Akustiska gränser inom värmehantering

1. Orsak och verkan: ljudeffekt och ljudtrycksnivå

Ljudeffektnivån fastställs för att kunna jämföra ljudeffekten hos olika enheter objektivt. I det här fallet är ljudeffekten den totala luftburna ljudenergin som avges av en ljudkälla per tidsenhet. Ljudtrycket är å andra sidan det våra öron uppfattar som buller. Ljudtrycket mäts i decibel (dB) och är resultatet av den ljudenergi ljudkällor avger, som överförs till en akustisk miljö och mäts i en specifik punkt.

2. Kombinera komponenter metodiskt: den akustiska designen

Den akustiska designen av ett system bör inledas tidigt i produktens utveckling. Två relevanta parametrar är särskilt viktiga här: en optimal design av höljet och lämpliga fläktar. När du designar höljet är målet att undvika hörn, kanter och smala kanaler eftersom sådana egenskaper genererar buller. I det här läget kan du även kontrollera om perforerad plåt eller trådnät för luftintag och utlopp ger bättre resultat. Vilken fläkt som passar bäst beror på installationsplatsen och luftmotståndet i hela systemet: det finns axiella, radiella och diagonala modeller när fläktens konstruktion ska dimensioneras. Bland annat beaktas även driftsläget och fläktsteget i den färdiga tillämpningen under konstruktionen.

3. Fokusområde: beakta systemet i sin arbetsmiljö

Fläktens buller beror på fläktarnas prestanda och deras varvtal, ju högre luftvolym och därmed lufttryck desto mer buller genereras av fläkten. Omvänt innebär det att du bara kan få en låg ljudnivå om du tar hänsyn till systemets maximala effektförlust, och om luftvolym och lufttryck minskas till de värden som krävs. Dessutom måste du även ta hänsyn till faktorer som skåpets, själva systemets eller höljets luftmotstånd. Luftmotståndet måste hållas så lågt som möjligt. Vi rekommenderar även att du använder ett fläktstyrsystem i tillämpningen. Ett sådant styrsystem justerar kylprestandan efter det aktuella behovet och ger stora bullerminskningar när belastningen är lägre.

4. Optimera temperaturskillnaden: maximal omgivningstemperatur och utloppstemperatur

Delta T (ΔT) definierar det tillåtna temperaturområdet från luftinloppet (omgivningstemperatur) till luftutloppet och har stor effekt på systemets energibehov. Du måste beakta följande frågor: Hur länge förväntas maxtemperaturen råda? Några sekunder, minuter, timmar eller dagar? Krävs full elektrisk effekt vid maxtemperaturen?

När du ska minska den kylningsrelaterade bullernivån är optimering av luftflödet genom systemet ett av de viktigaste faktorerna. Den här optimeringen börjar med instickskorten, som redan bör vara utformade med idealiska värmeegenskaper i åtanke. Det är bara om alla komponenter placeras perfekt som du kan minimera blockeringen av luftflödet. På nVent avgörs kylflänsens storlek, arkitektur och mått av modellsimuleringar när det termiska konceptet utvecklas. När systemen är monterade kan du dessutom dirigera luft till heta punkter genom att man stänga tomma öppningar genom frontpaneler med luftbafflar.

5. Alternativa kylkoncept: Hör du tystnaden – ledningskylda höljen

Beroende på tillämpning och plats passar olika typer av lösningar för energi- och bullereffektiv kylning. Ledningskylning används till exempel när kylningsprocessen inte får generera något buller eller några driftstopp på grund av defekta fläktar. De här kraven kan du uppfylla antingen med hjälp av en metallram (CCA – Conduction Cooled Assembly) på kretskortet, eller genom att helt omsluta kretskortet med två halvor av höljet (clamshell). De är i sin tur anslutna till kopparytor som förs in i kretskortet för kylning, och även direkt till ytan av de strömförbrukande komponenterna. Sedan överförs värmen från den heta punkten till CCA eller clamshell, och därifrån via en korthållare till höljet för avledning. Det behövs termisk pasta mellan de strömförbrukande komponenterna (processorer eller FPGA:er) och metallramen. Då får du god kontakt och kompenserar för eventuella toleranser. När du använder sådana kylmetoder, som utvecklats för laboratoriemiljöer, måste du dock tänka på att kylprestandan är betydligt lägre än med forcerad luftkylning. Med sådan kylning behöver du instickskort som är särskilt utvecklade för ledningskylning samt andra specialkomponenter. Den här typen av kylning är betydligt dyrare i inköp än luftkylda system.

6. Alternativa kylkoncept: Hög effektivitet – vätskekylning för modulära enheter

Även om det för tillfället inte är helt accepterat med vatten som kylmedium i tekniska miljöer måste vi ta upp två mycket effektiva kylningstekniker här: ledningskylda höljen med vattenkyld kylplatta och vätskekylning av heta punkter. Här används bland annat LFT (temperatur på lämnande vätska) och spraykylning, som dock endast kan användas för icke-ledande medier och därmed har ett begränsat antal användningsområden. De tillhörande maskinvarugränssnitten är snabbkopplingar samt droppfria och läckagefria ventiler. Om du använder de här två metoderna måste infrastrukturen vara förberedd på den här typen av kylningslösning. De initiala kostnaderna är dessutom ganska höga och de pumpar och ventiler som används genererar buller och måste monteras externt.

7. En fråga om prioriteringar: vilken kylningslösning passar bäst?

Om du ska få lägsta möjliga bullernivå måste du optimera alla delar av tillämpningen. Nyckeln är att hitta en lämplig kompromiss mellan den bullernivå som kan uppnås, kylprestandan och den tillgängliga budgeten. Vårt tips: utvärdera tillämpningen. Vilken prestanda krävs vanligtvis vid vilken temperatur och i vilken typ av miljö?

Våra experter erbjuder ett brett utbud av nVent SCHROFF maskinvarukomponenter, processer och tjänster för en energi- och bullereffektiv kylning av system och utrustning för test och mätning.