Trochu fyziky alebo o zrádnosti testov ventilátorov
Nikto, vôbec nikto nemôže na základe žiadnych testov tvrdiť, že je jeden ventilátor pre radiátory či pasívy chladičov všeobecne o trochu viac alebo menej efektívny ako ten druhý. Technicky je to nemožné, a to nielen pre obrovskú konštrukčnú diverzitu rebier. Po hĺbkových analýzach sa však dá prepracovať k porovnaniam, ktoré majú vysokú vypovedaciu hodnotu s určitou dávkou univerzálnosti.
V prvej časti seriálu Statický tlak vs. prietok sme sa zaoberali priblížením veličín, s ktorými tak často operujeme. Je to najmä na podporu chápania veličiny „statický tlak“ a že rýchlosť prúdenia vzduchu vyjadruje dynamický tlak.
Teraz sa posunieme trochu ďalej, a síce k tomu, že tvrdiť, že označiť nejaký ventilátor ako efektívnejšiu možnosť na radiátor je trúfalé tvrdenie plné zrád. Túto tému načneme otázkou, „ako relevantné sú testy ventilátorov v prirodzenom prostredí?“. Pre nájdenie odpovede musíme ísť po stopách prúdenia vzduchu celým chladiacim systémom, teda od vstupu po výstup chladiča.
Ako všetci viete, tak ventilátor je zdrojom turbulentného prúdenia. A je to tak dobre. „Želané“ turbulencie, ktoré premiešavajú teplé molekuly vzduchu so studenými (čím sa zvyšuje efektivita pasívu prúdením) sú jedna vec. Okrem efektívnych turbulencií sú okolo ventilátora aj také turbulencie, čo znižujú efektivitu. Reč je o mikroturbulenciách alebo parazitných prúdoch, ktoré vznikajú tak na lopatkách ventilátorov ako aj na ostrých hranách rebier chladičov.
O redukcii neželaných mikroturbulencií na lopatkách ventilátorov často hovoria aj ich výrobcovia. To v kontexte rôznych výstupkov, výrezov, skrátka „akcelerátorov“, ktoré na vstupe čiastočne laminarizujú parazitné víry. S čím vyššou efektivitou sa to poradí, tým viac vzduchu môže pretiecť rotorom, a to ešte pri nižšej hlučnosti. Tieto prvky sú vždy na prednej strane lopatiek a výrazne sa podieľajú v určení poradia najefektívnejších ventilátorov. Teda takých, čo pri určitej hladine hluku dosahujú najvyšší prietok.
Aerodynamické úpravy tohto typu majú aj pasívy chladičov. Na ich rebrách takisto pri rezaní vzduchu vznikajú nežiaduce mikroturbulencie, ktoré znižujú efektivitu. Preto sú rôzne výrezy (zúbky, vlnky) aj na pasívoch, za rotorom ventilátora. Tie výrazne prehovárajú do toho, ako sa medzi pasívom/radiátorom a ventilátorom zvýši mechanický odpor a o koľko sa jeho vplyvom zvýši hlučnosť. A veruže ten odpor je vždy obrovský, keďže ide oproti prirodzenej trajektórii pohybu prúdenia. To navyše za sprievodu vysokej koncentrácie mikroturbulencií, ktoré vznikajú na ostrých hranách. Aj pre ne je vždy nárast hladiny hluku taký výrazný. Naspäť však k pasívom, ventilátorom a ich vzájomnému ovplyvňovaniu.
