📋 Зміст
Знайшли на барахолці шматок алюмінієвого радіаторного профілю за хорошою ціною? Чудовий ребристий радіатор, а от документації на нього немає жодної — ні артикулу, ні каталогу, ні головного параметра — «периметра перерізу». А без периметра незрозуміло, яку площу він у підсумку має і чи впорається з охолодженням. Рахувати вручну, вимірювати кожне ребро, множити, додавати чи приблизно на око? Тепер достатньо ввести кілька розмірів у калькулятор на цій сторінці — і він порахує і площу поверхні, і реальну тепловіддачу у ватах! І дякую всім тим, хто ставить зірочки рейтингу під моїми віджетами!
Стане в нагоді калькулятор і інженерам, які проєктують охолодження під конкретну потужність. Коли потрібно швидко прикинути, який радіатор поставити під збірку на стільки-то ват, зручно не лізти у громіздкий тепловий пакет, а відразу побачити порядок величини: скільки тепла профіль скине в повітря при заданому перегріві. Це не заміна повноцінному CFD-розрахунку, але для вибору профілю і для конструювання світлодіодних ламп — саме те.
І третій сценарій, найпростіший: у вас є профіль від виробника, і в його каталозі чесно вказано периметр перерізу — наприклад, 399,4 мм або 1505,2 мм. Периметр — це властивість самого профілю, вона не залежить від довжини. А от площа залежить: відріжете метр — одна площа, відріжете півметра — вдвічі менша. Калькулятор бере каталожний периметр (вводиться вручну), множить на довжину вашого відрізка і відразу видає площу і тепловіддачу саме вашого відрізка радіатора. По суті це конвертер «периметр з паспорта → площа і вати під потрібну довжину».
Що саме рахує калькулятор
Калькулятор працює у двох режимах і в обох видає три головні речі: площу поверхні, з якої йде тепло; вклад конвекції (нагрів повітря) і вклад випромінювання окремо; і сумарну тепловіддачу у ватах при заданому перегріві. Додатково він показує площу і тепловіддачу для обраної вами довжини — це зручно, коли у вас вже є відрізок радіаторного профілю і потрібно зрозуміти, яку потужність наявний радіатор може розсіювати.
Тепловіддача рахується за чесною фізичною моделлю, а не за «магічним коефіцієнтом з інтернету». Конвекція береться як добуток коефіцієнта тепловіддачі на площу і на перегрів, а випромінювання — за законом Стефана-Больцмана з урахуванням випромінювальної здатності поверхні. Тому в калькуляторі є вибір покриття (без покриття, сріблястий анод, чорний анод) і повзунок перегріву ΔT: результат змінюється рівно так, як змінювався б у реального радіатора.
Режим «за периметром профілю»
Це точний режим для випадку, коли периметр відомий. Зазвичай параметр "периметр профілю" вказується на сайті продавцем або виробником радіаторного профілю. Вводите периметр перерізу в міліметрах і довжину вашого відрізка радіатора — калькулятор перемножує їх і отримує повну площу розгортки. Чому саме перемножує: периметр — це довжина контуру поперечного перерізу з усіма ребрами, як якби ви обвели торець радіатора олівцем і розпрямили цю лінію. Помноживши її на довжину профілю, ви отримуєте площу всієї бічної поверхні. Простішого способу порахувати площу ребристого профілю не існує, і саме тому в каталогах алюмінію периметр вказують завжди. Як бонус залишаються два торці радіатора, їх можна вважати як додатковий "запас міцності".
Режим «за габаритами та ребрами»
Це той самий режим для профілю без паспорта. Тут ви не знаєте периметра, зате можете взяти лінійку і поміряти п'ять величин: ширину основи, кількість ребер, висоту і товщину ребра та товщину основи. Калькулятор з цих розмірів сам відновлює площу — окремо рахує поверхню ребер і поверхню основи — і заразом малює схему торця радіатора прямо під полями вводу. Схема перемальовується на ходу: ввели вісім ребер — бачите вісім, ввели сорок — бачите сорок. Це не прикраса, а перевірка: якщо намальований профіль не схожий на ваш, значить десь помилилися в цифрах або ввели щось дивне, наприклад ширина 62мм, кількість ребер: 100. Крайні ребра на схемі завжди стоять впритул до країв основи — так само, як у реальному екструдованому профілі.
Навіщо потрібен чек-бокс «Низ основи»
Це найбільш неочевидний, але важливий перемикач. У ребристого радіатора є гладка нижня грань основи — та, якою він притискається до джерела тепла. У світильнику до неї через термопасту кріпиться плата зі світлодіодами або потужними джерелами тепла (MOSFET), і ця грань виявляється повністю закритою: повітря до неї не підходить, випромінювати в простір їй нікуди. Отже, у тепловіддачі вона не бере участі, і її площу з розрахунку треба відняти. Або бере участь, але не ефективно, може бути всередині корпусу і так далі.
