[Arch]

Hallo,

die Theorie des "Schwarzen Strahlers" (siehe Wikipedia oder Silence-Legenden-Thread) besagt zusammengefasst, dass Materialien, die viel Strahlung absorbieren auch viel Strahlung emittieren. Die für uns Silencer wichtige Strahlung ist die Wärmestrahlung. Zugespitzt gesagt strahlen schwarze Körper sehr viel Wärme ab, während weiße Körper dies nicht tun. Weiterhin ist bedeutsam, dass blanke Metalle wenig Wärme abstrahlen, während eine Beschichtung der Oberfläche z.B. mit schwarzer Farbe die mögliche Abstrahlung deutlich erhöht.

Nun zu meinen Fragen:
Die meisten herkömmlichen Kühlkörper im PC-Hardware-Bereich sind mit metallisch blanken Lamelle bestückt. Gibt es hier etwa Optimierungsmöglichkeiten? Könnte eine dünne Farbbeschichtung messbar bessere Kühlleistungen hervorrufen? Und in wieweit sind hier unterschiedliche Erfolge im aktiven bzw. passiven Betrieb zu erwarten?

Immerhin sind Kühlkörper im industriellen Umfeld oft aus schwarz eloxiertem Aluminium, und die Heizkörper im Wohnzimmer werden auch immer schön angestrichen.

Bevor ich anfange, meine Hardware zu bekleckern, möchte ich hier zuvor klären, ob meine theoretischen Ansätze und Schlüsse nicht vielleicht Humbug sind. Meine letzte Physikstunde ist nämlich schon ewig her

Arch

[Lenni]

also heizkörper sind in der regel weiß wenn mich nicht alles täuscht.

finde die frage sehr interessant, vielleicht können die einschlägigen experten mal was dazu sagen

mfg, lenni

[Brumm-Bär]

Hallo Arch!

Schön, dass dieses Thema hier mal wieder hoch kommt.
Jedes Mal, wenn ich mich dazu äußere, wird die Diskussion von der Fraktion der Ahnungslosen abgewürgt. Und dabei kann man im Netz auch ohne meine Beiträge alles nachlesen.
Also beeile ich mich mal:

Du brauchst deine innen liegenden Kühlkörper nicht schwarz anmalen, solange sie aktiv belüftet sind. Das bringt im geschlossenen Gehäuse praktisch nichts.

Die Hersteller machen Außen-Kühlkörper schwarz (wg. der Abstrahlung durch „schwarze Strahler“ und innen liegende Kühlkörper nicht schwarz, damit sie keine Fremd-Wärme von anderen Bauteilen absorbieren.

Der „Schwarze Strahler“ ist ein theoretisches Konstrukt. Das kommt eigentlich nicht auf die Farbe an, sondern auf die Eigenschaften der Oberfläche. (Für die Experimentierer des 19. Jahrhunderts waren das Ruß-geschwärzte Flächen, daher der Name). Die fast weiße Farbe der Heizungskörper ist physikalisch auch ein (fast) schwarzer) Strahler. „Weiße Strahler“ (Reflektoren) sind Spiegel (die daher nicht in Rechner gehören) oder frisch gesägtes Aluminium (aber wg. der Oxidation nur für wenige Minuten).

Interessant wird die Wärme-Abstrahlung bei mehr oder weniger offenen Gehäusen. Da steckt dann auch gleich mal ein erhebliches Kühl-Potential (ganz ohne Lüfter) drin.

Beste Grüße
vom

Brumm-Bär

[Arch]

Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, ist das Konzept des "Schwarzen Strahlers" im Bereich der Konvektion NICHT anwendbar !? Welche Umstände im Kühlkörpermaterial beeinflussen dann den Wärmeübergang von Kükö zu Luft ?

Arch

P.S. @Brumm-Bär: laut einer Tabelle auf dieser Seite (Mitte der Seite) hat auch "normales" Aluminium einen denkbar schlechten Absorptionsfaktor. Das müsste heißen, dass Alu als Material zur Wärmeabstrahlung eher ungeeignet ist...

