📋 Оглавление
Нашли на барахолке кусок алюминиевого радиаторного профиля по хорошей цене? Хороший ребристый радиатор, а вот документации на него нет никакой — ни артикула, ни каталога, ни главного параметра — «периметра сечения». А без периметра непонятно, какую площадь он в итоге имеет и справится ли он с охлаждением. Считать вручную, измерять каждое ребро, умножать, складывать или приблизительно на глаз? Теперь достаточно ввести несколько размеров в калькулятор на этой странице — и он посчитает и площадь поверхности, и реальную теплоотдачу в ваттах! И спасибо всем тем, кто ставит звездочки рейтинга под моими виджетами!
Пригодится калькулятор и инженерам, которые проектируют охлаждение под конкретную мощность. Когда нужно быстро прикинуть, какой радиатор поставить под сборку на столько-то ватт, удобно не лезть в громоздкий тепловой пакет, а сразу увидеть порядок величины: сколько тепла профиль сбросит в воздух при заданном перегреве. Это не замена полноценному CFD-расчёту, но для выбора профиля и для конструирования светодиодных ламп — самое то.
И третий сценарий, самый простой: у вас есть профиль от производителя, и в его каталоге честно указан периметр сечения — например, 399,4 мм или 1505,2 мм. Периметр — это свойство самого профиля, оно не зависит от длины. А вот площадь зависит: отрежете метр — одна площадь, отрежете полметра — вдвое меньше. Калькулятор берёт каталожный периметр (вводится вручную), умножает на длину вашего отрезка и сразу выдаёт площадь и теплоотдачу именно вашего отрезка радиатора. По сути это конвертер «периметр из паспорта → площадь и ватты под нужную длину».
Что именно считает калькулятор
Калькулятор работает в двух режимах и в обоих выдаёт три главные вещи: площадь поверхности, из которой уходит тепло; вклад конвекции (нагрев воздуха) и вклад излучения по отдельности; и суммарную теплоотдачу в ваттах при заданном перегреве. Дополнительно он показывает площадь и теплоотдачу для выбранной вами длины — это удобно, когда у вас уже есть отрезок радиаторного профиля и нужно понять, какую мощность имеющийся радиатор может рассеивать.
Теплоотдача считается по честной физической модели, а не по «магическому коэффициенту из интернета». Конвекция берётся как произведение коэффициента теплоотдачи на площадь и на перегрев, а излучение — по закону Стефана — Больцмана с учётом излучательной способности поверхности. Поэтому в калькуляторе есть выбор покрытия (без покрытия, серебристый анод, чёрный анод) и ползунок перегрева ΔT: результат меняется ровно так, как менялся бы у реального радиатора.
Режим «по периметру профиля»
Это точный режим для случая, когда периметр известен. Обычно параметр "периметр профиля" указывается на сайте продавцом или производителем радиаторного профиля. Вводите периметр сечения в миллиметрах и длину вашего отрезка радиатора — калькулятор перемножает их и получает полную площадь развёртки. Почему именно перемножает: периметр — это длина контура поперечного сечения со всеми рёбрами, как если бы вы обвели торец радиатора карандашом и распрямили эту линию. Умножив её на длину профиля, вы получаете площадь всей боковой поверхности. Проще способа посчитать площадь ребристого профиля не существует, и именно поэтому в каталогах алюминия периметр указывают всегда. В качестве бонуса остаются два торца радиатора, их можно считать как дополнительный "запас прочности".
Режим «по габаритам и рёбрам»
Это тот самый режим для профиля без паспорта. Здесь вы не знаете периметр, зато можете взять линейку и померить пять величин: ширину основания, число рёбер, высоту и толщину ребра и толщину основания. Калькулятор из этих размеров сам восстанавливает площадь — отдельно считает поверхность рёбер и поверхность основания — и заодно рисует схему торца радиатора прямо под полями ввода. Схема перерисовывается на ходу: ввели восемь рёбер — видите восемь, ввели сорок — видите сорок. Это не украшение, а проверка: если нарисованный профиль не похож на ваш, значит где-то ошиблись в цифрах или ввели что-то странное, например ширина 62мм, количество ребер: 100. Крайние рёбра на схеме всегда стоят вплотную к краям основания — так же, как в реальном экструдированном профиле.