Aby bol u chladičov dosahovaný čo najvyšší chladiaci výkon pri čo najnižšej hlučnosti, musí dochádzať aj k čo najlepšiemu súladu aerodynamických prvkov na potláčanie parazitných mikroturbulencií. Čo sa však stane, keď zoberiete dva v tomto smere skvelo optimalizované chladiče a vymeníte im ventilátory? Už tak skvelo optimalizované nebudú. Inými slovami, taký SilentiumPC Fluctus 120 PWM z chladiča Fera 5 pasívu Noctua NH-U12S nemusí zvýšiť efektivitu rovnako, ako ventilátor Noctua nemusí zvýšiť efektivitu na pasíve chladiča SilentiumPC. To znamená, že pokiaľ sa naprieč rôznymi metodikami použijú rôzne pasívy, tak budú ventilátory dosahovať iné výsledky, skončia na inom umiestnení.
Na objektívne hodnotenie by nestačilo ani otestovanie všetkých ventilátoroch, čo existujú, na všetkých pasívoch, čo existujú. Vstupuje do toho totiž ešte rôzna tepelná záťaž, ktorá takisto ovplyvňuje vzájomné pomery výsledkov. Pri nízkej záťaži chladiča sa výsledky zlievajú (rozdiely medzi teplotami sú príliš malé), pri vysokej bývajú zase chladiče nestabilné. So „slabším“ ventilátorom sa celkový chladiaci výkon môže prepadať rýchlejšie ako so „silnejším“ a neurčujú to vlastnosti ventilátora, ale pasívu ako takého. A to sme ešte nezohľadňovali vplyv rôznych skriniek, nekonečného množstva nastavení systémových ventilátorov či stálosť okolitého prostredia. Tá ak by bola perfektná (testy by prebiehali vždy pri konštantnej teplote vzduchu do skrinky), môže autor konštatovať, že dosiahol také či onaké výsledky, ale so zdôraznením, toho, že v jednej z nekonečného množstva konštelácií.
K takejto sebareflexii však často nedochádza, ľudia berú tieto testy príliš vážne a stávajú sa tak obeťami mystifikácie. Často nechcenej, vychádzajúcej z nevedomosti autorov testov, ale to nič nemení na tom, že z vyššie uvedených dôvodov sa výpovedná hodnota testov ventilátorov v prirodzenom prostredí hranične blíži nule. Rád by som poznamenal, že i napriek tomu sa hrubé rozdiely medzi najefektívnejším a najmenej efektívnym ventilátorom ukážu, ale bohužiaľ pri objavení výsledkov, ktoré prezentujú Arctic BioniX F120 oproti BioniX P120 na radiátore ako efektívnejšiu možnosť, ani to nemusí platiť. Takýto scenár (F120 nad P120 na reštriktívnej prekážke) je totiž fyzikálne nemožný za akýchkoľvek okolností.
A na základe čoho teda my posudzujeme, že nejaký ventilátor bude na radiátore efektívnejší ako iný? Prvá veta z úvodu platí aj pre nás – nikto nedokáže s istotou tvrdiť, čo je o chlp efektívnejšie a čo málinko zaostáva. Vždy ide teda len o to sa priblížiť výsledkom, ktoré budú plusmínus škálovať naprieč všetkými kombináciami chladičov a teplotných záťaží. Tejto premennej (rôznej tepelnej záťaže) sme sa elegantne zbavili. Potom je tu ale ešte ten vplyv rôznych konštrukcií radiátorov. Ten je v našich testoch takisto potlačený.
Poďme si vysvetliť, prečo sa nebojíme tvrdiť, že naše pomery sú do praxe dobre replikovateľné. Najprv sa musíme ale trochu pozastaviť pri jednej veci. Medzi výsledkami našich testov nájdete „Prietok cez tenší a hrubší radiátor“ a „Statický tlak cez tenší a hrubší radiátor“. Merania prietoku cez radiátor hovoria o tom, ako efektívne sa ventilátory podieľajú na systémovom chladení v prípade, že sú nainštalované na radiátore. Trochu to zvádza si myslieť, že to bude vypovedať aj o chladení radiátora, ale zase je to zložitejšie, než sa zdá. Intenzitu ochladzovania radiátora okrem charakteru makroturbulencií určuje celkový tlak, ktorý naň pôsobí. A ten je už len z podstaty toho, že má radiátor iný otvorený prierez než meracie miesto veterného tunela, ťažko zaznamenať aj keby sa v ňom tlak nestrácal. Ale stráca sa, a to vplyvom nedokonalosti jednotlivých spojov a „únikových ciest“.
