Zwart ALU-koelprofiel beter?

Zwart geanodiseerd aluminium is vaak in NIR al glanzend, laat staan voor de LWIR golflengtes. De thermische emissiviteit blijft dan laag. Dat heeft het dus weinig zin, tenzij je je koellichaam roodgloeiend stookt en er ook korte golflengtes af komen ;) Een dunne laag mat zwarte verf zal meer uithalen, je zit naar mijn idee zo boven de .9.

Ik heb ook sterk het gevoel dat het stralen bij deze kleine temperatuurverschillen niet zo belangrijk is voor het warmtetransport, geleiding en de bijbehorende convectie des te meer. In de wet van Stefan-Boltzmann gaat de temperatuur met een vierde (!) macht, en de constante is klein.

Heb net deze gevonden, maakt alles wat duidelijker.

http://littleshop.physics.colostate.edu/activities/atmos1/ColorAndCool…

Wat zijn jullie ervaringen hier mee?
Het blijkt wel te helpen getuige die kleine TV.

Wel vreemd dat ze dan niet alles standaard in zwart doen.

Wat ik in het andere topic ook al aanhaalde maakt de kleur van de verf niet uit. Elke kleur is beter dan glanzend oppervlak. De truc is dat glanzende oppervlakken zoals zilver en aluminium hele slechte warmtestralers zijn.

http://littleshop.physics.colostate.edu/activities/atmos1/ColorAndCool…

Maakt het iets uit als je mat of blinkend zwart hebt?

Mat is beter, speciaal als het voor IR ook mat oogt.

De kleine TV en je computer zijn geen echt goed gecontroleerde experimenten (geen ceteris paribus, geen herhaling van het experiment), maar het kunnen wel aanwijzingen zijn.

Je kan met de natuurkunde die we als mensheid weten een hoop uitrekenen. Vaak blijkt een effect wat we door kunnen rekenen verwaarloosbaar. Met wat ervaring ga je van tevoren kunnen inschatten of een effect verwaarloosbaar is of niet. Bijvoorbeeld: ik schat: de luchtweerstand van een fietser is verwaarloosbaar bij 5km/u. Andersom: De rolweerstand van een fietser is verwaarloosbaar bij 40+ km/u.

Het vermogen wat gemoeid is met thermische straling is afhankelijk van de derde of vierde macht van het temperatuurverschil. Dat betekent dat als het met 100 graden temperatuurverschil een meetbaar effect op levert, er met 25 graden temperatuurverschil 64x minder warmte overdracht zal zijn (of 256x als het de vierde macht is (*)).

Als de koelvin van je CPU 50 graden is, dan is het lastig om "waar ie heenstraalt" (de binnenkant van je PC) onder de 35 graden te krijgen.

Mijn intuitie zegt dus dat het stralingseffect verwaarloosbaar zal zijn. Vandaar dat de mensen van Zalmann en consorte die de tijd hebben om vanalles te proberen en te testen tot de conclusie gekomen zijn dat het niet uitmaakt.

Daar komt bij dat als je "snel effe" test, je de kast open hebt. De omgeving waarheen gestraald wordt is dan zeg 20 graden, terwijl als je de kast dicht doet de binnenkant van de kast al snel de helft van het temperatuurverschil opslokt. De thermische straling neemt dan met een factor (bijna) 10 af!

(*) De absolute straling is de vierde macht. Heb ik net opgezocht. Dan zal het wel "maar" de derde macht zijn van het temperatuurverschil.

Ik heb ooit op mijn werk wat experimenten gedaan die al meer gecontroleerd waren dan die van CrossFireX, en het verschil was toen verbazend groot. Helaas kan ik nu niet meer bij die data.

In ons geval ging het om een stuk elektronica dat via een gelakte aluminium behuizing zijn warmte kwijt moest. We hebben toen met een paar vermogensweerstanden steeds een gelijk vermogen ingevoerd, en gedurende een paar uur de temperatuur gelogd, om vast te stellen waar deze stabiliseert. Helaas konden we de omgevingstemperatuur niet beheersen, maar die hebben we ook gelogd, en is tijdens de test nauwelijks veranderd. Daarbij hebben we geprobeerd de testopstelling zoveel mogelijk af te schermen, zodat deze in nagenoeg stilstaande lucht hing. Overigens werd te temperatuur gemeten aan de binnenkant van de behuizing.

