Ця робота була надіслана на наш "Безстроковий" конкурс статей .
Від правильного вибору корпусних вентиляторів залежить не тільки ефективність охолодження нутрощів корпусу, а й (що часто навіть більш важливо) рівень шуму. Особливо великий простір для творчості при самостійній врізки вентилятора в корпус або їх установці в наворочених корпусах, в яких є місце під 5-6 вентиляторів. Загальний принцип їх установки досить простий (див. Мою статтю "Вентиляція корпусів - міфи і реальність" ). Якщо є кілька вентиляторів і потрібно з їх допомогою отримати максимальний повітрообмін, вони всі повинні працювати в одну сторону (для корпусів типу тауер, як правило, на видув), при цьому повинен бути забезпечений вільний доступ зовнішнього повітря в корпус (тобто достатня площа вентиляційних отворів, співмірна з ефективною площею вентиляторів). У цій статті я спочатку спробую дати короткий FAQ по вентиляторів, потім більш детально опишу методику вибору "з цифрами в руках".
Які бувають вентилятори
У корпусах використовуються вентилятори діаметром 80, 92 і 120 мм. Кожен розмір має кілька модифікацій по потужності (і, відповідно, по продуктивності). Для прикладу дан асортимент вентиляторів Evercool.
МодельДіаметрn об / хвШумQ максПотужністьСтрум
8025L 80 2000 23 25 CFM 1 0.08 8025M 80 2500 25 32 CFM 1.3 0.11 8025H 80 3000 27 37 CFM 1.9 0.16 9225L 92 1800 24 30 CFM 1.1 0.07 9225M 92 2200 26 38 CFM 1.8 0.15 9225H 92 2600 28 48 CFM 2.5 0.21 12025L 120 1800 29 71 CFM 3 0.25 12025M 120 2000 30 79 CFM 3.36 0.28 12025H 120 2200 32 85 CFM 4 0.33
Ми бачимо, що для кожного розміру є три модифікації (в порядку збільшення оборотів і потужності) - L, M, H. Найбільш поширеною є серія M - вона забезпечує найкраще співвідношення між продуктивністю і шумом. Неважко здогадатися, що перші дві-три цифри позначають діаметр, а наступні дві висоту. До речі, діаметр вимірюється як розмір сторони "квадрата", реальний діаметр крильчатки на 5-10 мм менше.
Вибравши потрібний вентилятор з таблиці, перед походом в магазин випишіть споживаний їм струм (або потужність), тому що на ціннику продавці зазвичай вказують лише діаметр, нічого не кажучи про продуктивність. А струм або потужність завжди написані на наклейці вентилятора, тому помилитися буде важко (особливо якщо доведеться купувати вентилятор іншої фірми, у якій своя система позначень і своя лінійка вентиляторів).
Основною характеристикою вентилятора є продуктивність (витрата повітря) Q, яка вимірюється в CFM (кубічних футів за хвилину). Відомості про неї зазвичай є на сайті виробника, а іноді і на самому вентиляторі. Однак це максимальна продуктивність в режимі "настільного вентилятора", при установці в корпус вона впаде. Також вентилятор характеризується створюваним напором (тиском), швидкістю повітряного потоку, шумом, споживаної потужністю, особливостями конструкції і деякими іншими менш значущими деталями. З цих характеристик зазвичай вказують шум (правда, в якихось "китайських децибелах", при реальних вимірах він зазвичай виявляється набагато більше), іноді вказують натиск, а швидкість потоку легко обчислити, розділивши продуктивність на ефективну площу.
Короткий FAQ для тих, кому ліньки дочитати статтю до кінця
Тут я дам тези і рекомендації загального характеру. Деякі йдуть з аналізу таблиці характеристик, обгрунтування іншим буде в кінці статті.
- Чим більше натиск вентилятора, тим менше падає його продуктивність при установці в корпус.
- Максимальна продуктивність і напір прямо пропорційні оборотам.
- Обороти прямо пропорційні напрузі.
- При однаковій максимальної продуктивності - натиск, швидкість потоку і потужність будуть менше, а ККД більше:
- у вентилятора більшого діаметра в порівнянні з більш швидкохідних меншого діаметру;
- у декількох паралельно включених вентиляторів на знижених оборотах в порівнянні з одним таким же на підвищених;
- у одного вентилятора великого діаметру в порівнянні з декількома паралельно включеними меншого діаметру;
- у осьового вентилятора в порівнянні з відцентровим (бловером).