[Norbert]

Ich würd's mal so sagen:
Die Kühlung durch Konvektion ist im Vergleich zur Abstrahlung viel stärker. Demnach wird bei zwangsbelüfteten Kühlern auf die Abstrahlung verzichtet.

Bei Konvektion sind dann Oberfläche und Strömungsgeschwindigkeit wichtig. Das Material des Kühlkörpers beeinflusst dann nur noch den Wärmeaustausch im Kühlkörper, d.h. von der heißen Stelle die zu kühlen ist, zu den Ecken des Kühlkörpers und somit zu den Lamellen.

[elensar]

Nicht zu vergessen ist auch der Unterschied in den einzelnen Strahlungsbereichen.
Die Farbe hat was mit dem fürs menschliche Auge erkennbaren Licht zu tun, Wärme wird jedoch durch Infrarotstrahlung "befördert".

Lange Rede, kurzer Sinn: Theoretisch könnte es sein, das ein weißer Kühlkörper besser Infrarot abstrahlt, als ein Schwarzer Kühlkörper....

[xTr3Me]

elensar sagte am 07.08.2006, 00:52:

Lange Rede, kurzer Sinn: Theoretisch könnte es sein, das ein weißer Kühlkörper besser Infrarot abstrahlt, als ein Schwarzer Kühlkörper....

soweit ich weiss nicht denn:

sowohl ein weißer als auch ein schwarzer reflektiert infrarot nicht

-
es is ja zb bei grünen pflanzen zb so dass sie sowohl den blauen als auch den roten lichtbereich zur fotosynthese nutzen und den grünen wieder abstrahlen wegen mangelnder energie - deswegen erscheint uns ein grünes blatt ja auch grün

also müsste es ja theoretisch so sein dass sowohl schwarz als auch weiss den infrarotbereich gleich stark absorbieren?!
wobei das völlig falsch sein muss denn ein schwarzes auto heizt sich ja in der sonne viel mehr auf als ein weißes..

ich glaub ich laber scheisse

[whiteplayer]

xTr3Me sagte am 07.08.2006, 16:58:

ich glaub ich laber scheisse

Sorry, ja aber das tust Du.


Infrarot und Ultraviolett sind für uns nicht sichtbar, deshalb können wir ohne Hilfsmittel nicht wissen, ob von einem schwarzen oder weißen Gegenstand dieser Lichtbereich reflektiert wird oder nicht.


Aber generell ist es schon richtig, dass z.B. bei einem blauen Auto die anderen Lichtspektren absorbiert werden.



Nebenbei:
Schwarz und weiß sind weder Farben noch Spektren. Schwarz ist das Fehlen jeder Farbe, die für uns sichtbar ist und weiß ist das Vorhandensein aller Farben, die für uns sichtbar sind.

[crblue]

Hallo!

Beim stöbern im Netz hab ich folgende IMHO ganz gelungene Zusammenfassung zu physikalischen Grundlagen gefunden. Kurz für die, die sich nicht durch den Artikel wühlen wollen:
- der Effekt ist gering im Vergleich zur (erzwungenen) Konvektion
- wenn ein ander Strahler stärker strahlt wird sogar Wärme absorbiert
- Schwarz eloxieren verdoppelt die Menge an emmitierter Energie
- der Wärmewiderstand eines Kühlkörpers kann dadurch um bis zu 20 % gesenkt werden.

(also im wesentlichen das was der Brumm-Bär schon gesagt hat)

Soweit die Theorie. Um in der Praxis eine Effekt zu erreichen sollte z. B. die Gehäuseinnenseite auch schwarz lackiert werden, denn so absorbiert das Blech die Wärmestrahlung statt sie wieder in's Gehäuse zurück zu reflektieren. Ausserdem macht's nur für die größte Wärmequelle sinn.

