Tworzywa sztuczne są izolatorami — także cieplnymi.To zaleta przy bezpieczeństwie dotykowym i wada wszędzie tam, gdzie zamknięty w obudowie układ musi oddać ciepło.
Trzy drogi ucieczki ciepła
| Mechanizm | Jak działa | Skuteczność w obudowie z tworzywa |
|---|---|---|
| Przewodzenie | Ciepło przechodzi przez materiał | Bardzo słaba — tworzywo izoluje |
| Konwekcja | Ciepłe powietrze unosi się i wypływa | Dobra, jeśli są otwory |
| Promieniowanie | Emisja w podczerwieni | Ograniczona |
Wniosek praktyczny: w obudowie z tworzywa praktycznie całe ciepło musi wyjść razem z powietrzem. Dlatego projektuje się nie „otwory”, tylko drogę przepływu.
Zasada komina
Ciepłe powietrze unosi się. Żeby przepływ zadziałał, potrzebne są dwa zestawy otworów: dolne, którymi powietrze wchodzi, i górne, którymi wychodzi. Sam otwór na górze nic nie da, bo nie ma czym uzupełnić objętości.
- Wlot nisko, po stronie chłodnego powietrza.
- Wylot wysoko, nad najcieplejszym elementem.
- Przekrój wylotu nie mniejszy niż wlotu.
- Droga przepływu prowadząca obok źródła ciepła, nie obok niego.
Gdy konwekcja nie wystarcza
- Radiator na układzie — zwiększa powierzchnię oddawania ciepła; obudowa musi mieć na niego miejsce.
- Wentylator — wymusza przepływ; potrzebne gniazdo i przewody.
- Metalowa płytka przewodząca — wyprowadza ciepło z układu na zewnątrz obudowy.
- Zwiększenie objętości — więcej powietrza w środku to wolniejszy przyrost temperatury.
Przy większości zastosowań domowych i automatyki wystarcza pierwsza pozycja plus dobrze zaprojektowane szczeliny.
Konflikt z zabezpieczeniem przed kurzem
Im lepsza wentylacja, tym więcej kurzu. To realny kompromis, nie teoretyczny — obudowa z gęstą kratką w kotłowni albo warsztacie zbiera pył, który z czasem pogarsza chłodzenie.
Rozwiązania: szczeliny zamiast otworów okrągłych, labirynt zamiast prostego kanału, otwory od spodu zamiast od góry. Każde z nich nieco obniża przepływ, ale wyraźnie ogranicza zapylenie.
Czego nie robić
- Nie nawiercaj otworów w gotowej obudowie po zamontowaniu elektroniki — wióry trafią na płytkę.
- Nie zasłaniaj wylotu ustawiając obudowę przy ścianie albo w szufladzie.
- Nie licz na chłodzenie przez sam materiał — cieńsza ścianka nie poprawia odprowadzania ciepła w zauważalnym stopniu.
- Nie stosuj tworzyw o niskiej odporności termicznej tam, gdzie układ realnie się grzeje.
Co powiedzieć przy zamówieniu
Podaj przybliżony pobór mocy i tryb pracy — dorywczy czy ciągły. To wystarczy, żeby dobrać wariant chłodzenia. Pracownie wykonujące obudowy do sterowników na zamówienie projektują wentylację na podstawie tych dwóch informacji, zamiast dodawać otwory „na wszelki wypadek”.
Prosty test po montażu
Uruchom układ pod typowym obciążeniem na godzinę i dotknij obudowy w najcieplejszym miejscu. Jeśli jest wyraźnie gorąca, powietrze nie ma drogi ucieczki — i warto wrócić do zasady komina, zanim temperatura zacznie skracać życie elektroniki.