Tlak neslabne iba v prostredí s perfektne hladkými a utesnenými stenami. Tie v radiátoroch nie sú a navyše u vežovitých pasívov sú pozdĺž tela medzery a čím hrubší pasív je, tým väčší je na trase prúdenia úbytok tlaku. Až na konci (širokých rebier, typicky chladičov Scythe Ninja) je z počiatočného tlaku iba zlomok. Celkový tlak je teda v rôznych miestach rôznych chladičov rôzny. Určuje to ich konštrukcia. Neexistuje teda spôsob, ako ho zachytiť v mieste takej prekážky, ako sú pasívy a radiátory chladičov. Čo však možné už je, je odmerať statický tlak v radiátore kvapalinového chladiča. Jeho výhoda je v tom, že je po bokoch uzatvorený a tlak tak výrazne neklesá.
Merať statický tlak cez radiátor, to znamená pri nulovom prietoku (tunel je uzatvorený a neprechádza ním žiadny vzduch) a ešte ventilátoru priťažíte odporom radiátora znie ako šialenosť, ktorá má od praxe šialene ďaleko a zároveň veľmi blízko. Veľmi blízko v tom, že poradie jednotlivých ventilátorov škáluje s priemerným poradím ventilátorov v rôznych praktických situáciách. Za posledný rok, možno rok a pol sme v rámci interných testov otestovali v rôznych záťažiach rôzne chladiče (vrátane vežovitých) s rôznymi ventilátormi a priemer umiestnení jednotlivých ventilátorov pomerne presne škáluje s výsledkami, ktoré uvádzame ako „Statický tlak cez radiátory“.
Samozrejme i tu existujú nejaké odchýlky, ale pohybujeme sa v relevantnom rozmedzí. Môže síce platiť, že ventilátor, ktorý v grafoch prezentujeme na o stupeň vyššej pozícii môže byť na vašom pasíve naopak o trochu slabší, ale nikdy nie zásadne. A ak ide o výber ventilátorov na radiátory, ktorých úprava rebier sa zase až tak neodlišuje (ako u vežovitých pasívov s heatpipe), tak je to i mimoriadne presný ukazovateľ, ktorý bude v praxi zodpovedať vašej situácii.
Cieľom tohto článku nebolo diskreditovať autorov testov ventilátorov „v reálnom svete“, ani ich nejako odradiť. Považujeme však za dôležité, aby si všetci, čo sa o ventilátory zaujímajú, uvedomili, že neopatrná interpretácia záverov je mimoriadne výživná pôda pre rast dezinformácií.
OK, človek nakoniec po rokoch lúskania recenzií príde na to, že najvyššiu výpovednú hodnotu majú aj tak tie najmenej objektívne výsledky čo nameria priamo u seba. 🙂
Aby som bol aj k veci… určite som sa za posledných cca 15 rokov nevyhol tomu generalizovať na základe výsledkov konkrétnych recenzií, hlavne takých kde sa mi pozdávala metodika a presvedčil som sám seba, že teda musia byť najobjektívnejšie. Pritom je jasné, že spektrum výsledkov sa môže ľahko líšiť v závislosti od toho na čom sa fyzicky testuje. V hre je proste príliš veľa premenných od výhrevného telesa cez pasív až po konštrukciu skrine. Veľmi ľahko sa na to zabudne aj keď je to vlastne úplne logické.
Vďaka Ľubo za tento backstage pohľad. Asi je na mieste ľudí upozorniť, aby sa príliš neupínali na mikroskopické rozdiely v číslach grafov, ale vnímali skôr širší obraz.
Vďaka za článok.