Корпуса из листового металла защищают важную электронику. Однако они также могут задерживать тепло. Когда теплу некуда деваться, внутренняя температура может быстро повыситься. Такое повышение может привести к дросселированию, внезапным перезагрузкам или сокращению срока службы компонентов. Многие инженеры следуют простому правилу: каждые лишние 10 °C могут сократить срок службы компонента вдвое.
Именно поэтому вентиляция является ключевым элементом конструкции корпуса. Это не косметический выбор. Эффективное планирование воздушного потока помогает поддерживать стабильную температуру. Оно также способствует стабильной работе и увеличению срока службы. Во многих случаях это даже повышает безопасность всей системы.
В этом руководстве описаны практические методы добавления вентиляции к корпусам из листового металла. Каждый метод был проверен в реальных проектах. Эти идеи позволят инженерам разработать экономичные и простые пути воздушного потока для промышленных, коммерческих и наружных применений.
Почему вентиляция имеет решающее значение для корпусов из листового металла?
При проектировании шкафа из листового металла основное внимание уделяется размерам, монтажу и отделке поверхности. Однако вентиляция не менее важна. Электронные детали выделяют тепло, и этому теплу необходим свободный путь для выхода из корпуса. Один лишь цельный металл с этим не справится.
Нарастание тепла может казаться медленным, но его влияние становится заметным быстро. Устройство мощностью 20-30 Вт в герметичном корпусе может повысить внутреннюю температуру на 15-25 °C. Такое повышение может сократить срок службы компонентов, снизить производительность или даже привести к отключению. Хорошая вентиляция позволяет поддерживать стабильную температуру. Она также снижает частоту отказов и обеспечивает более безопасное длительное использование.
Варианты пассивной вентиляции
Пассивный воздушный поток основан на естественном движении воздуха, а не на использовании вентиляторов. Он хорошо работает при умеренных тепловых нагрузках и стабильных условиях установки. Ниже приведены три стандартных пассивных метода.
Вырезы - отверстия, прорези и нестандартные узоры
Вырезы обеспечивают простой способ перемещения воздуха внутрь и наружу корпуса. Вы можете использовать круглые отверстия, длинные щели или нестандартные формы. Каждый вариант имеет свои преимущества, но их эффективность может быть разной.
Что хорошо работает:
- Щели в нижней части помогают холодному воздуху поступать внутрь и позволяют теплому воздуху подниматься и выходить наружу.
- Единые шаблоны обеспечивают предсказуемость и простоту производства.
- Избегайте очень плотных скоплений крошечных отверстий в тонком металле, так как они могут вызвать коробление.
Советы по производству:
- Установите минимальный диаметр отверстия примерно в 1,2 раза больше толщины листа.
- Толщина металла между отверстиями должна составлять не менее 1× толщины.
- Избегайте расположения отверстий вблизи линий сгиба. Расстояние между ними должно составлять не менее 2× толщины.
Жалюзи и лабиринтные вентиляционные отверстия
На открытом воздухе или в пыльных помещениях открытые отверстия могут не обеспечить достаточной защиты. Люверсы Решить эту проблему можно с помощью наклонных лопастей, которые блокируют прямое попадание пыли или дождя, но при этом пропускают воздух.
Ключевые советы по размещению:
- В шкафах, расположенных на открытом воздухе, направляйте жалюзи вниз или располагайте их по бокам. Избегайте вентиляционных отверстий, обращенных вверх.
- Подберите угол наклона лезвия в соответствии с реальными условиями установки.
- Ожидайте снижения воздушного потока на 15-30% по сравнению с открытыми вырезами, поэтому планируйте площадь вентиляционных отверстий с учетом этого.
Перфорированные панели для зон с высокой интенсивностью потока
Перфорированный металл идеально подходит для тех случаев, когда требуется сильный поток воздуха при сохранении прочности и чистого внешнего вида. В этих панелях используются обычные отверстия, и они могут заменить целую плоскую панель или быть добавлены в качестве вставок.
На что обратить внимание:
- Обычно соотношение открытых площадей варьируется от 20% до 40%.
- Более толстые листы остаются жесткими и не поддаются изгибу или деформации.
- Если вы порошковое покрытие или анодирование панели, убедитесь, что покрытие не влияет на форму отверстия.
- Затраты зачастую ниже, чем при лазерной резке множества небольших отверстий, особенно на больших поверхностях.
Пример использования:
В приборном шкафу для вентиляции когда-то использовалась открытая площадь всего 6%. После перехода на перфорированную панель с открытой площадью около 28% внутренняя температура снизилась на 12-18 °C. Вентилятор не понадобился.