Саме це і можна налаштувати. Коли чек-бокс відзначений (за замовчуванням), калькулятор вважає низ основи притиснутим і не враховує його площу — це реальний сценарій готового світлодіодного світильника. Якщо галочку зняти, площа нижньої грані повернеться в розрахунок — так варто робити, тільки якщо радіатор дійсно висить у повітрі і його низ відкритий з усіх боків. Різниця у ватах між двома станами якраз і підказує, скільки тепловіддачі «з'їдає» монтаж на плату.
Орієнтація, обдув і температура повітря
Площа — це ще не вся тепловіддача. Одна й та сама залізяка віддає тепло по-різному залежно від того, як вона стоїть і що навколо, тому в калькуляторі є три перемикачі, які рухають результат найпомітніше.
Перший — орієнтація ребер, вертикальна або горизонтальна. Під вертикальною установкою розуміється положення, коли радіатор стоїть торцем вниз: його довга вісь спрямована вертикально, а канали між ребрами йдуть знизу вгору. У такому положенні нагріте повітря піднімається вздовж каналів вільно, як у димарі, — і природна конвекція працює на максимум. Варто покласти той самий радіатор горизонтально, ребрами вбік, і картина псується: повітрю з нижніх каналів доводиться пробиватися вгору через верхні, потік млявий, і тепловіддача падає приблизно на десять-п'ятнадцять відсотків. Тому якщо охолодження пасивне і є вибір, як повісити радіатор — вертикаль, торцем вниз, майже завжди краще.
Другий перемикач — обдув. При активному обдуві вентилятором повітря женеться примусово, конвекція зростає в рази, і орієнтація в цьому режимі вже майже нічого не змінює — тому калькулятор її і не враховує, коли врахований вентилятор для усередненого розрахунку. Зрозуміло, що вентилятори бувають абсолютно різними і з різною продуктивністю.
Третій параметр — температура навколишнього повітря, її можна задати від 0 до 50 °C. Впливає вона в основному на випромінювання: при тому самому перегріві, але більш гарячому повітрі вся система працює на вищих абсолютних температурах, і випромінювана частка тепла трохи зростає. Практичний сенс простий — поставте реальну температуру свого приміщення або гроубокса, а не абстрактні кімнатні умови, і оцінка стане ближчою до вашого випадку.
Гладкі ребра або хвилясті
Питання з неочевидною відповіддю! Іноді трапляються профілі з хвилястими, гофрованими ребрами замість гладких. Логічно припустити, що хвиля додає поверхні, а отже і тепловіддачі. Додає — але помітно менше, ніж здається на око. Геометрично площа хвилястого ребра більша за гладке відсотків на десять-п'ятнадцять, дивлячись яка амплітуда хвилі. А ось реальний виграш по теплу виходить куди скромнішим — як правило, одиниці відсотків, у районі трьох-п'яти.
Причина в тому, що вся ця додаткова площа ховається в западинах хвилі. Там, у тісних канавках, повітря застоюється і оновлюється гірше, ніж на відкритій гладі ребра, тому конвекція з цих ділянок йде мляво. З випромінюванням схожа історія: стінки сусідніх складок «світять» одна на одну, і частина тепла повертається назад, замість того щоб піти в простір. Тож хвилясті ребра дають невелику надбавку, але розраховувати на неї як на серйозний ресурс не варто. Калькулятор рахує за гладкою розгорткою, і якщо у вас хвиля — можете подумки додати ті самі кілька відсотків, не більше. За фактом це додатковий "запас міцності", який не варто враховувати в основному розрахунку.
Що варто пам'ятати про точність
Калькулятор дає хорошу інженерну оцінку, а не гарантію до вата — і це чесно для будь-якого розрахунку природної конвекції, яку навіть у серйозних пакетах рахують із розкидом у десятки відсотків. Орієнтацію, обдув і температуру повітря він уже враховує, але залишаються речі, які в браузері не змоделювати: близькість стінок гроубокса, запиленість ребер, точну картину потоку між ними. Ще у густо ребрених профілів сусідні ребра частково випромінюють одне на одне, тому справжня тепловіддача зазвичай трохи нижча за геометричний розрахунок.
Якщо ви хочете розібратися, як організувати охолодження для світлодіодного джерела світла, то у нас є окрема стаття та онлайн калькулятор розрахунку радіатора охолодження для LED ламп ↗.
