Aksiaali- ja keskipakopuhaltimien vertailu

Järjestelmän liikalämmön hallinnassa puhaltimet ovat paras lämmönhallintaratkaisu. Ne poistavat ei-toivottua lämpöä ja johtavat viileämpää ilmaa kriittisiin komponentteihin. Järjestelmän tehon rajoittamisen, jäähdytyslevyjen lisäämisen tai putkien tai kylmälevyjen käytön ohella on usein tarpeen käyttää koneellista ilmanvaihtoa komponenttien jäähdyttämiseksi.

Tällöin insinööri joutuu tekemään valinnan joko aksiaalipuhaltimen tai keskipakopuhaltimen välillä. Vaikka päätös ei olekaan äärimmäisen monimutkainen, tässä artikkelissa tarkastellaan kummankin tyypin perustoimintaperiaatteita, käsitellään yleisiä sovelluksia sekä esitellään yhteenveto niiden eduista ja haitoista.

Aksiaalipuhaltimien perusteet ja käyttökohteet

Aksiaalipuhaltimissa, joita joskus kutsutaan propellipuhaltimiksi, on pyörivälle akselille asennetut moottorikäyttöiset kaltevat siivet. Aksiaalipuhaltimet imevät ilmaa sisään yhdestä päästä ja pakottavat sen ulos toisesta päästä akselin suuntaisesti (kuva 1). Putki- tai siipiaksiaalipuhaltimet ovat muita yleisiä termejä, jotka tarkoittavat yksinkertaisesti kanavaan asennettavia aksiaalipuhaltimia.

Kuva 1: Aksiaalipuhaltimen ilmavirran yleissuunta. (Kuvan lähde: Same Sky)

Aksiaalipuhaltimia on saatavana lähes kaikenkokoisina piirilevytasosta huonekokoon. Vaikka se riippuukin niiden koosta, ne eivät yleensä vaadi paljon virtaa. Näitä puhaltimia on saatavilla sekä vaihtovirta- että tasavirtaversioina. Vaihtovirtapuhaltimet toimivat verkkovirralla ja niiden nimellisjännite on yleensä yli 100 V. Tasavirtapuhaltimet puolestaan toimivat paljon pienemmillä jännitteillä, 3–48 VDC, ja niitä käytetään yleensä paristoilla tai virtalähteellä.

Aksiaalipuhaltimet tuottavat tilavuudeltaan suuren, mutta paineelta alhaisen ilmavirran. Ne soveltuvat tämän suuren tilavuuden ja alhaisen paineen ansiosta hyvin sekä pienien että suurien laitteiden ja tilojen jäähdyttämiseen, koska niiden ilmavirtaus jakaantuu tasaisesti koko alueelle. Aksiaalipuhaltimia käytetään yleisesti tietokoneiden tai datakeskusten jäähdytyksessä, LVI-laitteissa, ilmastointilaitteiden lauhduttimissa, lämmönvaihdinyksiköissä sekä pistemäiseen jäähdytykseen teollisuusjärjestelmissä. Niitä voidaan käyttää myös poistoilmapuhaltimina.

Keskipakopuhaltimien perusteet ja käyttökohteet

Keskipakopuhaltimissa, jotka tunnetaan myös nimellä radiaalipuhaltimet tai keskipakotuulettimet, on moottorikäyttöisen navan sisällä siipipyörät, jotka imevät ilmaa koteloon ja sitten poistavat sen poistoaukosta 90 asteen kulmassa (kohtisuorassa) imuun nähden (kuva 2).

Kuva 2: Keskipakopuhaltimen ilmavirran perussuunta. (Kuvan lähde: Same Sky)

Keskipakopuhaltimet ovat korkeapaineisia pienen volyymin tuottavia laitteita, jotka paineistavat ilman puhaltimen kotelon sisällä. Näin syntyy tasainen korkeapaineinen ilmavirta, mutta niiden volyymi on pienempi aksiaaliversioihin verrattuna. Koska ne työntävät ilmaa ulos ulosmenoaukosta, ne ovat ihanteellisia ilmavirran kohdentamiseen tietylle alueelle sellaisen järjestelmän osan jäähdyttämiseksi, joka tuottaa enemmän lämpöä, kuten FET-tehotransistorit, DSP-prosessorit tai ohjelmoitavat porttimatriisit (FPGA). Aksiaalipuhaltimien tavoin myös niitä on saatavana sekä vaihto- että tasavirtaversioina eri kokoina, eri nopeuksilla ja erilaisilla tilavaatimuksilla. Ne kuluttavat kuitenkin yleensä enemmän virtaa. Niiden koteloitu rakenne tarjoaa jonkin verran lisäsuojaa liikkuville osille, mikä tekee niistä luotettavan, pitkäikäisen ja vaurionkestävän vaihtoehdon.

