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Nouvelle théorie sur les besoins de la ventilation !
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 4:03 am    Sujet du message: Nouvelle théorie sur les besoins de la ventilation ! Répondre en citant Back to top

Salut tout le monde !

En continuant d'apporter une dimension scientifique à l'ouvrage qu'est PCS, et surtout, en cherchant une réponse à un watercooling éventuel de mon GPU en utilisant un VGA Silencer, j'ai eu une idée ; comment expliquer, sous forme mathématique, la relation entre le débit d'air, la puissance dissipée par le système, et la différence de température entre l'air entrant et l'air sortant ?

Pour commencer, je tiens à dire que c'est un cas simplifié, où il n'y a qu'une entrée d'air et une sortie d'air, et que l'air est bien brassé.

C'est très simple ; l'air qui transite pendant une période de temps, va chauffer, et va donc accumuler l'énergie fournie par la dissipation thermique des composants.

Avec quelques formules de physique, il est possible de savoir quelle quantité d'énergie permet de chauffer une certaine quantité d'air. Wink

Pour cela, imaginons l'énergie dissipée par le PC en un certain temps ; cette énergie est absorbée entièrement ou presque par l'air qui refroidit le PC en entrant et sortant du boîtier. Le volume de cet air peut être calculé par le produit du débit et de la période de temps.

En termes mathématiques, cela donnerait V = D x t

V est le volume, D le débit, et t le temps.

Ce volume d'air correspond à une certaine masse d'air, définie par une masse volumique et un volume.

En termes mathématiques, cela donnerait M = V x Ro = D x t x Ro

M est la masse, Ro est la masse volumique.

De là, on utilise la relation qui relie l'énergie cédée à cet air, la hausse de sa température, et sa masse. On dit que l'énergie est égale au produit de sa chaleur massique, de la différence de tempéraure, et de sa masse.

En termes mathématiques, cela donnerait

E = c x DT x M = c x DT x D x t x Ro

c est ici la chaleur massique de l'air.

N'oublions pas que l'énergie E correspond au produit d'une puissance dissipée et du temps de la période considérée.

Cela donne donc E = P x t = c x DT x D x t x Ro

On peut donc simplifier par le temps, et on retrouve une formule reliant la puissance au reste.

P = c x DT x D x Ro

Prenons maintenant un cas pratique.

Regardez les graphiques de consommation électrique EDF relevée ici : http://www.matbe.com/articles/alims/hiperr/page6.php

Le minimum obtenu en burn, pour la configuration non-overclockée, est obtenu par l'excellente Tagan 420W i-Xeye, avec 256W.

Signalons toutefois au passage que cette configuration est dotée d'une X600XT légèrement overclockée en passant par le BIOS, de 2 disques durs, mais surtout, d'un Pentium 4 560, c'est-à-dire un Prescott de première génération cadencé à 3.6GHz !

Imaginons maintenant une configuration qui soit plus dans l'optique de PCS, dégageant 200W.

Je veux que l'air qui entre par exemple à 20°C ressorte à 25°C.

Quel est le débit d'air nécessaire ? Question

En utilisant la relation P = c x DT x D x Ro, il est facile de faire le calcul, quand on sait que Ro = 1.293kg/m3 et que c = 1000J/kg/°C, on peut isoler D, le débit d'air, comme ça : D = P / (c x DT x Ro)

En faisant une application numérique, cela donne :

D = 200 / (1000 x 5 x 1.293) [W/((J/kg/°C)x(°C)x(kg/m3))] = 0.0309 [m3/s] (N'oubliez pas que 1W = 1J/s, et n'oubliez pas non plus de vérifier les unités de votre calcul ; si je tombais sur des Ampères, il y aurait un sacré problème ! Laughing ).

Comme nous sommes en informatique, je vais transformer le débit en m3/s en un débit en CFM :

D [CFM] = (D [M3/s] x 60 [sec/min] ) / (0.3048m/pied)3 = 65.55 CFM.