De eerste test is gedaan met een blanke behuizing; ik weet niet meer wat het vermogen was, maar de eindtemperatuur lag in de buurt van 70C. Het zwart spuiten van de behuizing gaf een duidelijk lagere eindtemperatuur, toch wel een graad of 4-5 lager, als ik me goed herinner. Vervolgens hebben we er een laag witte verf overheen gespoten, waarmee de eindtemperatuur nagenoeg gelijk werd aan die met een blanke behuizing. Denkende dat die 2 lagen verf mogelijk een nadelig effect hadden, en rekening houdend met het feit dat het inmiddels vrijdagmiddag was, hebben we er nog een laag zwart overheen gespoten (dus met inmiddels 3 lagen verf). Tot onze verbazing leken die lagen verf nauwelijks invloed te hebben, want de eindtemperatuur was (binnen meetnauwkeurigheid) gelijk aan die met een enkele laag zwarte verf.

Wij hadden dus ook verwacht dat geleiding en convectie het grootste deel van de koeling voor hun rekening zouden nemen, en dat de straling bij dergelijke lage temperaturen relatief weinig energie zou afvoeren, en daarom waren we ook verbaast over het resultaat van dit experiment.

Overigens heeft het voor uitstraling natuurlijk weinig zin om ribben op een koelblok te maken; het oppervlak dat in contact is met de lucht wordt daarmee wel groter, maar het geprojecteerde oppervlak voor de straling natuurlijk niet. Aangezien we een vlakke behuizing gebruikte, zonder koelribben, zal het effect daarbij groter zijn geweest dan bij een normaal koelblok.

EDIT de temperatuur werd gemeten met K-type thermokoppels, dus niet met zo'n contactloze IR thermometer of zo, want die is natuurlijk afhankelijk van de stralingsconstante van het oppervlak.

Ik weet niet meer wat voor verf we gebruikt hebben; dat waren de spuitbussen zwart en wit (allebei glanzend, als ik me goed herinner) die toevallig in de kast lagen. We hadden ook geen mogelijkheid om de mate van reflectie in het IR gebied te meten, maar onze witte verf leek dus ook "wit" voor ver-infrarood.

Vreemd genoeg lijkt ons experiment in strijd met deze tekst: http://littleshop.physics.colostate.edu/activities/atmos1/ColorAndCool… (waar CrossFireX naar linkte).

Echter begin ik nu te twijfelen of de behuizing om te beginnen wel blank was; ik denk dat deze al een zilverkleurige laklaag had, omdat het een bestaande behuizing was uit de productie, en deze nooit blank mocht zijn in de normale omgeving.

"count me surprised". :-) Altijd leuk om weer wat te leren.

Maar jullie hebben dus gemeten dat met zo'n 50 graden temp-verschil (70-20), er een duidelijk meetbare stralings-warmte-afvoer is. Dat betekent dat het effect 8x kleiner is bij 25 graden temp-verschil.... (je CPU meet intern de temp, en komt op iets van 50-60 graden uit. Dan zal het koelblok toch niet warmer dan 45 graden zijn?)

De straling is afhankelijk van de vierde macht van de temperatuur (boven absoluut nul), niet van het temperatuurverschil.
(Een lamp in een ruimte van 1000 graden schijnt niet minder licht uit dan een in een ruimte van kamertemperatuur. En in een metaalsmeltoven is alles rood- of geelgloeiend, hoewel alles dezelfde temperatuur heeft.)

e: Een hete omgeving straalt natuurlijk wel weer terug, zodat je netto koeling toch achteruit gaat. Maar hoe je dat dan moet berekenen ontgaat me voorlopig. :)

Wat de verschillende aandelen in de warmteafvoer zijn van een gewoon elektronicakoelblok weet ik niet. Straling zal al wel mee gaan doen, maar veel meer gaat toch door stroming de deur uit. Vandaar de ribben en het verticaal monteren daarvan.
Evengoed moet de warmte er dan wel goed 'uit' kunnen. Verf (door betere geleiding) of eloxatie (door een groter oppervlak) zouden daarbij kunnen helpen.

Maar die kleur zegt ook niet alles. De straling vind plaats op golflengtes groter dan zichtbaar licht. Als een verf voor ons oog zwart is zegt dat nog weinig over de weerkaatsing ervan voor infrarood, (waar bijna alle straling zit)
Ik weet niet wat de "kleur" van aluminium is voor infrarood. Misschien weerkaatst dat best weinig op die golflengtes.

Maar gewoon simpele praktische ervaring. Ook van een object van een graadje of 60 kan je best warmte voelen afstralen. En ik geloof niet dat ons lichaam nou echt erg gevoelig is daarvoor. Nouja, ik geloof tenminste niet dat het altijd alleen maar convectie is wat je voelt naast een warme pan bijvoorbeeld.

Ik heb me wel eens afgevraagd hoe je in zo'n geval het oppervlak en de ruwheid daarvan zou moeten bepalen; hoe groot het totale oppervlak van een object is, ligt voor een groot deel aan de manier van meten, en dus je keuze voor wat je als "vlak" veronderstelt.

