Limites acoustiques dans le cadre de la gestion thermique

1. Cause et effet : puissance acoustique et niveau de pression sonore

Le niveau de puissance acoustique est déterminé afin de permettre une comparaison objective de la puissance acoustique de différents appareils. Dans ce cas, la puissance acoustique correspond à l'énergie acoustique totale émise par une source sonore par unité de temps. La pression sonore correspond quant à elle ce que nos oreilles perçoivent comme du bruit. La pression sonore est mesurée en décibels (dB). Elle est le résultat de l'énergie acoustique émise par des sources sonores, transmise dans un environnement acoustique et mesurée à un emplacement spécifique.

2. Combiner les composants de façon méthodique : la conception acoustique

La conception acoustique de tout système doit commencer dès les premières étapes du développement d'un produit. Il y a deux paramètres importants à prendre en considération : une conception de coffret optimisée et la sélection d'un ventilateur adapté. Lors de la conception du coffret, il est essentiel d'éviter les coins, les bords et les conduits étroits, qui sont source de bruit. À ce stade, il est également important de déterminer si les ouvertures d'admission et d'échappement d'air doivent être réalisées en tôle perforée ou en treillis métallique pour des résultats optimaux. La conception du ventilateur dépend du site d'installation et de la résistance à l'air du système complet : des modèles axiaux, radiaux et diagonaux sont disponibles en option. Ils sont inclus dans le dimensionnement de la conception du ventilateur. Entre autres choses, le point de fonctionnement et l'adéquation avec l'application finale doivent également être pris en compte lors de la conception.

3. Point essentiel : prendre en considération l'environnement de fonctionnement du système

Le bruit des ventilateurs dépend des performances et de la vitesse de ventilation. Plus le volume d'air et la pression d'air qui en résulte sont élevés, plus un ventilateur est bruyant. Inversement, pour atteindre un faible niveau sonore, il faut prendre en compte l'influence de la perte de puissance maximale du système et limiter le volume d'air et la pression d'air aux valeurs minimales requises. La résistance à l'air de l'armoire, du système lui-même ou du coffret doit également être prise en considération. La résistance à l'air doit être aussi faible que possible. Nous recommandons également de prévoir un système de commande des ventilateurs. Un tel système ajuste les performances de refroidissement en fonction de la demande en temps réel et garantit une réduction significative du bruit à charge partielle.

4. Optimiser la différence de température : température ambiante maximale et température de sortie d'air

La plage de température autorisée entre l'entrée d'air (température ambiante) et la sortie d'air, appelée Delta T (ΔT), affecte de manière significative les besoins énergétiques du système. Les questions suivantes sont prises en compte dans le calcul : pendant combien de temps le système peut-il rester à la température maximale ? Des secondes, des minutes, des heures, des jours ? La puissance électrique maximale est-elle requise à la température maximale ?

L'optimisation du débit d'air dans le système est l'un des facteurs essentiels de réduction du niveau sonore lié au refroidissement. Cette optimisation commence par les cartes enfichables, qui doivent déjà être conçues pour assurer des performances thermiques optimales. Un positionnement parfait de l'ensemble des composants limite les obstructions du débit d'air. Chez nVent, la taille, l'architecture et les dimensions appropriées du dissipateur thermique sont déjà déterminées à l'aide de simulations au cours du développement du concept thermique. En outre, pendant l'assemblage des systèmes, l'acheminement de l'air vers les points chauds est déjà prévu en obturant les emplacements vides dans les faces avant à l'aide d'obturateurs d'air.

5. Concepts de refroidissement alternatifs : silence absolu – coffrets refroidis par conduction

En fonction de l'application et du site, différentes approches permettent d'obtenir un refroidissement discret et économe en énergie. Le refroidissement par conduction, par exemple, est utilisé lorsque le processus de refroidissement doit rester silencieux et que les temps d'arrêt dus à des pannes de ventilateurs doivent être évités. Pour ce faire, l'on peut soit utiliser un cadre métallique (modules CCA, refroidis par conduction), installé sur un circuit imprimé, soit enfermer complètement le circuit imprimé entre les deux moitiés du coffret (type coquille). Les deux versions sont ensuite reliées aux surfaces en cuivre insérées dans le circuit imprimé pour le refroidissement, ainsi qu'à la surface des composants qui consomment de l'énergie. La chaleur est alors transférée du point chaud au module CCA ou à la coquille, puis elle passe par un dispositif de maintien de carte et arrive enfin au coffret, où elle est dissipée. De la pâte thermique doit être appliquée entre les composants qui consomment de l'énergie (processeurs ou FPGA) et le cadre métallique. Cela garantit un bon contact et compense les tolérances éventuelles. Toutefois, en cas d'utilisation d'une telle méthode de refroidissement, développée pour un environnement de laboratoire, il convient de noter que les performances de refroidissement sont nettement inférieures à celles d'un refroidissement par air forcé. Ce type de refroidissement nécessite des cartes enfichables spécialement développées pour le refroidissement par conduction ainsi que d'autres composants spéciaux. Cette méthode est beaucoup plus coûteuse à l'achat que les systèmes refroidis par air.

6. Concepts de refroidissement alternatifs : rendement élevé – solution de refroidissement par liquide pour appareils modulaires

Bien que l'utilisation d'eau pour le refroidissement ne fasse pas encore l'unanimité dans les environnements techniques, les deux technologies suivantes assurent un refroidissement très économe en énergie : les coffrets refroidis par conduction avec une plaque de refroidissement refroidie par eau et le refroidissement liquide des points chauds. Ces méthodes incluent la température du liquide de sortie et le refroidissement par pulvérisation qui, toutefois, n'est possible qu'avec des fluides non conducteurs et, par conséquent, est adapté à un nombre limité d'applications. Les interfaces matérielles associées sont constituées de connecteurs rapides et de vannes anti-fuite et anti-goutte. Avant d'utiliser l'une de ces deux méthodes, vous devez vous assurer que l'infrastructure est adaptée. En outre, les coûts initiaux sont assez élevés, et les pompes et vannes utilisées sont bruyantes et doivent être installées à l'extérieur.

7. Une question de priorités : quelle est la solution de refroidissement qui convient le mieux ?

Afin d'atteindre le niveau acoustique le plus bas possible, il est indispensable d'optimiser tous les éléments de l'application dans son ensemble. La clé est de trouver un compromis acceptable entre le niveau acoustique pouvant être atteint, la puissance de refroidissement et le budget disponible à cet effet. Notre conseil : évaluez l'application. Quelles sont les performances requises, à quelle température et dans quel type d'environnement ?

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