- При рівній максимальній продуктивності:
- вентилятор більшого діаметра помітно тихіше, ніж швидкохідний вентилятор меншого діаметру;
- два паралельно включених вентилятора на знижених оборотах набагато тихіше, ніж один такий же на підвищених обертах;
- два паралельно включених вентилятора можуть бути як тихіше, так і голосніше, ніж один більшого діаметра.
Розрахунок вентиляції корпусу
Спочатку розраховуємо необхідний об'єм повітря, який потрібно прокачати через корпус. Вихідною формулою служить рівняння теплового балансу за умови, що теплопередачей через стінки нехтуємо:
N = Q * C * P * (Tвнутр-tнар), де
N-потужність системи (якщо вентилятор БП працює на вдув, сюди треба додати близько 50Вт тепловиділення в ньому); Q - витрата; C - теплоємність повітря; P - щільність повітря; T - температура (внутрішня і зовнішня відповідно).
Звідси після підстановки значень С, P і перекладу Q з кубометрів в секунду в CFM отримуємо формулу для практичного використання:
Q = 1,8N / (Твнутр-Тнар)
Ця формула наближена, оскільки теплоємність і щільність повітря залежать від тиску і температури, а вони нам точно невідомі.
Потужність системи отримують або підсумовуванням потужності компонентів, або просто оцінкою. Для середньої сучасної системи ця потужність буде 150-200 Вт, для "навороченной" і розігнаної - близько 250 Вт. Основний "грубкою" є процесор, дані по його потужності можна знайти на сайтах виробників або в численних оглядових статтях. При розгоні з підняттям напруги вважаємо, що потужність пропорційна квадрату напруги (наприклад, при збільшенні напруги з 1,6 до 1,75В потужність збільшиться на 20% при тій же частоті).
Треба мати на увазі, що в формулу входить "середня температура по лікарні", тобто температура за умови ідеального перемішування повітря по всьому об'єму. Насправді такого не буває, в залежності від напрямку потоків і тепловиділення конкретних пристроїв десь температура буде вище, а десь нижче середньої. Причому локальне підвищення температури буде якраз поблизу найгарячіших елементів, заради яких ми, власне, цю вентиляцію і затіяли. Тому досить ефективне застосування воздуховодов, що з'єднують вхід кулера (наприклад, процесорного) безпосередньо з зовнішнім середовищем або його вихід з витяжним вентилятором. У першому випадку температура процесора не буде залежати від температури в корпусі, в другому температура в корпусі не буде залежати від тепловиділення процесора.
Робоча характеристика вентилятора
Робоча (видаткова, напірна) характеристика вентилятора - це залежність витрати від напору. Чим більше напір (протитиск в корпусі або місцеві втрати, наприклад в повітроводі), тим менше буде витрата. Багато таких характеристик є, наприклад, на сайті www.evercool.com (Тому я і взяв для прикладу вентилятори саме цієї фірми). Подібну характеристику можна побудувати і для корпусу, тільки там все навпаки - чим більший тиск, тим більше буде витрата через вентиляційні отвори. Наклавши одну характеристику на іншу, в точці їх перетину отримуємо робочу точку вентилятора, яка ніколи реальний витрата при установці вентилятора в даний корпус.
На цьому малюнку представлені характеристики 120-мм вентиляторів, також для порівняння дана характеристика найпотужнішого з 92-мм вентиляторів (до речі, по шуму він приблизно дорівнює самому слабкому через 120-мм агрегатів). Зеленим кольором показані розрахункові характеристики корпусів: світла - характеристика "середнього" корпусу без переробок (але з заглушеним отвором під додатковий вентилятор на задній стінці, якщо він там не встановлений), темна - характеристика цього корпусу зі збільшеною вдвічі площею вентиляційних отворів (як цього домогтися , див. статтю "Вентиляція корпусів - міфи і реальність" ).
Припустимо, корпус охолоджується тільки одним вентилятором БП, і потрібно вибрати, який вентилятор для цього краще підходить (це цілком життєве завдання для власників десктопів і Тауер з бічним розташуванням БП). Ми бачимо, що максимальна продуктивність у 120-мм вентиляторів висока, але вона швидко падає з ростом напору, і в певний момент вперед виривається 92-мм вентилятор. У стандартному корпусі він лише трохи поступається самому потужному з 120-мм (точки 1 і 2), помітно випереджаючи два інших (точки 3,4). У порівнянні з равношумним 12025L 92-мм вентилятор забезпечує на чверть велику продуктивність (27 CFM проти 22 CFM), а в порівнянні з близьким по продуктивності 12025H "малюк" на 4 дБА (в півтора рази) тихіше. Очевидно, що в даному випадку 92-мм вентилятор виглядає краще, ніж будь-який з 120-мм.