Варианты активной вентиляции
Пассивный воздушный поток достаточен для умеренного нагрева, но он становится менее эффективным при увеличении мощности или расположении компонентов близко друг к другу. В этих случаях естественная конвекция не может отводить тепло достаточно быстро. Активное охлаждение использует вентиляторы или воздуходувки для циркуляции воздуха по корпусу, обеспечивая стабильный и предсказуемый контроль температуры.
Активная вентиляция помогает при:
- Тепловая нагрузка выше 25-30 Вт в тесном помещении
- Несколько источников тепла находятся в одной зоне
- Воздух должен проходить через небольшие зазоры или каналы
- В помещении тепло или ограничен приток воздуха
- Необходимо поддерживать внутреннюю температуру в заданном диапазоне
Ниже приведены практические способы включения активного охлаждения и поддержания стабильных тепловых характеристик.
Выбор вентилятора и производительность воздушного потока
Выбор вентилятора - это не только выбор размера или учет номинального CFM. Реальный воздушный поток зависит от сопротивления внутри корпуса.
Понимание CFM и повышения температуры
Простой способ оценить расход воздуха:
Требуемый CFM ≈ Тепловая нагрузка (Вт) ÷ (1,2 × Допустимый подъем температуры °C)
Например, для нагрузки мощностью 60 Вт с пределом повышения температуры 15 °C требуется около 3,3 CFM свободного воздуха. Если вентиляционные отверстия, фильтры, жалюзи или тесное внутреннее пространство создают дополнительное сопротивление, поток воздуха снижается. Запас прочности 30-80% помогает обеспечить производительность в реальных условиях эксплуатации.
Статическое давление имеет значение
В системах с ограниченными вентиляционными отверстиями, перфорированными панелями или внутренними препятствиями необходимы вентиляторы с более высоким статическим давлением.
- Осевые вентиляторы перемещают много воздуха, но не могут эффективно справляться с сопротивлением.
- Воздуходувки Поддерживают сильный воздушный поток даже при наличии ограничений и хорошо работают с воздуховодами или фильтрами.
- Тангенциальные вентиляторы равномерно распределять воздушный поток по длинным печатным платам или поверхностям шасси.
Правильно подобранный тип вентилятора обеспечивает поступление воздуха к горячим компонентам вместо того, чтобы он выходил через ближайшее отверстие.
Правильное размещение вентилятора
Расположение вентилятора часто оказывает большее влияние на охлаждение, чем сама модель вентилятора.
Общие рекомендации:
- Расположите воздухозаборник низко, а вытяжку - высоко, чтобы поддерживать естественную конвекцию.
- Располагайте впускные и выпускные отверстия как можно дальше друг от друга, чтобы избежать замыкания воздушного потока.
- Избегайте установки вентиляторов непосредственно на твердые панели.
- Обеспечьте зазор 25-40 мм на входе в вентилятор.
Распространенные ошибки:
- Впуск и выпуск на одной стороне
- Вентиляторы дуют в повороты без возможности выхода
- Вентиляторы расположены слишком близко к жалюзи с высоким сопротивлением
- Пучки кабелей, блокирующие вход или выход вентилятора
Использование воздуховодов и направляющих
Одни лишь вентиляторы не могут гарантировать, что воздух будет поступать именно к тем деталям, которые больше всего в этом нуждаются. Внутренние каналы или направляющие помогают сформировать траекторию воздушного потока.
Почему воздуховоды помогают:
Воздух ищет путь наименьшего сопротивления. Без руководства воздушный поток часто:
- Покидает шкаф через ближайшее вентиляционное отверстие
- Перемещение вокруг горячих компонентов, а не по ним
- Создает застойные теплые зоны на дальней стороне шкафа
Простые воздуховоды могут:
- Принудительная подача воздуха через радиаторы
- Раздельные горячая и холодная зоны
- Предотвращение обходного воздушного потока
- Улучшение охлаждения без увеличения скорости вращения вентилятора
Пример:
Температура небольшой процессорной платы достигала 80 °C даже при наличии вентилятора. Воздух выходил вбок, а не пересекал радиатор. Добавление небольшого воздуховода из листового металла проталкивает воздух через ребра и снижает температуру примерно до 62 °C.
Проектирование четкого пути воздушного потока
Воздушный поток лучше всего работает, когда он движется по простому прямому маршруту. Выберите предпочтительное направление как можно раньше в процессе проектирования.