Een plaat die voor het blote oog perfect vlak lijkt te zijn, is dat op microscopisch niveau natuurlijk niet. Als we zouden beginnen met een plaat die echt vlak is, dus waarvan het totale oppervlak gelijk is aan het product van de lengte en breedte (dus met een "correctiefactor" voor de ruwheid van 1), zouden we dat zomaar een factor 2 of 3 groter kunnen krijgen door het licht op te schuren.

De ribben op een koelblok zou je ook kunnen zien als extreme "ruwheid", en vaak zie je dat er op de ribben zelf weer kleine ribbels zijn aangebracht, schijnbaar om het oppervlak verder te vergroten. Tot welk niveau heeft de ruwheid nog een significante invloed op de warmteoverdracht?

Ik zou me zo voor kunnen stellen dat het bij geforceerde koeling (met een koelblok met ventilator) handig zou zijn om zoveel mogelijk turbulentie te creëren; als je een perfecte laminaire flow langs het oppervlak zou maken, waarbij de grenslaag dus niet loslaat, heeft de lucht die het dichtst bij het oppervlak is, een veel lagere snelheid, en zal dus langer in contact zijn met het oppervlak, waardoor deze opwarmt en de plaatselijke delta-t dus kleiner wordt. Daarmee lijkt het me dus handig om de vorm zodanig te kiezen dat de lucht die in contact is geweest met het oppervlak zo snel mogelijk vervangen wordt door "verse", koudere lucht. (merk op dat dit alles eerder speculatie is dan feitelijke informatie)

Als convectie de belangrijkste mode van transport moet zijn, is er wellicht een andere optimale vorm van een koelblok; ik kan me voorstellen dat het dan juist beter is om het koelblok in de verticale richting zo glad mogelijk te maken, zodat de luchtweerstand klein is, en de lucht in de grenslaag voldoende opwarmt om uit te kunnen zetten, omdat dat uiteindelijk de convectie moet veroorzaken.

Volgens mij maakt het voor straling niet uit of het oppervlak nu wel of niet ruw is. Het gaat grofweg om het oppervlak van het kleinst mogelijke doosje waar je het koelvlak in zou kunnen zetten.

Als je ergens een ribbeltje heb heb je wel meer oppervlak, maar het extra oppervlak dat je creeert straalt voor het grootste deel af op zichzelf.

(maar misschien is alles wat ik hierboven schrijf alleen maar waar voor perfecte zwarte strales. Ik kan me voorstellen dat het voor half reflecterende oppervlakken weer anders is)

Het totale oppervlak lijkt me inderdaad alleen van invloed op de afvoer door geleiding en convectie, en niet op de afvoer door straling, juist doordat het IR licht nauwelijks door de lucht die zich tussen de ribben bevindt wordt geabsorbeerd, en voor een aanzienlijk deel wel door het materiaal van het koelblok waar het vervolgens weer op valt.

Het zou toch mooi zijn als de coëfficiënten voor het uitstralen en absorberen onafhankelijk van elkaar zouden zijn, maar de wetten van de thermodynamica verhinderen dat; een dergelijk oppervlak zou immers een thermische diode zijn, die zonder extra energie afkoelt tot onder of opwarmt tot boven de temperatuur van de omgeving.

Op 19 juni 2014 08:53:59 schreef (Z)weetvoetje:
Maar die kleur zegt ook niet alles. De straling vind plaats op golflengtes groter dan zichtbaar licht. Als een verf voor ons oog zwart is zegt dat nog weinig over de weerkaatsing ervan voor infrarood, (waar bijna alle straling zit)
Ik weet niet wat de "kleur" van aluminium is voor infrarood. Misschien weerkaatst dat best weinig op die golflengtes.

Dat zou opzich kunnen, het gaat immers om de kleur van aluminiumoxide en niet om die van aluminium (mat versus glanzend).

Als je een IR thermometer hebt, zou het niet echt moeilijk moeten zijn om dat vast te stellen; als je een object hebt waarvan je weet dat het ook voor IR "zwart" is, en daar met zowel een IR thermometer als een thermokoppel o.i.d. de temperatuur van meet, en dezelfde meting herhaalt met een geverfd object op ongeveer dezelfde temperatuur, zou je toch een redelijk indicatie moeten krijgen, lijkt me.

Grappig idee: een goed stralend oppervlak lijkt voor de IR-thermometer heter, juist doordat het beter straalt - maar dus ook beter koelt, en in feite dus een iets lagere temperatuur zou kunnen hebben. :)

Ook met alleen een gewone thermometer zou je al een bruikbare proef kunnen doen: stook een bekend aantal watts op, en meet de temperatuur van het koelblok.
Druppeltje olie voor een goed warmtecontact tussen het blok en de bol van de thermometer; gewone olie uit de keuken werkt prima (want heeft daar een soortgelijk doel :)).

