2012-06-15
"Wydajność wentylatorów - mity i fakty” to realne testy wydajności wentylatorów (stosowanych w komputerach klasy PC) w różnych warunkach i założeniach. Zweryfikujemy tutaj wydajność zarówno kilku starszych “śmigiełek” jak także całkiem nowych wentylatorów.

Założenia pomiarowe do testów:

• pomieszczenie zamknięte o powierzchni ok. 15 m ² (kształtem przypominające prostokąt)
• temperatura panująca w pomieszczeniu: ok. 23 stopnie Celsjusza
• odległość od najbliższej ulicy: ok. 25 m
• pozycja wentylatora podczas pomiaru: pionowa (klasyczna)

Sprzęt pomiarowy:

• Voltcraft DL-160S (zakres działania: 30-130 dB)
• długość każdego pomiaru: 30 s

Każdy pomiar wykonywany był przynajmniej dwukrotnie a w przypadku gdy coś zakłóciło poziom tła (np. przejeżdżający samochód czy też Pani przechodząca na "szpilkach") dokonywano kolejnego/nowego pomiaru. Poziom głośności na wykresach oznacza tzw. „maksymalny peak” zarejestrowany przez urządzenie pomiarowe.

Sprzęt pomiarowy i akcesoria używane podczas testów wydajności wentylatorów:

• anemometr AM-4836V; długość każdego pomiaru: 10 s
• tuba o średnicy wewnętrznej 70 mm (dostosowana do sondy anemometru); długość: 30 cm
• Bitspower fan adapter 80/92 – 120mm UV BLUE
• Bitspower fan adapter 120 – 140mm czarny
• cooler CPU: SilentiumPC Fera HE1224
• panel sterujący: Lamptron FCT

Parametry i wzory wykorzystywane przy obliczeniach:

• promień tuby (r): 35 mm (0,0035 m)
• wewnętrzna średnica tuby (R): 70 mm (0,07 m)
• średnica sondy anemometru: 70 mm
• pole przekroju tuby (P): ∏ x r² => pole przekroju tuby (P): 0,004 m²
• wydajność (CFM): (m³/min* x 60) / 1,7

* odczyt bezpośrednio z wyświetlacza anemometru

I. Wydajność @ 800 RPM:

Na początek proponuję wyniki z najprostszych pomiarów czyli m/s przy różnych trybach (oczywiście każdy tryb jest bardzo ważny co już niegdyś udowodniłem):

• m/s na końcu tuby
• m/s tuż za wentylatorem
• m/s 5 cm za wentylatorem

Jeśli chodzi o dokładne miejsce pomiaru m/s w trybie „tuż za wentylatorem” i „5 cm za wentylatorem” wybrany był naturalnie punkt pomiarowy gdzie odczyt był możliwie największy – między ramką wentylatora a rotorem. Jak się potem okaże są to dość ważne pomiary, gdyż wentylatory mają różną konstrukcję (chodzi nie tylko o ilość i kształt łopatek) przez co czasem ewentualne różnice między nimi widać dopiero po rozpatrzeniu dużej liczby różnych pomiarów. Oto jak to wygląda w praktyce:

Wydajność wentylatorów @ 800 RPM

Wydajność wentylatorów @ 800 RPM

Wydajność wentylatorów @ 800 RPM

Teraz z kolei proponuję określenie tego, jak bardzo deklarowane przez producenta parametry wydajności wentylatorów (czyli przede wszystkim „sławetny” parametr CFM) przekładają się na fakty w realnych/”domowych” warunkach. Do wyznaczenia CFM zastosowane było oczywiście następujące przeliczenie:

1 CFM = (m³/min. x 60) / 1,7

Naturalnie wartość „m³/min.” odczytywana była bezpośrednio z wyświetlacza anemometru zaś sam pomiar wykonywany był na końcu tuby (wentylator zamontowany był z przodu tuby i „dmuchał” przez nią). Cóż, rzućmy zatem okiem na poniższe wykresy aby zweryfikować, który wentylator faktycznie w tym teście ma największą wydajność (a przynajmniej spośród dotychczas przetestowanych konstrukcji):