Общие схемы воздушных потоков:
- Спереди назад: Хорошо подходит для оборудования в стойке или на шасси
- Снизу вверх: Хорошо подходит для естественной конвекции и настенных шкафов
- Из стороны в сторону: Подходит для случаев, когда передние или задние отверстия заблокированы
Для любого узора убедитесь в этом:
- Холодный воздух поступает ко всем первичным источникам тепла
- Горячий воздух выходит в максимально возможной точке
- Кабели, кронштейны и экраны не блокируют поток
Пример до и после:
- До: Впуск и выпуск слева → контур воздушного потока, горячая точка осталась
- После: Всасывание слева, направляющий воздух через печатные платы, вытяжка справа → температура упала на 11-17 °C
Рекомендации DFM по особенностям вентиляции
После того как вы выбрали метод вентиляции, следующий шаг - обеспечить простоту его изготовления. Хороший DFM сохраняет плоскость панелей, сокращает время резки и помогает контролировать расходы.
Управление плотностью отверстий и пазов
Лазерная резка Узоры выглядят чистыми, но плотные группы отверстий могут вызвать тепловое искажение. Металл нагревается во время резки, и тонкие участки могут деформироваться. Следующие рекомендации помогут избежать этих проблем:
- Минимальный диаметр отверстия должен быть примерно в 1,2 раза больше толщины листа.
- Толщина металла между отверстиями должна составлять не менее 1× толщины.
- Держитесь на расстоянии 2-3× толщины от любой линии сгиба.
- Избегайте соотношения открытой площади более 45-55% на тонких материалах.
- Разбейте большие зоны вентиляции на более мелкие, чтобы уменьшить накопление тепла во время резки.
Эти правила позволяют сохранить прочность и плоскостность панели, особенно при использовании тонкого алюминия или тонколистовой стали.
Соображения по поводу формованных жалюзи
Люверсы требуют штамповки и формовки, поэтому расстояние между ними и форма имеют большое значение. Неправильная конструкция может привести к несовместимому формованию или ослаблению участков.
- Для стабильного формирования длина жалюзи должна составлять не менее 20-25 мм.
- Угол наклона лопастей от 30° до 55° обеспечивает надежный воздушный поток.
- Расстояние между жалюзи должно быть не менее 1,5 толщины материала.
- Не размещайте жалюзи вблизи изгибов или углов.
Люверсы естественным образом придают панели жесткость, но их количество в одной области может создавать неравномерную нагрузку. Добавьте усиление, если панель начинает прогибаться.
Встраивание перфорированных панелей
Перфорированный лист хорошо подходит для больших секций воздушного потока, но он нуждается в надлежащей поддержке, чтобы оставаться жестким и плоским.
- Оставьте не менее 8-12 мм сплошного края для монтажа.
- Избегайте размещения крепежа в перфорированных зонах.
- Добавьте фланцы или обратные отводы, чтобы уменьшить "масляное голодание".
- Убедитесь, что процессы отделки не засоряют маленькие отверстия.
Перфорированные панели обеспечивают сильный и равномерный поток воздуха, а также сокращают время резки, когда вентиляционные области занимают большую площадь.
Поведение материалов и их влияние на вентиляцию
Различные материалы по-разному переносят тепло. Выбор материала влияет на распространение тепла, жесткость панели и геометрию вентиляционных отверстий.
Различия в теплопроводности
Некоторые металлы быстро отводят тепло, другие задерживают его.
| Материал | Теплопроводность (Вт/м-К) | Эффект в корпусах |
|---|---|---|
| Алюминий | ~205 | Хорошо распределяет тепло; уменьшает количество горячих точек |
| Мягкая сталь | ~50 | Средняя производительность; требуется приток воздуха |
| Нержавеющая сталь | ~16 | Удерживает тепло; требует большей площади вентиляции |
| Оцинкованная/покрытая сталь | ~90 | Сбалансированная производительность |
Если вы используете нержавеющую сталь из-за ее коррозионной стойкости, помните, что она требует лучшей вентиляции, поскольку плохо проводит тепло наружу.
Влияние качества обработки поверхности
Покрытия и цвета поверхности изменяют количество тепла, излучаемого корпусом.
- Черное порошковое покрытие улучшает тепловое излучение
- Матовая отделка Излучают тепло лучше, чем глянцевые.
- Анодированный алюминий эффективно распределяет тепло по большой поверхности
Эти эффекты не заменяют вентиляцию, но они могут помочь уменьшить количество горячих точек.
Рекомендации по толщине материала
Толщина материала влияет на технологичность вентиляционных отверстий.
