Spis treści:
W wyniku przepływu prądu elektrycznego w obwodach i układach elektrycznych i elektronicznych jako efekt uboczny powstaje ciepło. Z tego względu stosuje się radiatory, które znacznie zwiększą efektywność odprowadzania ciepła.
Dobór radiatora dla posiadaczy komputerów, elektroników i makerów
Artykuł opisuje szczegóły techniczne i różnice pomiędzy radiatorami aluminiowymi i miedzianymi przeznaczonymi do chłodzenia procesorów komputerowych.
Jakie czynniki są decydujące w wyborze radiatora?
Jak wybrać radiator? Problem wyboru radiatora zależy od wielu czynników związanych z konstrukcją układu chłodzenia. Pośród tych czynników należy z pewnością wymienić:
- łączny koszt instalacji chłodzenia,
- sposób montażu płytek PCB (wzdłużny lub poprzeczny),
- maksymalne obciążenie mechaniczne elementu chłodzonego (np. procesora),
- obszar wolnej przestrzeni wokół strefy montażu radiatora,
- maksymalny przepływ powietrza w strefie elementu chłodzonego i poza nią,
- wymiary elementu chłodzonego,
- najwyższą temperaturę pracy elementów urządzenia, która nie spowoduje odczuwalnego pogorszenia efektywności jego działania objawiającego się zacinaniem się obrazu w grach komputerowych czy podczas odtwarzania filmów.
Materiał wykonania radiatora a przewodność cieplna
Oprócz wymienionych wyżej czynników konstrukcyjnych bardzo istotną rolę w procesie oddawania ciepła pełni materiał wykonania radiatora. Najbardziej popularnymi materiałami na radiatory, są aluminium i miedź. Zauważalna różnica pomiędzy tymi metalami tkwi już w samej przewodności cieplnej, która dla aluminium wynosi 200W/mk, a dla miedzi ok. 370W/mk. Taka własność wynika m.in. z tego, że miedź ma ponad trzykrotnie wyższą gęstość względem aluminium i wynosi ona 8940kg/m3.
Jest to także powód, dla którego radiatory miedziane są nawet trzykrotnie droższe od aluminiowych przy zachowaniu takich samych wymiarów. Choć miedź wykazuje wyższą przewodność cieplną względem aluminium z powodu wyższej gęstości, ma to niestety także skutek uboczny w postaci zwiększonej masy radiatora. Jest to niekorzystne, ponieważ im cięższy radiator, tym większe naprężenie mechaniczne będzie on wprowadzał do konstrukcji, a przy nieprawidłowym montażu może nawet spowodować uszkodzenie elementu chłodzonego (np. procesora).
Dodatkową składową, która poważnie wpływa na przewodność cieplną, jest pasta, klej termoprzewodzący lub termopady samoprzylepne. Im lepszą pastę termoprzewodzącą wybierzemy, tym lepiej będziemy mogli odprowadzać ciepło pomiędzy procesorem a radiatorem.
Chłodzenie pasywne a chłodzenie aktywne
Oprócz parametrów cieplnych i mechanicznych użytego radiatora, na wydajność chłodzenia wpływa także konstrukcja pozostałych elementów układu chłodzenia. Pod tym względem rozróżniamy chłodzenie pasywne i aktywne. Chłodzenie pasywne polega na rozpraszaniu ciepła na radiatorze i odprowadzaniu go do otoczenia wskutek naturalnie wymuszonego ruchu powietrza. Natomiast w przypadku chłodzenia aktywnego, ruch powietrza jest sztucznie wymuszany poprzez wspomaganie dodatkowym wentylatorem chłodzącym. Chłodzenie aktywne zapewnia znacznie bardziej efektywne odprowadzanie ciepła i dlatego jest powszechnie wykorzystywane w komputerach i innych urządzeniach elektronicznych, gdzie układy scalone i inne elementy znacznie się nagrzewają podczas pracy.
Geometria radiatora
Nie bez znaczenia ze względu na efektywność oddawania ciepła do atmosfery jest także geometria radiatora. Typowo radiator zbudowany jest z podstawy przylegającej do elementu chłodzonego oraz z żeber zespolonych z podstawą w sposób równoległy lub prostopadły. Pojedyncze żebra chłodzące mogą mieć zróżnicowane kształty – prostokątne, trapezowe, czy też z profilem zaokrąglonym – z uwzględnieniem, aby ich krawędzie nie były zbyt ostre, by zmniejszyć ryzyko skaleczenia przy czynnościach montażowo-serwisowych. Im większa powierzchnia radiatora, tym bardziej korzystna wymiana cieplna z otoczeniem.
Dobry kompromis: radiator aluminiowo-miedziany
Przeprowadzone porównanie wykazało, że aluminium jak i miedź posiadają swoje zalety, które przemawiają za ich stosowaniem jako surowców w produkcji radiatorów, choć nie są one wolne od wad. Najlepszy rezultat możemy uzyskać łącząc ze sobą zalety tych materiałów, używając ich razem w jednej konstrukcji. W tym celu, najlepiej jest zaprojektować radiator, którego podstawa jest miedziana, a żebra chłodzące są wykonane z aluminium.
W takim rozwiązaniu podstawa radiatora z miedzi ma styk z komponentem chłodzonym, gdzie wartość ciepła jest najwyższa, a dzięki szybkiej absorpcji ciepła przez miedź łatwiej przeprowadzić energię cieplną do żeber radiatora. Dodatkowo odprowadzanie ciepła możemy zwiększyć powlekając miedzianą podstawę warstwą niklu. Taki radiator nadal bardzo efektywnie odprowadza ciepło, a przy tym jego masa zostaje znacznie obniżona dzięki zastosowaniu aluminiowych żeber.
