Leistung von Radiatoren aktiv/passiv abschätzen

[Duke711]

Gab es schon mal, habe ich nun etwas aufbereitet.
Das Diagramm bezieht sich auf einen 240x30 mm Radiator mit einen Finnenabstand von 1,5 mm.


Was kann man aus diesen Diagrammen ableiten?

• Man kann den optimalen Durchfluss in Abhängigkeit der Lüfterdrehzahl ermitteln
• Man die Leistung von anderen Radiatoren aktiv, sowohl als passiv abschätzen.

Hier zu sei noch anzumerken, dass ich vermutlich gegen Ende diesen Jahres sämtliche Radiatoren inkl. solcher Diagramme veröffentlich werde. Dann kann man die Leistung anhand der Diagramme für den jeweiligen Betriebspunkt genau ermitteln.


- Wie kann ich nun die Leistung abschätzen?

Die Leistung proportional zum dT. Das Diagramm bezieht sich auf 20. Bei 10 würde sich also die Leistung halbieren. Diese Annahne trifft auch exakt in der Praxis zu. Also einfach ein Verhältnis bilden und das mit der Leistungsangaben im Diagramm multiplizieren.

Konkretes Beispiel:

Angenommene TDP von 400 W. Nun anhand des gewünschten Durchfluss und Drehzahl nun die Leistung im Diagramm entnehmen, ansschließlich daraus nun ein Verhälltnis bilden. Also z.B. 600 W aus dem Diagramm entnommen-> (400 /600) * 20 --> 20 war der dT im Diagramm = 13,3 K D.h. Die Wassertemperatur am Eingang pendelt sich um 13,3 K überhalb der Raumtemperatur ein. Bei 25 °C wäre das ein Wassertemperatur von 38,3 °C am Einlass.

Wie hoch ist aber nun die Durchschnittswassertemperatur?

Hier sollte man selektiv vorgehen. D.h. man betrachtet die Wassererwärmung pro Komponente
--> CPU 250 W = Aus den Durchfluss wird über die Dichte der Massenstrom in kg/s bestimmt --> z.B. 50 l/h * 998,2 kg/m³ = 0,01386 kg/s das mal die Wärmekapazität z.B. 4182 j/kg = 0,01386 kg/s * 4182 j/kg = 57,96252 W. Nun einfach wieder ein Verhänltnis bilden -> 250 W / 57,96252 W ungefähr 4,3 K. Das Wasser erwärmt sich also im CPU kühler um 4,3 K.

Wenn man nun konsequent rechnet kann man die Wassertemperatur und die Komponenten Temperatur sehr gut aufschlüsseln. Einfach dazu meine anderen Threads mal anschauen. Das gleiche Verfahren kann man übrigens auch beim Radiator anwenden und so sehr leicht die Ausgangstemperatur am Radiator ermitteln.


Kann ich das auf andere Radiatoren übertragen?

Ja bedingt. Auf Radiatoren gleicher Dicke (30 mm) ist der Fehler gering, kleine Ungenauigkeit bezüglich der Lamellendichte.

z.B Radiator 480 mm --> hier einfach das Verhältnis der Fläche ausrechnen: 480*120 / 240* 120 = 2. Der 480er hat somit die doppelte Leistung, somit die Werte im Diagramm mit den Faktor 2 multiplizieren.
Bei großen Durchflusswerten ist kein Fehler zu erwarten. Bei geringen dagegen schon. Da mit zunehmender Rohrlänge das Wasser sich erwärmt. Man sollte dann die Durchflusswerte dementsprechend anpassen. D.h. die Werte verschieben sich dann zu höheren Durchflüssen.


- Wie schaut es bei 140 mm Lüfter aus?

Hier muss dann die Abweichung in der Drehzahl beachtet werden konkret. Wird hier das Verhältnis aus die Strömungsgeschwindigkeit gebildet. Dazu Tabelle L1 beachen. Links 120 mm, rechts 140 mm Lüfter.
z.B: 120 mm 0,9 m/s --> 140 mm --> 1 m/s --> 0,9/1 = 0,9. Alle Drehzahl Werte im Diagramm sind dann mit 0,9 zu multiplizieren. D.h. ist Wert Lüfter 1000 rpm 0,9 = abzulesender Wert im Diagramm --> 900 rpm.


- Wie ist der Sachverhalt bei seriell geschalteten Radiatoren?

Gleicher Sachverhalt wie beim Beispiel der Wassererwärmung pro Komponente. Selektives vorgehen.


Weiteres und deutlich ausführlicher vermutlich gegen Ende diesen Jahres.

 

[K7Fan]

Spricht etwas dagegen zusätzlich zu den Diagrammen die relevanten Kenngrößen k und A anzugeben? Da alle Exemplare eines Radiatormodells praktisch die gleiche Fläche haben reicht sogar k*A. Daraus kann der ganze Rest, in für eine PC Wasserkühlung hinreichender Zuverlässigkeit, einfach und frei dimensioniert werden.

Wenn der verwendete Messplatz einen Differenzdrucksensor über den Radiator hat wären die Daten daraus auch von Interesse um bei der Dimensionierung eines Systems den Durchfluss berechnen zu können. Wenn nicht wäre zu überlegen einen nachzurüsten .