- Тонкие листы (≤1 мм): более подвержены деформации; избегайте рисунков высокой плотности
- Средние листы (1-1,5 мм): хороший баланс для щелей и вентиляционных отверстий
- Толстые листы (≥1,5 мм): поддерживают более агрессивные формы вентиляционных отверстий и более глубокие жалюзи
Выбор правильной толщины обеспечивает сохранение плоскости детали и повышает общую эффективность охлаждения.
Стратегии вентиляции, основанные на применении
Для разных типов корпусов требуются разные схемы воздушных потоков. У каждого приложения свои источники тепла, ограничения по размещению и проблемы с окружающей средой. Следующие рекомендации помогут подобрать вентиляцию в соответствии с реальными условиями эксплуатации.
Корпуса для серверов и компьютеров
Эти системы генерируют постоянное и концентрированное тепло. Им необходим сильный и постоянный поток воздуха.
- По возможности используйте поток воздуха спереди назад.
- Установите высокопоточные вентиляционные отверстия на входе и выходе.
- Раздельные зоны обдува для CPU/GPU и блока питания.
- Добавьте воздуховоды или перегородки, чтобы прогнать воздух через самые горячие зоны.
- Избегайте боковых вентиляционных отверстий, если только путь воздушного потока не является полностью контролируемым.
Такая установка позволяет поддерживать стабильную температуру и снижает вероятность рециркуляции горячего воздуха внутри корпуса.
Промышленные шкафы управления
В таких шкафах часто размещаются пучки проводов и модули питания. Воздушные потоки должны быть свободны от препятствий и защищены от пыли.
- Используйте боковые воздухозаборники с фильтрацией и верхние выхлопные отверстия.
- Держите проводку подальше от вентиляционных отверстий, чтобы не перекрыть поток воздуха.
- Для защиты от пыли используйте направленные вниз жалюзи.
- Отделите сильно нагревающиеся элементы, например трансформаторы, от управляющей электроники.
Фильтры защищают компоненты, но они также уменьшают поток воздуха, поэтому зоны впуска обычно должны быть больше.
Корпуса для наружной установки (телекоммуникации, IoT, солнечные батареи)
Открытые боксы подвержены воздействию высокой температуры окружающей среды, солнечного света и погодных условий. Вентиляция должна обеспечивать баланс между потоком воздуха и защитой.
- Избегайте верхних вентиляционных отверстий; используйте направленные вниз жалюзи или лабиринтные вентиляционные отверстия.
- Для защиты от брызг используйте воздухопроницаемые мембраны.
- Добавьте внутренние экраны, чтобы ограничить поступление солнечного тепла.
- Для долговечности используйте антикоррозийные покрытия.
Вентилятор с температурным триггером поможет справиться со скачками тепла, когда пассивная вентиляция недостаточна.
Компактные приборы и потребительские устройства
Небольшие устройства имеют ограниченное пространство и более жесткие требования к дизайну. Воздушный поток должен быть эффективным и не ухудшать внешний вид.
- Используйте чистые узоры, повторяющие дизайн изделия.
- Добавьте внутрь небольшие воздушные каналы или воздуховоды, чтобы направлять поток.
- Используйте вентиляторы с низкой скоростью вращения, чтобы снизить уровень шума.
- Держите вытяжные отверстия подальше от поверхностей, к которым прикасается пользователь.
Направленный поток воздуха в ограниченном пространстве предотвращает накопление тепла вблизи чувствительных компонентов.
Заключение
Хорошая вентиляция требует тщательного планирования. Каждый метод - вырезы, жалюзи, перфорированные панели, вентиляторы или воздуховоды - изменяет движение тепла внутри корпуса. Выбор материала, форма вентиляционных отверстий, направление воздушного потока и ограничения окружающей среды - все это влияет на то, насколько хорошо система сохраняет холод и стабильность.
Если вы проектируете корпус и хотите получить надежный план вентиляции, мы можем вам помочь. Пожалуйста, пришлите нам ваши 3D-файлы, данные о тепловой нагрузке или образцы чертежей.. Мы проведем быструю и практичную оценку воздушного потока и порекомендуем подходящие стили вентиляции. Мы также сравним варианты стоимости и поможем вам создать более холодную, безопасную и готовую к производству конструкцию.
Привет, я Кевин Ли
Последние 10 лет я занимался различными формами изготовления листового металла и делился здесь интересными идеями из своего опыта работы в различных мастерских.
Связаться
Кевин Ли
У меня более десяти лет профессионального опыта в производстве листового металла, специализирующегося на лазерной резке, гибке, сварке и методах обработки поверхности. Как технический директор Shengen, я стремлюсь решать сложные производственные задачи и внедрять инновации и качество в каждом проекте.