Comme par hasard n'est-ce pas, la plupart des PCs de PCS utilisent un 120mm en extraction en 5V, qui, s'il tourne à 1000RPM, éjecte environ 35CFM, et l'alimentation qui, en étant par exemple aussi ventilé par un ventilateur de 120mm en 5V à 1000RPM, peut théoriquement éjecter aussi 35CFM, ce qui fait un total de 70CFM.

Certes, mon calcul est un peu optimiste, car 200W, ce n'est probablement pas un Athlon 64 90nm en burn avec une Radeon 9200SE, mais qui peuvent par contre assurer les 5°C de hausse de l'air du boîtier, pas plus.

Je pencherais plutôt pour un P4C 3.0GHz et une Radeon 9800 Pro, non overclockés, voire un peu plus, pour atteindre les 200W, mais il faudrait atteindre les 7°C environ de hausse de la température...

Le problème vient en fait du calcul théorique du débit de l'alimentation ; si c'est un 120mm qui la refroidit, l'air butte contre le circuit imprimé, ce qui fait chuter à mon avis de moitié le débit d'air.

En reprenant ce nouveau débit total de non pas 70CFM, mais de 52CFM, j'atteins les 6.67°C de hausse de la température de l'air, contre 5°C auparavant...

Quoiqu'il en soit, on peut voir que mon calcul théorique est plutôt viable ; pour le débit, il suffit, à mon avis, de voir si les entrées d'air sont suffisamment grandes, et on peut dire que le débit d'air pratique correspond aux 75% de la grandeur théorique. Ainsi, en reprenant l'exemple des 52CFM pratiques au-dessus, il faudrait les 70CFM théoriquement obtenus en faisant la somme des débits des ventilateurs d'extraction pour obtenir un chiffre convenable.

Que pensez-vous de cette théorie ?

Si quelques personnes veulent bien donner leur chiffres concernant la différence de température entre l'air entrant et l'air sortant (grosso modo, la différence entre une température de sonde de boîtier et celle de l'air de la pièce), la puissance dissipée approximative (C'est la somme de la consommation du CPU et du GPU, en s'aidant de ces 2 sites ( http://www.tomshardware.fr/articlecpu.php?IdArticle=767&NumPage=21 et http://www.tomshardware.fr/articlecpu.php?IdArticle=767&NumPage=21), à laquelle on ajoute 50W pour la carte mère, les lecteurs, la RAM, et on prend la somme de cette puissance totale consommée et on la divise par le rendement de l'alimentation, afin d'obtenir la puissance totale dissipée.), ainsi que le débit total des ventilateurs d'extraction, qui est le nombre maximum théorique de CFM, on pourrait affiner mon estimation du poucentage du débit maximum théorique pour trouver une estimation raisonnable du débit pratique.

P.S. : Personne n'a eu de maux de tête, j'espère. Laughing

A plus
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Dernière édition par EricTerminator le Mar Déc 06, 2005 10:59 pm; édité 1 fois
 
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janenbas



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 9:00 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

hum ca semble assez bien mais j'avoue que j'ai pas trop envie de comprendre la 9h du mat :s lol
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LoX



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 9:12 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

idem pour moi Wink Surtout un samedi matin Razz
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Angela



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 9:56 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Salut a tous

Moi idem mais le calcul et vite fait ...

Sur mon four ( pc jeux)

Temperature piece 20°
-------------- sortie au niveau de l'arriere : 28°

Je sais que ce pc est un four , la tour a une entré d'air a 2€ et c'est le seul que j'ai pas modifié...
Mais pour lui ce sera grand tour et watercooling...

Pour moi le wc c'est l'avenir , suffit juste de palier au probleme du bruit de la pompe et du refroidissement du radiateur ( mais avec un grand radiateur qui peut acceuilir 3*120 ca ira je pense ).
Car l'eau est un fluide qui transporte bien mieux la chaleur que l'air
Air : 0,026 W/m*K
Eau: 0.61 W/m*K

Et pour les ceux qui craigne la fuite sachez que l'eau demineraliser et Non conductrice au cas de fuite...