Hier zu sei noch anzumerken, dass ich vermutlich gegen Ende diesen Jahres sämtliche Radiatoren inkl. solcher Diagramme veröffentlich werde.

Ich weiß zwar nicht wie viele genau "sämtliche" Radiatoren sind aber das klingt nach einer riesigen Menge an Messungen und gewaltigem Aufwand. Respekt und ganz großen Daumen rauf dafür .

 

[0-8-15 User]

Was glaubst du, woran es liegen könnte, dass deine Ergebnisse im Vergleich zu der Testreihe (von xtremerigs.net) mit zunehmender Drehzahl nach unten abdriften?

 

[Duke711]

Den k Wert kann man sich ja selber ausrechnen:

q = k * A * logdt

A im Dateianhang. Erklärung zum logdt z.B: hier:

https://www.schweizer-fn.de/waerme/waermetauscher/waermetauscher.php


@0-8-15 User

Durchfluss.

0,5 GMP = 113,5 l/h
1 GMP = 227,12 l/h

usw. Da limitiert der Durchfluss nicht, vermutlich hat man diesen deshalb so hoch angesetzt.

 

[estros]

Was glaubst du, woran es liegen könnte, dass deine Ergebnisse im Vergleich zu der Testreihe (von xtremerigs.net) mit zunehmender Drehzahl nach unten abdriften?

Ich bin zwar nicht der Tester, aber auf welche Ergebnisse stützt du dich konkret von xtremerigs?
Schmale Radiatoren haben eine geringere absolute Tauschleistung. Das wirkt sich bei hoher Drehzahl aus und ist völlig normal. Und die Testkonstellation sollte stets betrachtet werden, werden unterschiedliche Tests verglichen. Vor allem die Pumpe mit ihren technischen Eigenschaften ist eine andere.

 

[0-8-15 User]

Ich bin zwar nicht der Tester, aber auf welche Ergebnisse stützt du dich konkret von xtremerigs?

Wenn wir mal als Beispiel den Alphacool ST30 Radiator betrachten. Dann ergibt sich folgendes Bild:

ST30	750 RPM	1300 RPM	1850 RPM
Duke711	130 W	185 W	222 W
xtremerigs	174 W	262 W	327 W
	+ 34 %	+ 41 %	+ 47 %

Der überproportionale Leistungszuwachs von 750 RPM auf 1300 RPM lässt sich meiner Meinung nach nur teilweise durch den höheren Durchfluss erklären.

Der relative Leistungsunterschied wächst um mehr als 5 %, eine obere Schranke für den, durch den doppelten Durchfluss erklärbaren Zuwachs (welche sich aus den Werten für 71,5 l/h bzw. 135,7 l/h ergibt) sind aber weniger als 4 %. Da muss noch irgendein anderer Effekt mit reinspielen.

Nachtrag: Aber ich muss zugeben, dass ich, als ich die Frage ursprünglich gestellt habe, die Werte nur im Kopf überschlagen habe, und dabei auf einen deutlich größeren Unterschied gekommen bin. Im Grunde bin ich erstaunt, wie gut die Simulation die Realität abbildet.

 

[Duke711]

Update thr Plot.

 

[Rickmer]

Beim W1.jpg, W2 und thr solltest du eventuell die y-Achse bei 0 anfangen lassen, auch wenn der erste Wert drüber liegt. Der Abstand zu 0 ist nicht groß und würde ein besseres absolutes Bild erzeugen.


Ansonsten - planst du die Messreihe noch einmal mit einem Radiator in Extrabreit (also 60-90mm Dicke) durchzuführen? z.B. mit einem Alphacool NexXxoS Monsta 240?

Aus den Durchfluss wird über die Dichte der Massenstrom in kg/s bestimmt --> z.B. 50 l/h * 998,2 kg/m³ = 0,01386 kg/s das mal die Wärmekapazität z.B. 4182 j/kg = 0,01386 kg/s * 4182 j/kg = 57,96252 W. Nun einfach wieder ein Verhänltnis bilden -> 250 W / 57,96252 W ungefähr 4,3 K.

So weit so einleuchtend, aber müsste das nicht 57,96 W/K sein? Wärmekapazität ist ja auch j/(kg K)

 

[Duke711]

Die Gleichung ist etwas unsauber dokumentiert:

Q = cp * dT * m'

dT = Q / cp * m'

K = W (j/s) / J/ kg * K * kg /s = K, alle anderen Einheiten kürzen sich raus.

 

[zak1976]

Hut Ab für deine Herangehensweise, leider fehlen da noch deutlich mehr Parameter um eine genaue Ableitung zu erhalten, es ist jedoch eigentlich gar nicht notwendig.
Es gibt doch so viele Tests, die genau genug zeigen, wie was dimensioniert werden muss, bzw. wie Leistungsfähig Radiatoren sind.
Es gibt doch gar nicht so extreme Unterschiede, nehmen wir mal 360er als Beispiel, die führen grob zwischen 160 und 190W an Wärme ab bei Push Lüfterbetrieb (Angabe bezieht sich auf 800RPM) und gängigem Duschfluss. Das lässt sich auf größere oder kleinere Radis recht einfach (grob) umrechnen und passt für eine grobe Abschätzung. Warum der Aufwand mit der Berechnung?