Тепер відкриємо слоти або збільшимо площу вентиляційних отворів яким-небудь іншим способом (характеристикою корпусу стане темно-зелена крива). Видно, що цей захід для самого слабкого 120-мм вентилятора ефективніше (точки 3> 5), ніж його заміна на найсильніший без змін корпусу (точки 3> 2). Незважаючи на помітну прибавку (близько 60%), продуктивність 120-мм вентиляторів все одно залишається вдвічі менше максимальної, в той час як у їх 92-мм колеги вона майже досягла піку (зауважу, що і в цьому випадку він залишається продуктивніше "молодших" 120-мм). Тепер уже реально забезпечити витрата в 40-45 CFM, чого цілком достатньо для гарного охолодження помірно розігнаної системи. Таким чином, і в цьому випадку 92-мм "карлсон" залишається оптимальним вибором по співвідношенню продуктивність / шум, не кажучи вже про ціну. Використання 120-мм вентилятора виправдано тільки в тому випадку, якщо ще більше збільшити площу вентиляційних отворів (наприклад, відкриванням вільного 5-дюймового відсіку, пунктирна лінія на графіку).
Паралельне і послідовне включення вентиляторів
При паралельному включенні вентиляторів (тобто коли вони всі працюють в одну сторону) їх витрати складаються. При послідовному включенні (коли один працює на вдув, другий на видув або вони встановлені один за одним, наприклад в деяких БП) складаються їх напори. Для ілюстрації на рис.3 показані характеристики вентилятора 9225M (червона лінія), двох таких же вентиляторів при послідовному (синя лінія) і паралельному (коричнева лінія) включенні.
Сформулюємо ще одну типову задачу. Є стандартний корпус з двома отворами під додаткові вентилятори: одне на задній стінці (на видув), друге на передній (на вдув). У БП встановлений вентилятор 9225М, необхідно установкою ще одного такого ж забезпечити найбільше зниження температури в корпусі.
Спочатку знайдемо витрата в вихідному корпусі, він дорівнює 24 CFM (точка 1). Додавання переднього (точка 5) вентилятора додає 5 CFM, а заднього (точка 4) 4 CFM. Тобто передній вентилятор (рідкісний випадок!) Виявляється навіть ефективніше заднього, але абсолютна надбавка все одно мізерна. До речі, якщо передній вентилятор закритий розвиненою декоративними гратами (що швидше за правило, ніж виняток), через втрати напору в ній він швидше за все поступиться заднього.
Тепер відкриємо слоти в корпусі. Без додаткового вентилятора надбавка буде 11 CFM (це вдвічі більше, ніж при установці другого вентилятора в вихідний корпус, точка 2), установка переднього вентилятора практично нічого не дає (точка 3), а установка заднього (точка 6) додасть 22 CFM до вихідного. Останній варіант дає найбільшу прибавку, фактично подвоюючи вихідний витрата. Така конфігурація виявляється трохи ефективніше і тихіше на 3 дБА, ніж установка найпотужнішого 120-мм вентилятора "в гордій самоті". Можливості для подальшого поліпшення вентиляції треба шукати, як і в першому прикладі, на шляху збільшення площі вентиляційних отворів.
На закінчення подивимося, що дає улюблена розвага "самоделкиних" - врізка 120-мм вентилятора на вдув в бічну стінку. З точки зору вентиляції цей захід має два наслідки. По-перше, додається новий послідовно включений вентилятор, його характеристика (в сумі з наявною парою 9225М на видув) показана на рис.3 коричневої штриховий лінією. По-друге, в корпусі з'являється нова діра неабиякого розміру, і тепер корпус вже описується на тому ж малюнку штриховий зеленою лінією. На їх перетині (точка 10) знаходимо витрата-75 CFM. Підставивши це значення в формулу, отримаємо падіння температури - 4-5 градусів. А якщо цей вентилятор вимкнути? Тоді ми подорожуємо у точку 9, витрата падає на 10%, а температура в корпусі виросте (о жах!) Аж на півградуса. Іншими словами, ефект від діри тут набагато більше, ніж від стоїть в ній вентилятора. Правда, вентилятор зазвичай дме на процесор, забезпечуючи його свіжим повітрям, тому підвищення температури процесора при виключенні вентилятора буде більш помітним. Однак для цієї мети цілком вистачить і самого слабкого з 120-мм вентиляторів (особливо якщо забезпечити його хоча б коротким воздуховодом), свої вуха теж треба поберегти.
Володимир Куваєв aka kv1