Ach ja, Schwarz absorbiert einfach nur alle Wellenlängen, deshalb wird's für die Berechnungen genommen. Für unsere Zwecke würde eine Farbe reichen, die IR absorbiert. Im sichtbaren Bereich könnte sie jede Farbe haben ...

Ich hol mir jetzt ein Bier, dann versteh ich vielleicht was xTr3Me meint ...

[voodoo44]

na das wäre doch aber gut, wenn die emmision höher werden würde, oder?
soweit ich das richtig weiß bedeutet emmision ja "wärmeabgabe"...
und umso einfacher der kühlkörper wärme abgeben könnte umso besser müsste man das ganze doch kühlen können, oder? denn dann würde die luft zwar wärmer werden, aber die abgegebene wärme kann doch so viel besser abgeführt werden.
wenn es im gesamten gehäuseinneren gleich warm ist dann würde doch frische luft einen größeren effekt bringen, bzw. ein linearer luftstrahl durchs gehäuse, als wenn nur punktuell wärmequellen sitzen, oder?

[Arch]

crblue sagte am 07.08.2006, 19:34:

Um in der Praxis eine Effekt zu erreichen sollte z. B. die Gehäuseinnenseite auch schwarz lackiert werden, denn so absorbiert das Blech die Wärmestrahlung statt sie wieder in's Gehäuse zurück zu reflektieren.

Hallo,

leider ergibt sich hier ein Trugschluss: die Theorie besagt (leider), dass Materialien, die viel Wärme absorbieren auch genauso viel Wärme wieder abstrahlen. Dazu habe ich auch das hier gefunden: Hohlraumstrahlung.

Übrigens ist das "schwarz" im Begriff Schwarzer Strahler eher abstrakt zu verstehen, und zwar als theoretische maximale Absorption / Emission in allen Spektren.

Meine ursprünglichen Fragen bezogen sich vielmehr auf eine Möglichkeit der optimierten Lufterwärmung am Kühlkörper. Ich hatte auf einen Effekt gehofft wie: Strahlung erhitzt Luftmoleküle > warme Luft wird mit einem Lüfter herausgeblasen >

Arch
der den theoretischen Ansatz, trotz gestiegener Zweifel, noch nicht ganz aufgegeben hat.

[crblue]

Arch sagte am 07.08.2006, 22:23:

crblue sagte am 07.08.2006, 19:34:

Um in der Praxis eine Effekt zu erreichen sollte z. B. die Gehäuseinnenseite auch schwarz lackiert werden, denn so absorbiert das Blech die Wärmestrahlung statt sie wieder in's Gehäuse zurück zu reflektieren.

Hallo,

leider ergibt sich hier ein Trugschluss: die Theorie besagt (leider), dass Materialien, die viel Wärme absorbieren auch genauso viel Wärme wieder abstrahlen.

Stimmt. Aber das Gehäuse würde auch einen Teil der aufgenommenen Wärme nach außen abgeben und somit Wärme aus dem Gehäuse transportieren. Wenn (um den anderen Extremfall zu nehmen) das Gehäuse innen verspiegelt währe, dann würde die ganze Wärmestrahlung im Gehäuse bleiben.

Arch sagte am 07.08.2006, 22:23:

Übrigens ist das "schwarz" im Begriff Schwarzer Strahler eher abstrakt zu verstehen, und zwar als theoretische maximale Absorption / Emission in allen Spektren.

Wie gesagt: die Oberfläche muss in unserem Fall Wärmestrahlung absorbieren. Muss also im Infraroten Bereich "schwarz" sein. Im sichtbaren könnte sie jede beliebige Farbe haben ...