Wydajność wentylatorów @ 800 RPM

Na koniec prezentuję pomiary m/s za radiatorem. Co ciekawe w przypadku testowanych wentylatorów tylko część z nich potrafiła zagwarantować na tyle duży „podmuch” aby urządzenie pomiarowe to wychwyciło (minimum 0,3 m/s):

Wydajność wentylatorów @ 800 RPM

II. Wydajność @ MAX RPM:

Tak jak powyżej na początek proponuję wyniki z najprostszych pomiarów czyli m/s przy różnych trybach (oczywiście każdy tryb jest bardzo ważny co już niegdyś udowodniłem):

• m/s na końcu tuby
• m/s tuż za wentylatorem
• m/s 5 cm za wentylatorem

Jeśli chodzi o dokładne miejsce pomiaru m/s w trybie „tuż za wentylatorem” i „5 cm za wentylatorem” wybrany był naturalnie punkt pomiarowy gdzie odczyt był możliwie największy – między ramką wentylatora a rotorem. Jak się potem okaże są to dość ważne pomiary, gdyż wentylatory mają różną konstrukcję (chodzi nie tylko o ilość i kształt łopatek) przez co czasem ewentualne różnice między nimi widać dopiero po rozpatrzeniu dużej liczby różnych pomiarów. Oto jak to wygląda w praktyce:

Wydajność @ MAX RPM

Wydajność @ MAX RPM

Wydajność @ MAX RPM

Teraz z kolei proponuję określenie tego, jak bardzo deklarowane przez producenta parametry wydajności wentylatorów (czyli przede wszystkim „sławetny” parametr CFM) przekładają się na fakty w realnych/”domowych” warunkach:

Wydajność @ MAX RPM

Na koniec prezentuję tak jak poprzednio pomiary m/s za radiatorem. Co ciekawe w przypadku testowanych wentylatorów tylko część z nich potrafiła zagwarantować na tyle duży „podmuch” aby urządzenie pomiarowe to wychwyciło (minimum 0,3 m/s):

Wydajność @ MAX RPM

III. Wydajność wentylatorów - mity i fakty czas na podsumowanie

Przy okazji takiego dużego testu należy wyjaśnić jeszcze kilka innych kwestii. Jedną z nich jest to, że test taki wykazał przydatność różnych wentylatorów w różnych warunkach pomiaru:

• tuba < – możliwość wyznaczenia realnego CFM (są na to co najmniej dwa sposoby: odczyt m³/min i przeliczenie do CFM lub odczyt m/s i przeliczenie na CFM)
• pomiar m/s <- w teorii bardzo prosty parametr ale potrafi pokazać jak mocny strumień powietrza wentylator potrafi wytworzyć a ponadto może być używany do wyznaczenia CFM

Dlaczego zatem w teście znalazło się aż tyle różnych pomiarów m/s (na końcu tuby, za wentylatorem i za coolerem CPU) skoro w teorii wystarczyłby standardowy pomiar CFM? Już spieszę z wyjaśnieniami…

Po pierwsze to jak wiadomo wartość CFM wyznaczano tutaj poprzez przeliczenie m³/min. na CFM (ze wzoru, który podawałem za każdym razem). Oczywiście dało się też zauważyć, że urządzenie pomiarowe ma pewien margines błędu pomiarowego oraz czułość i potrafiło wyznaczać wartości różniące się po przeliczeniu o 3,5-3,6 CFM. Z tego też względu w teście tym możemy mówić o tzw. “klasach wydajności” (byłoby ich tutaj aż dziewięć). Dzięki temu wiemy już o jednym aspekcie pomiarów wydajności wentylatorów, którego musimy być świadomi ilekroć patrzymy na podawane przez producenta parametry. Mowa tutaj naturalnie o klasie urządzenia pomiarowego. Wystarczy bowiem, że urządzenie pomiarowe będzie miało inny margines błędu pomiarowego (lub inną “czułość”) a zmianie ulegną nie tylko same wartości CFM ale także relacje między poszczególnymi wentylatorami. W związku z tym zauważalne przez nas użytkowników różnice pomiędzy wydajnością wentylatorów byłyby np. między 35,3 CFM a 28,2 CFM. Czy to zatem oznacza, że wszystkie dotychczasowe testy nie są odpowiednio miarodajne? Nie, po prostu my jesteśmy świadomi błędów pomiarowych, które można przy takich rozbudowanych testach popełniać a ponadto wszystkie wentylatory były u nas testowane w różnych trybach aby zminimalizować owe możliwe błędy pomiarowe.

