Sinds wanneer betekent iets afkoelen tegelijk opwarmen? Tijd voor wat natuurkunde voor beginners. Om te begrijpen hoe fanless pc-koeling werkt, is het van belang de basisprincipes van thermische overdracht uit te leggen. Denk eens terug aan je natuurkundelessen op de middelbare school. Hier leerde je dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd; het kan zich alleen verplaatsen of van vorm veranderen. Warmte zal op natuurlijke wijze van warm naar koud overgaan. Het begrip van de relatie tussen warmte en temperatuur is fundamenteel voor de manier waarop fanless computers worden gekoeld.

Als je zenuwachtig wordt van deze herhaling van je natuurkundelessen op de middelbare school, kunnen we het ook op een interessantere manier uitleggen: bijvoorbeeld hoe bier in jouw koelkast koud blijft. (Pak er maar eentje, wij wachten wel..). Dat perfect gekoelde biertje is zo koud, omdat jouw koelkast actief de warmte bij het bier wegtrekt en ergens anders naartoe verplaatst.

De natuurkundige principes die onze drankjes koud houden, zijn dezelfde als die verantwoordelijk zijn voor het koelen van fanless pc’s.

Een koelkast heeft als bijkomend voordeel dat hij een compressor gebruikt om snel warmte weg te halen en af te voeren naar de buitenkant van je koelkast. De warme lucht die langs je voeten naar buiten waait, is eigenlijk de warmte die voorheen in jouw lauwe bier zat. De welbekende ventilator-pc koelt op dezelfde manier, zonder een compressor. In plaats daarvan gebruikt hij de ventilator om die warmte van de interne componenten buiten de computerbehuizing te brengen.

Dit is over het algemeen een effectieve manier om een computersysteem goed te laten werken. De uitdaging is dat ventilatoren kunnen (en na verloop van tijd zullen) falen, waarbij ze soms het hele systeem met zich mee nemen. Vuil en stof hopen zich op bij interne componenten en ventilatorbladen, waardoor de warmte slechter wordt afgevoerd en de omgevingstemperatuur geleidelijk wordt verhoogd totdat het te laat is.

World's Dirtiest PC Week 4 Winner

Traditionele pc’s hebben de vieze gewoonte om tijdens het koelen stof, vuil en andere viezigheid naar binnen te zuigen

Fanless computers lossen dit probleem op door het grootste zwakke punt van de meeste pc’s weg te nemen: de ventilator. En met een goed ontwerp zijn er zelfs geen luchtopeningen nodig om lucht te laten circuleren, wat voor extra betrouwbaarheid zorgt door interne componenten af te schermen van al het vuil en stof in de omgeving. Maar hoe blijft een pc koel als er geen ventilator is om lucht te laten circuleren en er geen openingen in de behuizing zijn om warmte af te voeren, vooral met gevoelige elektronische componenten aan de binnenkant?

Hoe blijft een fanless pc koel?

De truc hier is om de hoeveelheid thermische energie die je uit de warmtegenererende componenten van het systeem kunt halen (processor, RAM, SSD, 4G-kaart, etc.), te optimaliseren en effectief af te voeren in de omgeving. Dit gebeurt niet alleen met het ontwerp van de heatsink zelf, maar ook door het aantal verbindingen of thermische overdrachtspunten te minimaliseren waar de warmte doorheen moet. Een route met zo weinig mogelijk stops is efficiënter dan een route met veel overgangen.

Zoveel warmte opgekropt in een metalen behuizing samen met gevoelige elektronica is toch vragen om problemen? Dit hoeft niet zo te zijn. Het is belangrijk om een onderscheid te maken tussen wat een persoon als ‘warm’ beschouwt en wat ‘te warm’ voor een computer betekent. Iemand die een oppervlak tussen 50 – 70°C aanraakt, zal onmiddellijk leren dat hij het niet te lang moet aanraken. Industriële elektronica kan echter prima presteren binnen dit bereik en zelfs verder daarbuiten; tot wel 90°C.

In OnLogic fanless computers gaat er warmte door thermische geleidingsmodules van warmtegevoelige componenten, zoals CPU’s en voedingen, naar de externe panelen van de computerbehuizing. Deze dienen als een gigantische heatsink met een groot oppervlak en hebben vinnen voor de warmteafvoer. Als je goed naar de vinnen kijkt, zul je merken dat zelfs sommige vinnen vinnen hebben in de vorm van ribbels!