Arch sagte am 07.08.2006, 22:23:

Meine ursprünglichen Fragen bezogen sich vielmehr auf eine Möglichkeit der optimierten Lufterwärmung am Kühlkörper. Ich hatte auf einen Effekt gehofft wie: Strahlung erhitzt Luftmoleküle > warme Luft wird mit einem Lüfter herausgeblasen >

nachdem Luft recht wenig Strahlung absorbiert (deshalb ist sie durchsichtig!) wird das so nicht funktionieren. Es gibt wie bereits angedeutet 2 Möglichkeiten die Wärmestrahlung zur Entwärmung eines Comptuers zu nuzen:
1. offenes Gehäuse (d. h. Strahlung kann ungehindert aus dem Gehäuse raus)
2. Gehäuse absorbiert Strahlung und gibt per Konvektion und Strahlung die Wärme an die Umgebung ab (damit zum Teil ins Innere aber eben auch nach Aussen)

Um einen Kühlkörper, der per Konvektion die Wärme abgeben soll effizienter zu machen bleiben eigentlich nur die folgenden Möglichkeiten (nachzulesen in dem von mir verlinkten Dokument):
1. Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Luft und Kühlkörper
2. Erhöhung der überströmten Länge
3. Erhöhung der Oberfläche
4. Gleichmäßige Verteilung der Wärme

Zu 1.: Wenn die Temperaturdifferenz um 10 ° C erhöht wird, dann sinkt der Wärmewiderstand um ca. 20 %. Praktisch ist das aber schwierig umzusetzen, da man entweder eine höhere CPU Temperatur akzeptieren, oder kühlere Luft ansaugen muss.

Zu 2.: In Strömungsrichtung gesehen kurze aber breite Lamellen sind nicht ideal. So sehen aber die meisten Towerkühler aus...

Zu 3.: Ist logisch und bekannt.

Zu 4.: Wie der Effekt wirkt hab ich auch noch nicht wirklich verstanden. Um eine möglichst große Wärmeübertragung zu erreichen wird wohl eine Konstante Temperaturdifferenz zwischen Kühlkörper und Luft benötigt (s. http://de.wikipedia....wiki/Gegenstrom). Auf dieses Prinzip setzt z. B. Verax beim Polargate

Der Ideale Towerkühler hätte demnach lange Lamellen und die Heatpipes würden vom Luftstrom aus gesehen hinten an den Lamellen sitzen. Der Abstand der Lamellen muss auf die Strömungsgeschwindigkeit optimiert sein.

[Brumm-Bär]

Hallo crblue!

Du bist schon ziemlich weit beim Verständnis der Sache.
Darf ich ein paar Feinheiten ergänzen?

Zitat

Es gibt wie bereits angedeutet 2 Möglichkeiten die Wärmestrahlung zur Entwärmung eines Comptuers zu nuzen:
1. offenes Gehäuse (d. h. Strahlung kann ungehindert aus dem Gehäuse raus)
2. Gehäuse absorbiert Strahlung und gibt per Konvektion und Strahlung die Wärme an die Umgebung ab (damit zum Teil ins Innere aber eben auch nach Aussen)

Zu 1.: Richtig, ein Gehäuse mit viel Gitter/ Lochblech tut es auch. Und/oder: NT außen montieren.
Zu 2.: Alles strahlt hin und zurück, aber der Wärmestrom geht dabei immer von warm nach kalt. Sehr wirkungsvoll ist das aber nicht. Trotzdem sollte man darauf achten, dass das Gehäuse-Innere nicht glänzt oder spiegelt, sondern schon matt und grau lackiert ist. Dann nutzt man den Effekt wenigstens teilweise mit. Wenn Dämmmatten verklebt sind, fällt das aber weg. Daher macht hier kaum jemand gute Erfahrung mit Matten, weil mehr laute Lüfter benötigt werden. Bei großen Gehäusen ist der Effekt übrigens stärker ausgeprägt als bei kleinen.

