Ist die Farbe eines Kühlkörpers von Bedeutung?

Wärme verlässt einen Kühlkörper durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Mir wurde beigebracht, dass schwarze Oberflächen am besten Wärme abstrahlen und dementsprechend viele Kühlkörper schwarz sind. Sie haben aber auch Flossen zur Konvektion. Und große Kühlkörper haben viele große Rippen. Die Konvektion scheint daher wichtig zu sein.

Was passiert also, wenn ich aus ästhetischen Gründen einen Kühlkörper strahlend weiß streichen muss? Weiß ist natürlich die beste Farbe, um Wärmestrahlung zu reflektieren. Würde das dann die Wärme wie in eine Folie gewickelter Truthahn reflektieren? Kann jemand einen Effizienzverlust oder eine notwendige kompensatorische Ratingerhöhung vermuten?

PS Haushaltsheizkörper sind weiß.

PPS Was bedeutet "Materialfinish" in der Kühlkörperterminologie? antwortet nicht ganz.

Lackieren Sie keine Kühlkörper. Die Farbschicht wirkt als Isolator zwischen Metall und Luft und verringert die Fähigkeit, Wärme abzuleiten.

Das Eloxieren eines Kühlkörpers ist weniger ein Problem. Die Eloxalschicht ist viel dünner als die Farbe (zum Beispiel einige Mikrometer bei Aluminium) und weist daher einen viel geringeren Wärmewiderstand auf als die Farbe.

Die Farbe des Lacks hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Kühlung, es sei denn, die Farben sind dünner oder dicker als die anderen oder der Kühlkörper ist direktem Sonnenlicht ausgesetzt.

Ja, Schwarz hat das höchste Emissionsvermögen (es absorbiert auch die beste Reziprozität der Strahlung - oder das Kirchoffsche Wärmestrahlungsgesetz). Es ist zu beachten, dass es bei den relevanten Wellenlängen "schwarz" sein muss, was nicht unbedingt Schwarz im sichtbaren Spektrum entspricht.

Das bedeutet, dass der Strahlungswärmeübergang maximiert wird, wenn sich der Emissionsgrad 1 nähert (schwarzer Körper). Wenn Ihr Kühlkörper meistens kühlere Dinge "sieht", hat er eine bessere Kühlung, und wenn er heißere Dinge sieht, kühlt er auch nicht.

Die Strahlungswärmeübertragung ist jedoch im Vergleich zur durchgeführten Wärmeübertragung und (in der Regel am wichtigsten für Halbleiterkühlkörper in normalen Umgebungen) zur Konvektionswärmeübertragung nicht allzu bedeutend. Daher ist die Farbe im Vergleich zum fluiddynamischen Design, wie Luft über die Lamellen strömt und wie die Wärme zu den Lamellen geleitet wird, normalerweise nicht allzu wichtig. Die Flossen "sehen" meistens andere Flossen, so dass Strahlung noch weniger Wirkung hat.

Ausnahmen bestehen für diejenigen von uns, die Elektronik entwickeln, die in einem Vakuum und / oder im Weltraum oder in sehr großen Höhen überleben muss, und wenn der Gegenstand, der wärmegesunken ist (oder was er sieht), sehr heiß ist, kann Strahlung an Bedeutung gewinnen (4. Potenz) der Temperatur).

Eine beispielhafte Situation, in der ein glänzender Kühlkörper (niedriger Emissionsgrad) überlegen sein könnte, wäre ein Spannungsreglerkühlkörper in direkter Sicht auf eine Heizung, eine Glühlampe oder eine Vakuumröhre.

Jede Farbe, die Sie mögen, kann beim Anodisieren oder gar nicht angewendet werden, was als "klares" Anodisieren bezeichnet wird. Normalerweise ist das oxidierte Aluminium (es ist keine Beschichtung) eine ziemlich dünne Isolierschicht, aber in einigen Fällen kann es mehr als ein paar Mil dick sein.

Bearbeiten: Lassen Sie uns eine Berechnung auf der Rückseite der Hüllkurve durchführen, um festzustellen, wie stark die Strahlung ist. Ich gehe von einem 530002B02500G- Kühlkörper von Aavid Thermalloy aus. Es hat eine natürliche Konvektionsrate von 2,6 Grad C pro Watt, was meiner Meinung nach einem Anstieg von 70 Grad C gegenüber der Umgebungstemperatur entspricht.

