如何選擇正確的風(fēng)扇或鼓風(fēng)扇

所有需要使用風(fēng)扇散熱的電機(jī)與電子產(chǎn)品的設(shè)計工程師，必須決定一個特定系統(tǒng)散熱所需的風(fēng)量，而所需的風(fēng)量取決于了解系統(tǒng)的耗電量及是否能帶走足夠的熱量，以預(yù)防系統(tǒng)過熱的情形發(fā)生。事實顯示，系統(tǒng)的使用年限會由于冷卻系統(tǒng)的不足而降低，所以設(shè)計工程師也應(yīng)該明白，系統(tǒng)的銷售量與價格，可能因為系統(tǒng)的使用年限不符使用者的預(yù)期而下降。

欲選擇正確的通風(fēng)組件，必須考慮下列目標(biāo)：

空氣流動效率
最小的適合尺寸
最小的噪音
最小的耗電量
的可靠度與使用壽命
合理的總成本

以下三個選擇正確散熱扇或鼓風(fēng)扇的重要步驟，可幫你達(dá)成上述幾個目標(biāo)。

步驟一：總冷卻需求

首先必須了解三個關(guān)鍵因素以得到總冷卻需求：

必須轉(zhuǎn)換的熱量 (即溫差DT)
抵消轉(zhuǎn)換熱量的瓦特數(shù) (W)
移除熱量所需的風(fēng)量 (CFM)

　
總冷卻需求對于有效地運作系統(tǒng)甚為重要。有效率的系統(tǒng)運作必須提供理想的運作條件，使所有系統(tǒng)內(nèi)的組件均能發(fā)揮的功能與最長的使用年限。

下列幾個方式，可用來選擇一般用的風(fēng)扇馬達(dá)：

1.算出設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。
2.決定設(shè)備內(nèi)部所能允許的溫度上升范圍。
3.從方程式計算所需的風(fēng)量。
4.估計設(shè)備用的系統(tǒng)阻抗。
5.根據(jù)目錄的特性曲線或規(guī)格書來選擇所需的風(fēng)扇。

如果已知系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部散熱量與允許的總溫度上升量，可得到冷卻設(shè)備所需的風(fēng)量。

以下為基本的熱轉(zhuǎn)換方程式：

H = Cp×W×△T
其中
H = 熱轉(zhuǎn)換量
Cp = 空氣比熱
△T = 設(shè)備內(nèi)上升的溫度
W = 流動空氣重量
我們已知 W = CFM×D
其中 D = 空氣密度

經(jīng)由代換后，我們得到:

再由轉(zhuǎn)換因子(conversion factors)與代入海平面空氣的比熱與密度，可得到以下的散熱方程式：

CFM = 3160×千瓦／△℉
然后得到下列方程式：

其中
Q：冷卻所需的風(fēng)量
P：設(shè)備內(nèi)部散熱量 (即設(shè)備消耗的電功率)
Tf：允許內(nèi)部溫升 (華氏)
Tc：允許內(nèi)部溫升 (攝氏)
DT = DT1與DT2之溫差

溫升與所需風(fēng)量之換算表

例一：設(shè)備內(nèi)部消耗電功率為500瓦，溫差為華氏20度，下列為其計算結(jié)果：

或

例二：設(shè)備內(nèi)部消耗電功率為500瓦，溫差為攝氏10度：

或

步驟二：全部系統(tǒng)阻抗／系統(tǒng)特性曲線

空氣流動時，氣流在其流動路徑會遇上系統(tǒng)內(nèi)部零件的阻擾，其阻抗會限制空氣自由流通。壓力的變化即測量到的靜壓，以英吋水柱表示。

為了確認(rèn)每一槽排(slot)之冷卻瓦特數(shù)，系統(tǒng)設(shè)計或制造廠商不但必須有風(fēng)扇的有效風(fēng)扇特性曲線以決定其風(fēng)量，而且必須知道系統(tǒng)的風(fēng)阻曲線。系統(tǒng)內(nèi)部的零件會造成風(fēng)壓的損失。此損失因風(fēng)量而變化，即所謂的系統(tǒng)阻抗。

系統(tǒng)特性曲線之定義如下：

DP = KQn
其中 K = 系統(tǒng)特定系數(shù)
Q = 風(fēng)量 (立方呎)
n = 擾流因素，1 < n < 2
平層氣流時，n = 1
亂流氣流時，n = 2

步驟三：系統(tǒng)操作工作點

系統(tǒng)特性曲線與風(fēng)扇特性曲線的交點，稱為系統(tǒng)操作工作點，該工作點即風(fēng)扇佳運作點。

操作工作點

在工作點，風(fēng)扇特性曲線之變化斜率為最小，而系統(tǒng)特性曲線之變化率為。注意此時的風(fēng)扇靜態(tài)效率(風(fēng)量 ×風(fēng)壓 ÷耗電)為化。