Sekä keskipako- että aksiaalipuhaltimet tuottavat kuultavissa olevaa ja sähkömagneettista melua, mutta keskipakopuhaltimet ovat yleensä aksiaalimalleja äänekkäämpiä. Koska molemmissa puhallinmalleissa käytetään moottoreita, EMI-vaikutukset voivat vaikuttaa herkkien järjestelmien suorituskykyyn.

Keskipakopuhaltimen korkea paine ja pieni volyymi tekevät siitä ihanteellisen ilmavirran tuottamiseksi haluttuihin kohteisiin, esimerkkinä putket tai kanavat (kuva 3), tai ilmanvaihtoon ja -poistoon. Tämä tarkoittaa, että ne toimivat hyvin ilmastointi- tai kuivausjärjestelmissä. Lisäksi niiden aiemmin mainittu kestävyys voi mahdollistaa käytön vaativissa ympäristöissä, joissa käsitellään hiukkasia, kuumaa ilmaa ja kaasuja. Elektroniikkasovelluksissa keskipakopuhaltimia käytetään paljon kannettavissa tietokoneissa niiden matalan profiilin ja korkeamman suunnattavuuden (ilmavirta poistuu 90 asteen kulmassa imuaukkoon nähden) ansiosta.

Kuva 3: Kanavajärjestelmässä käytettävä keskipakopuhallin. (Kuvan lähde: Same Sky)

Puhaltimien EMI-häiriöitä ja melua koskevia pohdintoja

Puhaltimien aiheuttamat sähkömagneettiset häiriöt (EMI) on tärkeä suunnitteluun liittyvä näkökohta, joka on otettava huomioon jo varhaisessa vaiheessa. Kaikki puhaltimet voivat tuottaa sähkömagneettisia häiriöitä. Ne voivat joko säteillä itse puhaltimesta tai johtua virtajohtojen kautta. Myös moottorin magneettien ja staattorikäämitysten synnyttämät ei-suljetut magneettikentät (UMF) voivat aiheuttaa häiriöitä. Sovelluskohtainen huolellinen harkinta suunnittelun alkuvaiheessa säästää myöhemmin aikaa ja rahaa. Yleisesti ottaen tasavirtapuhaltimet aiheuttavat vaihtovirtapuhaltimia vähemmän sähkömagneettisia häiriöitä.

Kuva 4: Aksiaalipuhaltimet tuottavat yleensä vähemmän melua kuin keskipakopuhaltimet. (Kuvan lähde: Same Sky)

Toinen sovelluskohtainen suunnitteluun liittyvä näkökohta on puhaltimien aiheuttama melu. Melu vaihtelee käyttökohteen, komponenttien tiheyden, järjestelmään sijaintipaikan, puhaltimen koon, siirrettävän ilman määrän, käytettävien laakerityyppien jne. mukaan. Puhaltimen laakerit eivät vaikuta ainoastaan akustiikkaan, vaan ne voivat vaikuttaa myös käyttöikään ja mahdollisiin sovelluksiin. Melua voidaan usein vähentää puhaltimen paremmalla sijoittelulla, mekaanisella eristyksellä tai käyttämällä tuloilmasäleikköjä tai poistoilmahajottimia. Hyvä nyrkkisääntö on, että mitä suurempi CFM-arvo (m3/h) tai ilmavirta, sitä kovempaa on melu. Jos suuremmalla ja pienemmällä puhaltimella on kuitenkin samanlaiset CFM-arvot, suurempi puhallin tarjoaa yleensä hiljaisemman kokonaisratkaisun. Kuten aiemmin mainittiin, aksiaalipuhaltimet ovat yleensä hiljaisempia kuin keskipakopuhaltimet.

Loppuvertailu

Seuraavaksi vertaillaan lyhyesti aksiaali- ja keskipakopuhaltimien etuja, haittoja ja ominaisuuksia. Parhaan vaihtoehdon valinta riippuu suunnitellusta sovelluksesta, käytettävissä olevasta tilasta ja loppujärjestelmän kokonaislämpövaatimuksista.

Kuva 5: Aksiaali- ja keskipakopuhaltimien perusominaisuuksien vertailu. (Kuvan lähde: Same Sky)

Yhteenveto

Ei-toivottua lämpöä tuottavien elektroniikkakomponenttien pitäminen viileänä voidaan hoitaa tehokkaasti joko aksiaali- tai keskipakopuhaltimilla. Molemmat ovat osoittautuneet luotettaviksi kentällä monien vuosien käytön ja jatkuvan parantamisen myötä. Same Sky tarjoaa laajan valikoiman DC-aksiaali- ja keskipakopuhaltimia eri runkokokoina ja ilmavirta-arvoilla, jotka vastaavat kunkin suunnittelijan erityisiin lämpövaatimuksiin.