Зачем нужен чек-бокс «Низ основания»
Это самый неочевидный, но важный переключатель. У ребристого радиатора есть гладкая нижняя грань основания — та, которой он прижимается к источнику тепла. В светильнике к ней через термопасту крепится плата со светодиодами или мощными источниками тепла (MOSFET), и эта грань оказывается полностью закрыта: воздух к ней не подходит, излучать в пространство ей некуда. Значит, в теплоотдаче она не участвует, и её площадь из расчёта надо вычесть. Или участвует, но не эффективно, может быть внутри корпуса и так далее.
Именно это и можно настроить. Когда чек-бокс отмечен (по умолчанию), калькулятор считает низ основания прижатым и не учитывает его площадь — это реальный сценарий готового светодиодного светильника. Если галочку снять, площадь нижней грани вернётся в расчёт — так стоит делать, только если радиатор действительно висит в воздухе и его низ открыт со всех сторон. Разница в ваттах между двумя состояниями как раз и подсказывает, сколько теплоотдачи «съедает» монтаж на плату.
Ориентация, обдув и температура воздуха
Площадь — это ещё не вся теплоотдача. Одна и та же железка отдаёт тепло по-разному в зависимости от того, как она стоит и что вокруг, поэтому в калькуляторе есть три переключателя, которые двигают результат заметнее всего.
Первый — ориентация рёбер, вертикальная или горизонтальная. Под вертикальной установкой понимается положение, когда радиатор стоит торцом вниз: его длинная ось направлена вертикально, а каналы между рёбрами идут снизу вверх. В таком положении нагретый воздух поднимается вдоль каналов свободно, как в дымоходе, — и естественная конвекция работает по максимуму. Стоит положить тот же радиатор горизонтально, рёбрами вбок, и картина портится: воздуху из нижних каналов приходится пробиваться вверх через верхние, поток вялый, и теплоотдача падает примерно на десять-пятнадцать процентов. Поэтому если охлаждение пассивное и есть выбор, как повесить радиатор — вертикаль, торцом вниз, почти всегда лучше.
Второй переключатель — обдув. При активном обдуве вентилятором воздух гонится принудительно, конвекция вырастает в разы, и ориентация в этом режиме уже почти ничего не меняет — поэтому калькулятор её и не учитывает, когда учтен вентилятор для усредненного расчета. Понятно, что вентиляторы бывают совершенно разными и с разной производительностью.
Третий параметр — температура окружающего воздуха, её можно задать от 0 до 50 °C. Влияет она в основном на излучение: при том же перегреве, но более горячем воздухе вся система работает на более высоких абсолютных температурах, и излучаемая доля тепла немного растёт. Практический смысл простой — поставьте реальную температуру своего помещения или гроубокса, а не абстрактные комнатные условия, и оценка станет ближе к вашему случаю.
Гладкие рёбра или волнистые
Вопрос с неочевидным ответом! Иногда попадаются профили с волнистыми, гофрированными рёбрами вместо гладких. Логично предположить, что волна добавляет поверхности, а значит и теплоотдачи. Добавляет — но заметно меньше, чем кажется на глаз. Геометрически площадь волнистого ребра больше гладкого процентов на десять-пятнадцать, смотря какая амплитуда волны. А вот реальный выигрыш по теплу выходит куда скромнее — как правило, единицы процентов, в районе трёх-пяти.
Причина в том, что вся эта дополнительная площадь прячется во впадинах волны. Там, в тесных канавках, воздух застаивается и обновляется хуже, чем на открытой глади ребра, поэтому конвекция с этих участков идёт вяло. С излучением похожая история: стенки соседних складок «светят» друг на друга, и часть тепла возвращается обратно, вместо того чтобы уйти в пространство. Так что волнистые рёбра дают небольшую прибавку, но рассчитывать на неё как на серьёзный ресурс не стоит. Калькулятор считает по гладкой развёртке, и если у вас волна — можете мысленно добавить те самые несколько процентов, не больше. По факту это дополнительный "запас прочности", который не стоит учитывать в основном расчете.
Что стоит помнить о точности
Калькулятор даёт хорошую инженерную оценку, а не гарантию до ватта — и это честно для любого расчёта естественной конвекции, которую даже в серьёзных пакетах считают с разбросом в десятки процентов. Ориентацию, обдув и температуру воздуха он уже учитывает, но остаются вещи, которые в браузере не смоделировать: близость стенок гроубокса, запылённость рёбер, точную картину потока между ними. Ещё у густо ребрённых профилей соседние рёбра частично излучают друг на друга, поэтому настоящая теплоотдача обычно чуть ниже геометрического расчёта.
Если вы хотите разобраться, как организовать охлаждение для светодиодного источника света, то у нас есть отдельная статья и онлайн калькулятор расчета радиатора охлаждения для LED ламп ↗.