設(shè)計時應(yīng)考慮項目：

1.保持空氣流動盡量不受阻擾，入風(fēng)口與出風(fēng)口保持暢通。
2.引導(dǎo)氣流垂直通過系統(tǒng)，以確保氣流順暢而提升冷卻效率。
3.如需加裝空氣濾網(wǎng)，應(yīng)考慮其增加的空氣流動阻力。

并聯(lián)與串聯(lián)運作

并聯(lián)運作就是并列使用兩個或兩個以上的風(fēng)扇。

并聯(lián)風(fēng)扇與單獨風(fēng)扇的運作曲線圖

兩個風(fēng)扇并聯(lián)所產(chǎn)生的風(fēng)量體積，僅在自由空間條件下，為單一風(fēng)扇風(fēng)量的兩倍，而當(dāng)并聯(lián)風(fēng)扇應(yīng)用于較高系統(tǒng)阻抗的情況時，系統(tǒng)阻抗愈高，并聯(lián)風(fēng)扇所能增加的風(fēng)量愈低。因此，并聯(lián)的應(yīng)用僅在低系統(tǒng)阻抗的情況下建議使用，即風(fēng)扇在幾乎自由送風(fēng)的情況下運作。

串聯(lián)風(fēng)扇與單獨風(fēng)扇的運作曲線圖

串聯(lián)運作就是串行使用兩個或兩個以上的風(fēng)扇。

兩個風(fēng)扇串聯(lián)產(chǎn)生的靜壓，在零風(fēng)量條件下可達(dá)兩倍，但在自由空間的情況下，并不能增加風(fēng)量。多加一個串聯(lián)風(fēng)扇，在較高靜壓之系統(tǒng)，可增加風(fēng)量。

因此，串聯(lián)運作對高系統(tǒng)阻抗的系統(tǒng)，可達(dá)到的效果。

噪音值

ARX風(fēng)扇的噪音是在背景噪音低于18 dBA無回響室中所測量。待測風(fēng)扇在自由空氣中運轉(zhuǎn)，距入風(fēng)口一米處置一噪音計。

音壓級(Sound Pressure Level)依背景因素而定，與音能級(Sound Power Level)由下列公式表示之：

SPL = 20㏒10P／Pref
及 SWL = 10㏒10W／Wref
其中 P = 音壓
Pref = 基準(zhǔn)音壓
W = 音源的噪音能量
Wref = 音源的噪音能量

風(fēng)扇的噪音值通常以音壓級(SPL)之倍頻帶繪出。分貝(dBA)的改變所形成的效應(yīng)，如下列征兆所示：

3 dBA 幾乎沒有感覺
5 dBA 感覺出來
10 dBA 感覺兩倍大聲響

噪音程度：
0 ~ 20 dBA 很微弱
20 ~ 40 dBA 微弱
40 ~ 60 dBA 中度
60 ~ 80 dBA 大聲
80 ~ 100 dBA 很大聲
100 ~ 140 dBA 震耳欲聾

如何達(dá)成低噪音

下列五項準(zhǔn)則提供風(fēng)扇使用者方法，以降低噪音至最?。?

1.系統(tǒng)阻抗： (System Impedance)

一個機(jī)殼的入風(fēng)口與出風(fēng)口之間范圍占全部系統(tǒng)阻抗的60%至80%，另外氣流愈大，噪音相對愈高。系統(tǒng)阻抗愈高，冷卻所需的氣流愈大，因此為了將噪音降至最小，系統(tǒng)阻抗必須減至程度。

2.氣流擾亂

延著氣流路徑所遇到的阻礙而造成的擾流會產(chǎn)生噪音。因此任何阻礙，特別在關(guān)鍵的入風(fēng)口與出風(fēng)口范圍，必須避免，以降低噪音。

3.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與尺寸

由于高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇比低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇產(chǎn)生較大的噪音，因此應(yīng)盡可能嘗試及選用低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇。而一個尺寸較大、轉(zhuǎn)速較低的風(fēng)扇，通常比小尺寸、高轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇，在輸送相同風(fēng)量時安靜。

4.溫度升高

在一個系統(tǒng)內(nèi)，冷卻所需的風(fēng)量與允許的溫升成反比。允許溫升稍微提高，即可大量減少所需的風(fēng)量。因此，如果對強(qiáng)加之允許溫升的限制略微放松一些，所需風(fēng)量將可降低，噪音亦可降低。

5.振動

有些情形，整個系統(tǒng)的重量很輕，或系統(tǒng)必須按照某種規(guī)定方式運作時，特別建議采用柔軟的隔絕器材，以避免風(fēng)扇振動的傳遞。

6.電壓變動

電壓變動會影響噪音程度。加到風(fēng)扇的電壓愈高，因轉(zhuǎn)速升高，振動就愈大，產(chǎn)生的噪音也愈大。

7.設(shè)計的考慮：

構(gòu)成風(fēng)扇的每一零件設(shè)計，均會影響噪音程度。下列設(shè)計的考慮可達(dá)成降低噪音：繞線鐵心的尺寸，扇葉與外框的設(shè)計及精確的制造與平衡。