Wenn Ihre Umgebungstemperatur also 25 ° C und der Kühlkörper 95 ° C beträgt, beträgt die Gesamtverlustleistung 27 W.

Wie viel davon ist auf Strahlung zurückzuführen? Wir können den Kühlkörper (nur für Strahlungskopplungszwecke *) als Block mit den Abmessungen 64 mm x 25 mm x 42 mm (ohne Berücksichtigung der Kerbe) behandeln, was einer Oberfläche von 0,011 Quadratmetern entspricht.

Wärmeverlust durch Strahlung (Emissionsgrad 1 vorausgesetzt) ​​ist

, wobei$q = \sigma A (T_H^4 - T_C^4)$$\sigma$ die Stefan-Boltzmann-Konstante ~ 5,7E-8 ist (und die Temperaturen in Kelvin angegeben sind)

Wenn wir die Werte einsetzen, erhalten wir einen Wärmestrom von 6,4 W aufgrund der Strahlung bei einer Kühlkörpertemperatur von 95 ° C und einer Umgebungstemperatur von 25 ° C, sodass weniger als 25% durch Strahlung unter optimalen Bedingungen zur Maximierung des Strahlungsverlusts verursacht werden. Es ist wahrscheinlicher, dass eine erzwungene Konvektion stattfindet und der Strahlungswärmeverlust wieder geringer ist. Ein Kühlkörper, der näher an einem Würfel liegt, würde auch weniger Wärmeverlust durch Strahlung haben. Nicht ganz niedrig genug, um ignoriert zu werden, aber nicht dominant.

• Für Strahlung "sehen" die Windungen des Kühlkörpers meistens andere Kühlkörperoberflächen, so dass ein Block der Außenabmessungen für Strahlung korrekt ist (in erster Näherung). Sie bewirken tatsächlich, dass der effektive Emissionsgrad näher an 1,0 als die Oberfläche selbst liegt, da ein Teil des Lichts, das nicht absorbiert wird, auf andere Oberflächen prallt und eine weitere Chance erhält, absorbiert zu werden (und umgekehrt natürlich für Strahlung von Wärme- aber es ist einfacher, sich die Absorption von Licht vorzustellen, da wir sichtbares Licht sehen und die IR-Wellenlängen, die der Kühlkörper bei angemessenen Temperaturen aussendet, nicht sehen können. Wenn Ihr Kühlkörper rot, gelb oder blau-weiß leuchtet, haben Sie wahrscheinlich andere Probleme).

Früher habe ich Hochleistungsbeschichtungen einschließlich Beschichtungen für das Wärmemanagement verkauft, und dies ist keineswegs eine einfache Frage. Beispielsweise stellte ein Hersteller zwei Beschichtungen her, die beide mattschwarz mit einer empfohlenen Trockenfilmdicke von weniger als zwei Tausend waren, und eine wurde als Isolator und die andere als wärmeableitende Beschichtung konzipiert. Empfohlene Anwendungsfälle waren Abgaskrümmer bzw. Bremssättel.

Ich ließ Kühlkörper beschichten und experimentierte und fand bei niedrigen Temperaturunterschieden heraus, dass der bloße Kühlkörper am besten funktionierte, gefolgt vom isolierten und die strahlende Beschichtung am schlechtesten war. Bei hohen Temperaturunterschieden zeigte die emittierende Beschichtung, dass es sich lohnt, blankes Metall zu übertreffen, und die isolierende Beschichtung wurde auch bei der Verlangsamung des Wärmeübergangs wirksamer.

Ich habe auch mit anderen Beschichtungen gespielt, zum Beispiel mit herkömmlichen Farben, die alle Isolatoren waren, bis sie in Brand gerieten, und mit einer dicken Isolierbeschichtung, die der beste Isolator war, bis sie schmolz.

Fazit: Es hängt von Ihrer Temperatur, der benötigten Wärmeübertragung und anderen Faktoren ab, welche Beschichtung für Ihre Anforderungen am besten geeignet ist. Die Verwendung einer Standardfarbe hilft jedoch niemals einem Kühlkörper.

Glänzende Metalloberflächen reflektieren extrem gut, strahlen extrem schlecht ab. Alles (fast alles), mit dem Sie sie bemalen, verbessert die Wärmestrahlung.

Schwarz gestrichene Oberflächen absorbieren das Sonnenlicht besser, da der größte Teil der Energie im Sonnenlicht oder im sichtbaren Bereich liegt. Wenn Ihr Kühlkörper jedoch nicht so heiß ist, dass er glüht, strahlt er nicht viel Strahlung im sichtbaren Spektrum aus, sodass seine Farbe für das Auge völlig irrelevant ist.