Dit opvallende ‘kapsel’ is niet alleen voor de show:het ontwerp zorgt ervoor dat hitte wordt afgeven en opgenomen in de omliggende omgeving waardoor het systeem zichzelf koelt.

diagram of fanless pc cooling process

Een goed fanless pc-ontwerp minimaliseert thermische aanrakingspunten en verspreidt hitte over een groot oppervlak

De hoeveelheid warmte die een goed ontworpen fanless systeem kan transporteren is verbazingwekkend. Het grote oppervlak aan de buitenkant van de computerbehuizing zorgt voor een effectieve verspreiding van de warmte van interne componenten. Dit biedt de mogelijkheid om zelfs i7, i9, en Xeon processors draaiende te houden met maximale prestaties.

Door deze methode voor hitte-afwikkeling zullen de heatsink en de behuizing opwarmen, terwijl ze het systeem koelen. In tegenstelling tot veel andere elektronica is het een goede zaak dat een fanless computer opwarmt. Hitte aan de buitenkant betekent dat de computer met succes de warmte weghaalt aan de binnenkant en het snel naar de lucht aan de buitenkant verplaatst. Maar hoe voorkom je dat het systeem oververhit raakt of een veiligheidsrisico wordt, zeker als deze 24/7 aan staat?

Hoe fanless computers omgaan met oververhitting

Houd in gedachte dat de interne componenten die OnLogic in zijn computers gebruikt, getest zijn om normaal te presteren binnen specifieke temperatuurbereiken. Daarnaast is er veel tijd besteed aan het ontwikkelen en testen om een juiste balans te garanderen tussen de hoeveelheid af te voeren warmte en de hoeveelheid warmte die het systeem genereert.

Wanneer we een fanless systeem ontwerpen, zorgen we ervoor dat het systeem kan presteren binnen een vooraf vastgesteld kader om langdurige betrouwbaarheid te garanderen. We gebruiken ook UL94 V0 zelfdovende en niet-ontvlambare materialen voor extra zekerheid en als vereiste voor UL-Listing en CB-Schemes.

Interne stroomtoevoer kan ook een bron zijn van extra hitte, zeker wanneer een voedingsbron buiten de standaard gebruikersspecificaties wordt gebruikt. In dit geval kan de stroomtoevoer onstabiel zijn. Dit kan dan weer een aantal problemen veroorzaken, inclusief problemen met de hitte en spanning of zelfs falende hardware. Met onze externe stroomadapters halen we dit extra risico weg uit de pc om te zorgen voor effectieve koeling. Alle extra benodigde spanningsregelaars in de computer worden gekoeld door geleiding en natuurlijke convectie van de warmte van deze componenten naar de externe heatsink van de behuizing.

De koelingsprestaties van onze systemen zijn ook afgestemd op OSHA’s safe-touch-guidelines. Dit verzekert dat de externe oppervlakken en labeling consistent zijn met de vereisten voor veilig gebruik en bediening bij dit producttype. We hebben onze systemen zo ontworpen dat ze voldoen aan de UL 60950-1 en 62368-1 standaarden voor veilige werking en temperaturen.

We’ve designed our systems to comply with UL 60950-1 and 62368-1 standards for safe operation and temperatures.

We hebben onze systemen ontworpen om te voldoen aan UL 60950-1 en 62368-1 standaarden voor veilige werking en temperaturen.

Hoewel het mogelijk tegen het gezonde verstand ingaat dat een fanless pc opwarmt om zichzelf vervolgens te koelen, stelt het hopelijk gerust dat je nu weet dat dit volledig normaal is voor deze systemen. Wanneer ze op de juiste manier geconfigureerd en geïnstalleerd zijn, kan een fanless systeem jarenlang betrouwbaar werken zonder onderhoud of uitval.

Als je graag meer wilt lezen, kun je onze white paper bekijken die uitlegt dat er 5 manieren zijn waarop fanless computers jouw bedrijf kunnen helpen. Als je jouw eigen pc wilt configureren, kun je onze fanless industriële pc’s bekijken en contact met ons opnemen als er nog vragen zijn.

Download white paper to learn how fanless computers can help your business

Notitie: Deze blog is op 17 oktober 2018 gepubliceerd. De inhoud is bijgewerkt op 1 augustus 2020.