Op die manier kun je de proef ook wel doen, maar dan moet je dus wel 2 gelijke koelblokken hebben, waarvan je er één een kleurtje geeft en de andere niet. Met een IR thermometer erbij hoef je de temperatuur niet te loggen, en kun je ongelijke proefstukken (verschillende vorm/formaat/materiaal) gebruiken.

Ik zie het al helemaal voor me; FET wil een biefstukje bakken, maar ontdekt dat de boter op is, en gooit in plaats daarvan een dikke klodder koelpasta in de pan :-p

Op 19 juni 2014 13:54:15 schreef Frederick E. Terman:
gewone olie uit de keuken werkt prima (want heeft daar een soortgelijk doel :)).

Maar gaat wel veel sneller dan het juiste spul "bederven" / stinken.

Geen idee hoe dat smaakt; nooit durven proberen...

Ik heb eens geprobeerd de voetkraan van de CV-radiatoren in te regelen door de temperatuur van de retourleiding te meten met een IR-thermometer. Toen was goed merkbaar dat een glimmende buis heel andere waarden liet zien dan een matte. De handleiding van de thermometer waarschuwde trouwens ook voor dat effect.
Ik heb toen om elke leiding die ik wilde meten, een stukje zwart PVC-isolatieband geplakt, om daar de thermometer op te richten. Dat maakte de waarden in elk geval reproduceerbaar. De leidingen maten toen inderdaad een stuk heter.

@rew: dat valt bij maximaal 70 graden toch wel mee? Daarboven moet je tòch stoppen, dan is je koelblok toch te klein. ;)

http://www.fischerelektronik.de/fileadmin/fischertemplates/download/Ka…

Blz. A4

Bedankt iedereen voor jullie antwoorden en jullie kostbare tijd voor deze vraag!

Als ik alles zo lees, is experimenteren gewoon het beste. En zoals altijd, Meten is Weten!

Ok dan gaan we maar eens aan de slag ... ;-)

Op 19 juni 2014 13:54:15 schreef Frederick E. Terman:
Grappig idee: een goed stralend oppervlak lijkt voor de IR-thermometer heter, juist doordat het beter straalt - maar dus ook beter koelt, en in feite dus een iets lagere temperatuur zou kunnen hebben. :)

Ook met alleen een gewone thermometer zou je al een bruikbare proef kunnen doen: stook een bekend aantal watts op, en meet de temperatuur van het koelblok.
Druppeltje olie voor een goed warmtecontact tussen het blok en de bol van de thermometer; gewone olie uit de keuken werkt prima (want heeft daar een soortgelijk doel :)).

Misschien eens interessant voor je om dit te lezen...

http://www.hardwaresecrets.com/article/Does-Mayonnaise-Last-as-a-Therm…

Of deze met zelfs chocola en tandpasta

http://www.hardwaresecrets.com/article/Thermal-Compound-Roundup-Februa…

Over vulmiddel gesproken: in mijn ervaring werkt zelfs de slapste witte pasta beter dan de smeltmatjes die er tegenwoordig onder meegeleverde CPU-koelers zit.

Dat is allemaal al eens voorbij gekomen.... :-)

Op 19 juni 2014 18:55:26 schreef Gadget_inc:
Dat is allemaal al eens voorbij gekomen.... :-)

Yep! Das juist, maar wou het gewoon eens tonen, toch leuk.

Haha, ik in de aanslag met een ketel zwarte verf... ;-)

Van die kleine TV waar ik het eerder over had weet ik het wel zeker dat dit de oplossing was.

Na twee keer vervangen, kapot, bruin verkleurde printplaat en soldeer dat smelt. Met de derde keer hetzelfde IC, echter koelplaat in zwart gedaan... En weg problemen!

Op 19 juni 2014 16:03:00 schreef Frederick E. Terman:
Geen idee hoe dat smaakt; nooit durven proberen...

Ik heb eens geprobeerd de voetkraan van de CV-radiatoren in te regelen door de temperatuur van de retourleiding te meten met een IR-thermometer. Toen was goed merkbaar dat een glimmende buis heel andere waarden liet zien dan een matte. De handleiding van de thermometer waarschuwde trouwens ook voor dat effect.
Ik heb toen om elke leiding die ik wilde meten, een stukje zwart PVC-isolatieband geplakt, om daar de thermometer op te richten. Dat maakte de waarden in elk geval reproduceerbaar. De leidingen maten toen inderdaad een stuk heter.
[..]

Klopt, PVC tape werkt daar prima voor. Zie ook deze link: http://www.w0qe.com/IR_temperature_msmts.html

Heb zelf op die manier ook m'n radiatoren ingeregeld. Met een IR-thermometer is dat zo gepiept (ha-ha)