исследование, касающееся принудительного воздушного охлаждения с использованием вентиляторов, и на удивление не нашел ничего не только в официальных академических журналах, но даже в менее формальных студенческих рефератах и проектах. Это было неожиданно. Все, что я обнаружил – это то, что эту проблему исследовали многие геймеры и оверклокеры.

В этом нет ничего удивительного, поскольку именно они очень сильно нагружают свои системы, увеличивая тактовые частоты и, следовательно, температуру. (И давайте о широко используемым ими жидкостным охлаждении здесь говорить не будем). Их отчеты и блоги варьировались от сложных «предположений» до реальных тестов.

Их вывод: на самом деле это не имеет значения, поскольку разница, если таковая и была, очень незначительна. Конечно, важно иметь в виду, что даже для тех, кто проводил тесты на своем оборудовании, результаты действительны лишь для конкретной физической конфигурации железа и не обязательно должны обобщаться на более широкий круг оборудования.

Почему это может иметь значение? Не из-за пути, по которому идет воздушный поток, и не из-за эффективности, а из-за очень практической причины – скопления пыли на защитной решетке (если она есть) и на лопастях вентилятора. В зависимости от физического расположения вентилятора и пути прохождения воздушного потока, когда воздух нагнетается вентилятором из передней части, пыль в той или иной степени накапливается на решетке и лопастях. В результате поток воздуха уменьшается: от нескольких процентов, если пыль оседает на краях лопастей, до двузначного числа, если забивается решетка.

Напротив, если вентилятор находится в выпускном отверстии блока и вытягивает через него воздух, пыль с большей вероятностью будет накапливаться на внутренних компонентах, и не будет препятствовать потоку воздуха через впускные отверстия. Но, как и в большинстве конструкторских проблем, этот выбор требует компромисса: та же самая пыль может оседать на компонентах, нуждающихся в охлаждении, и образовывать вокруг них изолирующее покрытие. Это увеличивает тепловое сопротивление между компонентом и проходящим воздухом и снижает в этих местах эффективность охлаждения.

Три рекомендации по конструкции

Итак, что лучше: чтобы пыль собиралась на лопастях вентилятора и решетке или на компонентах, которые нуждаются в охлаждении? Следующей моей мыслью было: можно ли смоделировать ситуацию с воздушным потоком: втягивать или вытягивать? Вроде бы, нет причин, по которым этого сделать нельзя, но я не смог найти никого, кто бы это сделал и опубликовал результаты. Даже у поставщиков приложений для теплового моделирования не было ничего, что я мог бы найти по этой теме, что довольно удивительно.

Отсюда можно сделать три вывода:

  • Во-первых, в отношении того, втягивать или вытягивать, делайте все, что вам удобно, если у вас нет убедительных доказательств того, что один подход лучше другого. Поскольку окончательного общего ответа нет.
     
  • Во-вторых, кто-то мог бы преуспеть, ища какие-то гранты для изучения проблемы; должен же где-то быть кто-то, кто поддержал бы такие исследования. Это может быть поставщик САПР теплового моделирования, поставщик вентиляторов или, возможно, Министерство обороны, потому что охлаждение – большая проблема для военных.
     
  • В-третьих, подумайте о том, что делают многие геймеры. Они устанавливают вентиляторы на обоих концах пути воздушного потока, один из которых вытягивает, а другой втягивает. Таким образом, вам не придется беспокоиться о том, сделали ли вы правильный выбор, и одновременно увеличили бы воздушный поток и его охлаждающее действие. Еще лучше то, что суммарный шум от двух вентиляторов не воспринимается вдвое громче, чем шум от одного, так как увеличение составляет всего 3 дБ и лишь едва заметно. Это во многих отношениях беспроигрышное решение.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Fan airflow in cooling designs: push or pull?