Le probleme du refroidissemt AIR sur nos pc nouvelle generation c'est que le format ATX n'est plus adapté au puissances usitées...

C'est pourquoi je suis sur un nouveau format de tour que je vais tester en prenant ( pour une fois ) mon temps .

Voila la tour de depart ( ATX de 1998 , plus haute que large)



http://usera.imagecave.com/Angela-PCS/DSCF0124.JPG

Modifications effectuées et a faire:



http://usera.imagecave.com/Angela-PCS/DSCF0126.jpg
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 10:35 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Salut Angela !

C'est quand même assez tordu, ton schéma de refroidissement ; plutôt que de forcer l'air chaud à sortir par les caches PCI, je ferais qu'il entre par-là, et je ferais sortir l'air par le haut. Wink

Et au fait, mon calcul permet au moins de savoir quel nombre de CFM est nécessaire pour refroidir un PC. Wink

De plus, il n'est pas basé sur la conductivité thermique de l'air, mais sur la chaleur massique de l'air. Wink

A plus
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jeanjean



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 11:01 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Salut Eric,

Pour te rassurer, va sur les sites, de PAPST par exemple, enfin tous les "pro" de la ventilation en générale, et tu trouveras les mêmes résultats ! Laughing
Et les mêmes conseils, encore heureux !
(les formules sont dans le cour de 1ere année)
(peut être même avant le BAC ...)
rien de nouveau donc ... Wink
Dans l'industrie on utilise les m3/heure.

Il faut garder à l'esprit que, dans un PC ventilé intelligement (tous les ventilateurs insulfe ou extrait de l'air du boitier)
ce qu'on veux c'est refroidir les composants qu'on estime les plus important !
Ou alors les "points chaud" critique pour la fiabilité.
PAS l'air dans le boitier ...

Personnellement, j'applique ces formules pour calculer le débit d'air passant par le radiateur par exemple, mais pour tout le PC je ne vois pas trop l'intérêt ...

Angela : L'eau démineralisé ne change rien malheureusement, car une fois au contact de l'air, elle s'oxide, et devient vite conducteur (en quelque minutes)
Il faudrai l'acheter sous vide, et remplir le WC sous vide ... pas évident Wink
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LoX



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 11:49 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

jeanjean a écrit:

Il faut garder à l'esprit que, dans un PC ventilé intelligement (tous les ventilateurs insulfe ou extrait de l'air du boitier)
ce qu'on veux c'est refroidir les composants qu'on estime les plus important !
Ou alors les "points chaud" critique pour la fiabilité.
PAS l'air dans le boitier ...


Pourtant, un composant refroidit avec de l'air frais sera mieux refroidit qu'avec de l'air chaud, non ?

Donc, en refroidissant l'air ambiant du boîtier, on permettrai aux ventilateurs plus petit (CPU, CG, chipset,...) de tourner plus lentement et donc plus silencieusement...
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 12:25 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

jeanjean, les sites de professionnels ne disent pas quelle ventilation est nécessaire à telle puissance dissipée, à ma connaissance...
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phiphou



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 1:22 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Angela écrit : "Pour moi le wc c'est l'avenir , suffit juste de palier au probleme du bruit de la pompe et du refroidissement du radiateur"

Mais comme on utilise généralement des pompes pour aquarium, et que celles ci sont étanches, on peut laisser la pompe ds le réservoir et là c'est pratiquement inaudible...
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Angela



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 1:40 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Oui je vais revoir le sens des ventilos...
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jeanjean



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 2:33 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

http://www.ebmpapst.com/en/pdf/003_Informationen.pdf

Et ce n'est pas aussi simple, il faut tenir compte des pression statique en plus ...
(encore le sujet sur dépression/surpression Razz )

LoX : complètement d'accord, j'arrête pas de le dire Wink
c'est pour cela qu'il vaut mieux se préoccuper d'envoyer de l'air (frais) sur ces composants critiques, cela fait, l'air "tiédi" refroidit encore les autres composants du boitier.
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LoX



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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 2:51 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

jeanjean a écrit:

LoX : complètement d'accord, j'arrête pas de le dire Wink
c'est pour cela qu'il vaut mieux se préoccuper d'envoyer de l'air (frais) sur ces composants critiques, cela fait, l'air "tiédi" refroidit encore les autres composants du boitier.


