Chłodzenie wodne i pompami cieplnymi

Chłodzenie wodne elektroniki jest produktem niszowym i specjalistycznym, niemniej w wielu obszarach takich jak sprzęt medyczny jest ono niezastąpione. Pojawia się w aplikacjach, gdzie trzeba odprowadzić dużą moc cieplną, a z różnych przyczyn nie da się użyć wentylatorów i radiatorów. Chłodzenie wodne to rozwiązanie ciche i jako jedno z niewielu pozwalające na odsunięcie wymiennika ciepła z otoczeniem na sporą odległość od chłodzonego elementu.

Poza medycyną pojawia się ono na farmach serwerów, w urządzeniach energoelektronicznych i telekomunikacyjnych. Gdy skala obiektu jest duża, takie rozwiązanie jest nierzadko korzystne od strony ekonomicznej, ponieważ pozwala na odbieranie ciepła od wielu elementów za pomocą jednego systemu.

Najważniejsze cechy systemu chłodzenia lub grzania

Główne cechy dobrego systemu zarządzania ciepłem to zdaniem pytanych w ankietach specjalistów wydajność cieplna, niezawodne działanie i cicha praca, a w dalszej kolejności mała waga. Nietrudno zauważyć, że z przedstawionego zestawu nie da się wybrać produktów, które miały cztery takie cechy jednocześnie. Wybranie nawet trzech kryteriów wydaje się niemożliwe w zakresie jednego produktu związanego z chłodzeniem, realne są dwa z czterech, co powoduje, że systemy stają się kosztowne, złożone, a czasem zmagają się z jakością, w zależności od tego, na co postawi w swoich decyzjach konstruktor. Zaskakujące jest to, że duża odporność środowiskowa, a więc jedno z ważniejszych kryteriów technicznych dla urządzeń przemysłowych, znalazła się na dole rankingu. Prawdopodobnie dlatego, że jest ona problemem tylko dla wentylatorów.

Chłodzenie wodne jest tutaj nierzadko dobrym kompromisem po stronie kosztów. W ostatnim okresie widać wzrost zainteresowania takimi systemami, a po stronie ofert dostępność gotowych rozwiązań zawierających wszystkie elementy, czyli pompę wodną, przewody, chłodnicę i radiator odbierający ciepło. Na rynku można znaleźć wiele produktów ukierunkowanych pod kątem wykorzystania w takich aplikacjach, np. radiatory z płaszczem wodnym, pompy cieczy, chłodnice zewnętrzne wraz z zespołem wentylatorów. Produkty takie są dostępne w różnych wymiarach i kształtach, co pozwala na dopasowanie ich do miejsca i panujących warunków zabudowy.

Poza nimi niezbędne są pompy cieczy, rury a także złącza pozwalające na wygodne budowanie i serwisowanie instalacji wodnych, np. wymianę czynnika chłodzącego, rozbudowę lub wymianę elementów bez konieczności demontażu całości. Złącza do rurek zapewniające możliwość łatwego montażu elementów i z wbudowanym odcięciem zapobiegającym wyciekowi po rozłączeniu wydają się kluczowym elementem sprzyjającym inwestycji w takie rozwiązania.

Rozwiązania sprężarkowe układów chłodzenia, czyli pompy cieplne, to produkty specjalistyczne i wymagane w zastosowaniach, gdzie trzeba zapewnić chłodzenie dużej mocy przy wysokiej temperaturze otoczenia. Niemniej w wielu takich aplikacjach, jak nietrudno zaobserwować, przyglądając się infrastrukturze stacji telefonii komórkowej, instaluje się zwykłe klimatyzatory typu split. Pompa cieplna do aplikacji mniejszej mocy to oczywiście ogniwo Peltiera.

Znaczenie dla biznesu produktów związanych z zarządzaniem ciepłem

Komponenty i materiały do chłodzenia i grzania wydają się idealnym dodatkiem do wielu obszarów dystrybucji, a ich uniwersalny i utylitarny charakter ma z pewnością w tym spory udział. Podobnie jest w przypadku wielu innych obszarów produktowych, które nie mają samodzielnie na tyle dużego potencjału na naszym rynku, aby pozwolić na stworzenie specjalistycznej firmy ukierunkowanej wyłącznie na taki obszar. Mimo to co czwarte wskazanie przeczy tej tezie i sygnalizuje wysoki stopień specjalizacji. Ten wyjątek i wyłom w szerokim postrzeganiu rynku tworzą lokalne biura producentów urządzeń do chłodzenia zaopatrujący rynek przemysłowy oraz dostawcy materiałów.

Z uwagi na małą sprawność elementy te wykorzystuje się do obniżania temperatury wybranych podzespołów poniżej temperatury otoczenia, np. sensorów półprzewodnikowych po to, aby obniżyć poziom szumów. Mają one na tyle małą pojemność cieplną, że nawet taka mało wydajna chłodziarka jest w stanie być skuteczna, tym bardziej że ogniwa Peltiera można łączyć szeregowo w stosy. Chłodziarki termoelektryczne są też produkowane w wersjach do chłodzenia szaf sterowniczych i systemów automatyki, niemniej trudno nazwać je efektywnymi energetycznie.

W elektronice profesjonalnej nie spotyka się natomiast rozwiązań bazujących na przewodach cieplnych (heat pipe, ciepłowód) znanych z laptopów i domowych komputerów. Ich skuteczność ograniczona jest do wąskiego zakresu temperaturowego narzucanego przez parametry cieczy znajdującej się wewnątrz miedzianej rurki oraz stosunkowo niską wydajność transmisji ciepła.

Zestawy wentylatorowe i bloki chłodzące

Poza wentylatorami na rynku dostępne są także bloki chłodzące zawierające kilka wiatraków umieszczonych we wspólnej obudowie wraz z układem sterującym. Są też wersje zawierające dopasowany konstrukcyjnie do wymagań chłodzenia wymuszonego radiator z dmuchawą. Takie komplety najczęściej są dopasowane mechanicznie do instalacji w popularnych szafach i obudowach przemysłowych, mogą być też montowane w chassis typu rack.

Struktura sprzedaży produktów do zarządzania ciepłem

Obroty dostawców materiałów i komponentów do zarządzania ciepłem w urządzeniach dla połowy dostawców nie przekraczają 1 mln złotych rocznie, a co trzecia firma ma je na poziomie poniżej 100 tys. zł. Niewielkie sumy to z pewnością efekt rozproszenia rynku między wiele firm, ograniczonego potencjału rynkowego tych wyrobów a także to, że nie wszyscy dzielą się informacjami o wielkości swojej sprzedaży. Na obrotach ciąży także to, że w miarę jak współczesna elektronika pobiera coraz mniejszą moc, zapewnienie chłodzenia staje się coraz tańsze. Małe radiatory, wentylatory lub porcje materiału termoprzewodzącego nie kosztują dużo i nawet po przemnożeniu przez wolumeny produkcyjne często nie stają się znaczącym kosztem. Dlatego też omawiana grupa produktów, pomijając wyjątki, będzie dodatkiem do całej dużej reszty komponentów.

Wygoda użycia i uniwersalne wykonanie w postaci np. szuflady, którą można wsunąć niczym półkę pomiędzy sprzęt w szafie technicznej, powoduje, że coraz powszechniej wykorzystuje się je w zastosowaniach przemysłowych. Atutem bloków wentylatorowych jest też to, że są one niezwiązane z konstrukcją mechaniczną obudowy lub chassis i mogą być dodawane w czasie modernizacji lub rozbudowy systemu.