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • По поводу пыли, то лучше иметь нагнетание холодного воздуха через фильтр. Измеряя разницу в давлении до и после фильтра (дифференциальный метод, так как разница может составлять буквально 3-4 мм водяного столба), можно определить необходимость замены фильтра.
  • По-моему, это вопрос из серии: "что лучше - переднеприводный автомобиль или заднеприводный" ? Однозначного ответа нет. Как говорится, "одной нравится шампанское, а другой - офицеры" :)
  • ИМХО если рассматривать девайс как черный ящик, то нет разницы толкать или тянуть. А вот если смотреть на потоки холодного и теплого воздуха по конкретным конструктивным элементам, то один из вариантов может оказаться предпочтительнее.
  • Хорошая мысль, только геморройно это. Я просто снимаю декоративную решетку и смотрю, сколько пыли на фильтре. Если пыли много, то жду еще месяца два, пока ее не станет очень много :-)
  • Вот еще что вспомнил. Года три назад встала проблема улучшения охлаждения частотников в закрытом ящике. Появилась заманчивая идея заменить штатный толстый вентилятор двумя потоньше из расчета, что два вентилятора дадут прирост потока в 1,5 раза. Однако дальнейшее изучение вопроса в инете показало, что последовательное включение двух вентиляторов в одной трубе не имеет смысла, т.к. будет работать только один, а второй - крутиться вхолостую. Если исходить из этого правила и считать корпус компа герметичным, то работа вентиляторов и на впуск и на выпуск может быть полезной разве что в виде горячего резервирования.
  • И не герметичный он, и совсем не труба. И вентилятор в БП в любом случае работает на вытяжку. Если не добавлять вентиляторов на вдув, то пыль забивает радиаторы, платы, щели, включая разъемы. У меня избыточное давление в корпусе создают два вентилятора, через фильтры.
  • Вот неплохое поучительное видео про парней из Puget Systems, которые собирают кастомные системники, например для фотошопа или видео рендеринга. К вопросу охлаждения подход серьезный, т.к. миллионные обороты, репутация и т.д. Видео длинное, но вот фрагмент к вопросу о вентиляторах и радиаторах. [url]https://youtu.be/ph-uq_B5TSI?t=4644[/url]
  • Насколько я понял из субтитров, речь в ролике идет об организации потоков воздуха для охлаждения сильно теплонагруженных узлов внутри корпуса компа.
  • Да, именно потоков воздуха. При этом в корпусе компьютера, вокруг которого крутится паренек с тепловизором, множество вентиляторов, часть которых "тянет", а часть "толкает". Наиболее примечательным кажется момент с радиаторами охлаждения процессоров (их два многоядерных), на которых соосно установлено по два вентилятора, один на вход, другой на выход. А затем, что интересно, подогретый первым процессором воздух проходит через радиатор второго процессор. И средняя температура второго процессора, очевидно, заметно выше первого. Но такой вариант охлаждения оказался оптимальным. Они могли выбрать и другую схему охлаждения, но поступили именно так. Причем делают все, как я понял, эмпирическим путём. Поскольку сами-то не изготавливают ни системные блоки, ни материнские платы. А значит, количество вариантов организации воздушных систем охлаждения ограничено. Вот и "тянут", и "толкают". Вопрос пыли, считаю, вторичен. Важно не допустить перегрева с сохранением приемлемого уровня шума.
  • Насколько я понимаю, если эти вентиляторы одинаковые, то только вентилятор на входе работает на охлаждение радиатора, а второй обеспечивает направление отвода от него нагретого воздуха. Иными словами, два одинаковых вентилятора на одной оси не обеспечивают в два раза лучшее охлаждение радиатора.
  • А разве кто-то говорил о двукратном повышении эффективности? Очевидно, что смыл подобных систем (и задача вторичного вентилятора) - это собрать воедино [B]турбулентный газовый поток[/B], в данном случае воздуха, прошедший через обрешетку радиатора. Иначе за радиатором будет присутствовать зона вихрей. Просто направлять дальше (именно направлять) такой поток проблематично и неэффективно. Собственно, подобные задачи можно разрешить эмпирически, а можно посчитать в [URL="https://www.cadfem-cis.ru/products/ansys/fluids/fluent/"]Ansys Fluent[/URL], а лучше [URL="https://www.cadfem-cis.ru/products/ansys/fluids/cfx/"]Ansys CFX[/URL]. Это если Вы действительно зададитесь целью выяснить все до конца. В этом свете кажется необоснованным заявление поскольку всё же нужно апеллировать к газодинамике (тут - внутри корпуса), а не "правилам из инета". Но это более научный подход, если что простите за прямоту.
  • [b]antonydublin[/b], я так думаю, что появление жидкостных систем охлаждения для компа - не каприз, а реальная альтернатива "вентиляционным" методам, типа показанных в ролике. По крайней мере, я согласен с Вами, что подача нагретого одним процессором воздуха на охлаждение другого - это нонсенс. С другой стороны, для того чтобы организовать правильное воздушное охлаждение системы, первым делом нужен жестянщик для изготовления воздуховодов, а не электронщик.
  • А я и руководствовался не ютубом, а статьями от к.т.н с таблицами, графиками, формулами и расчетами. В результате были приобретены модерновые вентиляторы большой мощности по цене более 1000 руб.\шт. Этот вентилятор отлично встал на саморезы на верхнюю крышку частотника, а нижний штатный вентилятор был удален и положен в сейф завпроизводства как ЗИП если вдруг верхний сдохнет. То есть была произведена замена толкающего вентилятора на более мощный тянущий, при этом замена толкающего на тянущий была выбрана исключительно [U]из конструктивных соображений. [/U] Пока полет нормальный, проблема ушла.
  • Это еще смотря где расположено устройство которое обдувается и есть ли фильтр на входе. Расскажу про свой случай. Работаю сисадмином. По карте ТО каждые пол года положено продувать системник(не ноут, обычный системник) от пыли. Практически все системники стояли в офисных столах внизу. Редко когда на столе. И пыли там было просто капец сколько! Прикинув размножательный орган к обонятельному понял - в блоках питания воздух выдувается наружу, а "свежий" воздух засасывается через все возможные и невозможные щели, причем с самых нижних точек, где пыли больше всего. Начал "разворачивать" вентиляторы в БП на вдув в корпус. И через пол года пыли в системниках практически не было! Вот такая вот, блин, вечная молодость!
  • [b]mahovik[/b], я правильно понял, что Вы БП компа использовали как подогреватель процессора, видеокарты и винтов?
  • умом не слАвен, но имею мнение - в средней азии -out, в средней Якутии - in.
  • Вот это по нашему! А если подождать еще года 2...3, будет уже не пыль, а "грунт", удалять проще - срезал ножом и выбросил. (шутка).
  • Ну конечно!!!))))) Ведь от этого вреда гораздо больше чем от пыли которая всего-навсего не дает процессору(памяти, винтам, видяхе) охлаждаться, и (какая мелочь!) может создать КЗ...
  • Я именно к этому пришел! у меня стоят фильтры, которые мою раз в полгода. соответственно нужен приток воздуха через фильтры. и обратить внимание откуда идет забор воздуха: если снизу корпуса, там много пыли, но воздух холоднее, а если сверху, там воздух согрет выдувом через все щели. Также есть вариант прогон воздуха через весь корпус, эффективность еще выше, проверено. единственное-кто стоит в конце потока, тот и больше согреется(а как вы думали...), например тот же самый hdd, может дойти до 50 градусов в активном режиме. тут надо продумать его охлаждение, возможно искать подсос свежего воздуха через переднюю стенку с установкой дефлектора(Колхоз, а как же...).
Полный вариант обсуждения »