Passiv belüftete Kühlkörper, die nicht in einem reflektierenden Behälter eingeschlossen sind, geben eine erhebliche Menge an Strahlung ab. Es tut mir leid, ich habe die Zahlen nicht zur Hand, aber es ist weniger als 50%. Bei parallelen Lamellen mit derselben Farbe wird die Strahlung durch Absorption ausgeglichen, sodass die Farbe der inneren Lamellen nicht sehr wichtig ist, bei freiliegenden Oberflächen jedoch.

Aus diesem Grund werden Sie feststellen, dass die forcierten Luftkühlkörper in Ihrem Computer häufig keine schwarz eloxierten Stifte aufweisen.

Freiliegende Aluminiumkühlkörper müssen ohnehin lackiert / eloxiert werden, um Korrosion zu vermeiden. Andernfalls müssen Sie Anweisungen wie "Nicht für 1000 Meter Küste verwenden" beifügen.

Die Eigenschaft, die Sie wahrscheinlich suchen, ist Emissionsvermögen.

Es gibt 3 Hauptprozesse, durch die Wärme übertragen wird:

• Wärmeleitung (Wärmebewegung im Material)
• Konvektion (Wärmebewegung durch Bewegung des erhitzten Materials)
• Strahlung

Die Wirksamkeit jedes dieser Prozesse hängt von den betreffenden Materialien und der Umgebungstemperatur ab. Der Gesamtwärmestrom ist die Summe des Wärmestroms von jedem der Prozesse an der Luft / Kühlkörper-Grenze.

Der Strahlungswärmestrom ist proportional zum Emissionsgrad der Oberfläche, der Temperatur bis zur vierten und der effektiven Oberfläche.

Sehen Sie sich diese handliche Liste der Emissionsgrade bei Raumtemperatur an .

Die höchsten Emissionsgrade finden sich in Eis, Wasser, Glas, Kalkstein und Farbe (einschließlich Weiß). Beachten Sie, dass all diese nicht schwarz sind. Abgesehen von polierten Metallen scheinen alle Materialien ein nahezu ideales Emissionsvermögen zu haben.

Wie in den meisten anderen Antworten erwähnt, fungiert eine Farbschicht auch als hervorragender Isolator (zur Leitung innerhalb des Kühlkörpers).

Malen Sie den Kühlkörper nicht an, da die Wärmeabstrahlung sonst beeinträchtigt wird, da Sie eine zusätzliche Schicht auf dem Kühlkörper haben. Ein schwarzer Kühlkörper strahlt besser Wärme ab, hat aber nur einen geringen prozentualen Vorteil.

Wenn Sie Ihren Kühlkörper mit einem Lüfter ausblasen, spielt die Farbe eigentlich keine Rolle.

"Mir wurde beigebracht, dass schwarze Oberflächen am besten Wärme abstrahlen"

Das ist nicht richtig. Ein schwarzes Objekt absorbiert ein breiteres Strahlungsspektrum als ein farbiger Körper, aber die Farbe an sich hat keinen Einfluss auf die Effizienz eines Strahlers. Viele Kühlkörper sind schwarz, da das Schwarzanodisieren ein kostengünstiges Verfahren ist, das Oxidation und Korrosion verhindert. Übrigens ist es auch ein Isolator. Wenn es also wichtig ist, dass ein Transistor mit seinem Kühlkörper in elektrischem Kontakt steht, können Sie sich nicht nur auf den physischen Kontakt verlassen.

Es kommt auf die Wärmeleitfähigkeit und die Strahlung der Farbe an ...

Wenn Sie Farbe haben, die gut strahlt, können Sie einige Körner darin mischen, um die Oberfläche zu vergrößern ... Ein großes Metall-Sägemehl aus Aluminium würde die Arbeit erledigen ...

Eine schwarze Oberfläche saugt beide auf und emittiert besser als eine entsprechende weiße Oberfläche. Die beste Farbauswahl hängt von der Umgebung des Kühlkörpers ab. Verwenden Sie in einer kalten, dunklen Umgebung einen schwarzen Kühlkörper. Wenn das Gerät jemals einer hellen Umgebung oder Strahlungswärme ausgesetzt sein sollte, verwenden Sie einen weißen Kühlkörper.