Oups! Embarassed Ben oui... C'est vrai... Je ne me souvenais plus que c'est toi qui le disait....

Mais alors pourquoi tu dis :
"ce qu'on veux c'est refroidir les composants qu'on estime les plus important !
Ou alors les "points chaud" critique pour la fiabilité.
PAS l'air dans le boitier ... "


N'est-ce pas contradictoire ?
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 MessagePosté le: Sam Mar 19, 2005 3:32 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

houlalala ca mouline sec les enfants........ Very Happy

Je crois que vous vous prenez bien la tête pour pas vraiment grand chose meme si ce que vous dites est on ne plus vrai.

Le but c'est pas d'avoir une case temp de 0° mais que tout marche bien à long terme et en silence donc avoir une temp raisonnable,
le reste je laisse ca aux physiciens théoriciens parce que moi ca m'echappe....

Je pense que la plus grande limitation a l'heure actuelle c'est la disposition des composant sur la mobo :le btx va deja regler bien des problèmes d'optimisation du flux d'air ....

Car demander a une piece parmi celle qui chauffe le plus(l'alim)d'extraire l'air chaud et en soit complètement illogique ,non??

Enfin c'est ce que j 'en pense(avec mon bac -8 en physique) d'autant que les boitier a la lian li(alim en bas) se repandent de plus en plus.....
 
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EricTerminator



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 MessagePosté le: Dim Mar 20, 2005 1:52 am    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

Mais justement, connaître quelle ventilation est nécessaire pour maintenir la différence de température entre l'air entrant et l'air sortant est particulièrement utile ; imaginez le scénario été 2005, avec des températures de 35°C à l'ombre...

Si on a une ventilation de boîtier trop limitée, avec par exemple une différence de température de 10°C entre l'air entrant et l'air sortant, on a de l'air sortant à 45°C...

De plus, de, l'air à 35°C n'est pas l'idéal pour refroidir un PC, alors imaginez si on ne se préocuppe pas suffisamment de la ventilation de boîtier, et que l'air dans le boîtier atteint facilement les 45°C...

C'est pour cela qu'il faut bien calculer le débit d'air nécessaire.

A plus
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jeanjean



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 MessagePosté le: Dim Mar 20, 2005 7:32 pm    Sujet du message: Répondre en citant Back to top

OK, mais si on s'occupe de refroidir en priorité les éléments critiques, le reste en profitera également :

Ex:
1) Une entrée d'air pour le CPU
2) Une entrée d'air pour le GPU

Cela fait 2 entrées pour le reste des composants du boitier.

Mais c'est vrai que cela peut être contradictoire à l'extrème, car si on veux aussi ventiler de l'air frais sur les DD en priorité ...
A force de mettre tout prioritaire ...

Mais la question de la température du boitier pour un particulier cela n'a pas d'intérêt :

Les formules de débit d'air, utilisées par les industriels, sont faites pour calculer TOUS les débit sur TOUS les composants de façon à qualifié le matériel qu'il vont vendre, et garantir par rapport à une certaine T° extérieure.

De plus cela sert au calcul (très complexes) du MTBF : Mean Time Between Failure

Perso, je ne sais pas combien d'années mon DD à 40° tiendra de plus que si il était à 45°
Sur la CM, il y a aussi plein de points chaud (certain à plus de 70°) mais c'est prévu pour tenir ...

La seule chose que je comprends c'est :
quand je baisse la T° de mon CPU, DRAM, Chipset, GPU et VRAM cela améliore les peformances du PC.

Donc je dois essayer dans la mesure du possible d'amener l'air le plus frais possible sur ces composants.

Quand on voit comment sont conçus les boitiers ... ya du boulot Laughing
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