Drugiem aspektem, który koniecznie trzeba wyjaśnić to to, jak rzetelnie producenci wyznaczać mogą CFM. Tak jak wspomniałem mogą mieć do tego lepszej klasy anemometry, które bezpośrednio precyzyjnie wskazują wartości CFM a tym samym mają wskazania “z pierwszej ręki”, bez zbędnych przeliczeń. Warto jednak zwrócić uwagę, że w tym momencie musimy także im zawierzyć co do tego czy urządzenie pomiarowe zostało poprawnie “skalibrowane”. Anemometry mierzą bowiem wartości m³/min po przeliczeniu strumienia powietrza padającego na określoną powierzchnię (w tym przypadku w oparciu o średnicę tuby). Wystarczy jednak minimalnie źle “skalibrować” urządzenie (np. przez nieuwagę) i mamy następujący efekt:

• urządzenie skalibrowane do średnicy 70 mm => wskazania przykładowego wentylatora: 0,5 m³ /min. => 17,6 CFM
• to samo urządzenie skalibrowane do średnicy 80 mm => wskazania przykładowego wentylatora: 0,6 m³ /min. => 21,1 CFM

Kolejną rzeczą, którą wręcz trzeba tutaj poruszyć to to, których wartości używamy do wyznaczenia CFM jeśli nie mamy jego bezpośredniego odczytu z urządzenia pomiarowego. Można bowiem wtedy CFM wyznaczyć wykorzystując wartości m³/min lub też wykorzystać do tego najprostszy parametr, który tutaj mierzyliśmy czyli m/s. Jak to się ma w praktyce wyjaśni nam poniższy przykład:

• Noiseblocker MF12-S3: odczyt 1 m³/min => 35,3 CFM
• Noiseblocker MF12-S3: odczyt 4 m/s => 32,3 CFM (przydatny “kalkulator”)

Żeby jednak nie było jeszcze tak wszystko jasne, to uwzględnijmy czwartą już kwestię czyli to, że pomiarów m/s dokonywać można w różnych warunkach (tuba, cooler CPU lub wentylator “wolno stojący”) i różnych odległościach od wentylatora. Jakie to ma znaczenie? Cóż, wystarczy chyba argument, że wartości m/s w zależności od trybu testu różnić się mogą kilkukrotnie (np. pomiar na końcu tuby vs pomiar za radiatorem) a poszczególne wyniki będą diametralnie różne.

Podejrzewam, że wpływ na poszczególne odczyty z urządzeń pomiarowych mają także takie czynniki jak:

• długość tuby do pomiarów
• średnica sondy pomiarowej
• temperatura i wilgotność powietrza
• izolacja sondy pomiarowej od otoczenia
• materiał, z którego wykonane są ściany tuby
• materiał, z którego wykonane są łopatki sondy pomiarowej
• rodzaj łożyska wykorzystanego w konstrukcji sondy pomiarowej

jednak aż tak szczegółowych testów niestety nie mamy możliwości prowadzić (chociaż może to nawet i lepiej). W każdym razie mam nadzieję, że kilka powyższych wyjaśnień zagwarantuje użytkownikom znacznie szerszą perspektywę na deklarowaną przez producentów wydajność wentylatorów. Mam także nadzieję, że całość podkreśliła, że wcale nie jest to taka prosta sprawa do weryfikacji i że wydajność wentylatorów należy rozpatrywać w naprawdę różnych aspektach 

Nadesłał: Chlodzenie_net