Zitat

Um einen Kühlkörper, der per Konvektion die Wärme abgeben soll effizienter zu machen bleiben eigentlich nur die folgenden Möglichkeiten (nachzulesen in dem von mir verlinkten Dokument):
1. Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Luft und Kühlkörper
2. Erhöhung der überströmten Länge
3. Erhöhung der Oberfläche
4. Gleichmäßige Verteilung der Wärme

Zu 1.: Wenn die Temperaturdifferenz um 10 ° C erhöht wird, dann sinkt der Wärmewiderstand um ca. 20 %. Praktisch ist das aber schwierig umzusetzen, da man entweder eine höhere CPU Temperatur akzeptieren, oder kühlere Luft ansaugen muss.

Ohne Temperaturdifferenz funktioniert kein Wärmetransport und damit keine Kühlung. Das ist aber kein Problem, denn an den heißen Stellen des Rechners (im NT, außen an CPU und GPU) kommen schon Temperaturen von 50° oder 60° vor. Und richtig: Mit kühler Luft kühlt es sich besser .

Zitat

Zu 4.: Wie der Effekt wirkt hab ich auch noch nicht wirklich verstanden. Um eine möglichst große Wärmeübertragung zu erreichen wird wohl eine Konstante Temperaturdifferenz zwischen Kühlkörper und Luft benötigt.

Das hängt mit 1.) und mit 2.) zusammen. Wenn eine heiße CPU einen Riesenkühlkörper bekommt, dann wird der nur in der Mitte lauwarm und die Konvektion (warme Luft steigt auf) funktioniert weniger gut als bei einem kleineren Kühlkörper, der in allen Teilen heißer wird. Die Teile eines Rippenkühlkörpers, die niemals warm werden, weil sie zu weit außen liegen, kann man auch gleich weg lassen.

Zitat

Der Ideale Towerkühler hätte demnach lange Lamellen und die Heatpipes würden vom Luftstrom aus gesehen hinten an den Lamellen sitzen. Der Abstand der Lamellen muss auf die Strömungsgeschwindigkeit optimiert sein.

Towerkühler sind nicht auf Konvektion, sondern auf aktive Belüftung hin konzipiert. Da gelten die von dir genannten Punkte 1. – 4. einfach so nicht. Die beziehen sich auf senkrecht montierte Rippenkühlkörper in freier Luft ohne Lüfter-Hilfe. Bei einem aktiv belüfteten Towerk-Kühler muss die Kombination Lüfter (Druckaufbau) und Geometrie der Finnen stimmen, mehr nicht.

Grüße
vom

Brumm-Bär

[heatpipe]

Hallo,

den Ausführungen von crblue möchte ich mich anschließen.

Zusätzlich gilt für Rippenkühlkörper,dass auf der Rippenseite nur über die Spitze der Rippen und über die Seitenteile Strahlung an die Umgebung abgegeben wird.Der Hauptteil der Strahlung wird über die Bodenfläche aufgenommen und abgestrahlt.Zwischen den Rippen neutralisiert sich die Strahlung.

Wie Brumm-Bär schon erwähnte hat in einem PC-System mit Lüftern die Wärmeabfuhr durch Strahlung eine untergeordnete Rolle.

In einem reinen Passivsystem könnte man sich zwecks Optimierung sehr wohl Gedanken machen,den 20%igen Strahlungsanteil zu verbessern.

Es grüßt
heatpipe

[Brumm-Bär]

heatpipe sagte am 08.08.2006, 18:28:

In einem reinen Passivsystem könnte man sich zwecks Optimierung sehr wohl Gedanken machen,den 20%igen Strahlungsanteil zu verbessern.

Hallo Heatpipe!

Schön, dass du dich hier einklinkst.

Damit aber für oberflächliche Leser keine Missverständnisse entstehen:
Die 20% Kühlung durch Wärme-Abstrahlung sind ein Erfahrungs- und Näherungs-Wert, aber kein fester Wert. In einem aktiv gekühlten Rechner spielt die Wärmestrahlung keine Rolle (0,1% ) und ein Rechner, der ohne jedes Gehäuse auf dem Tisch aufgebaut wird, kühlt sich hauptsächlich durch Abstrahlung der Wärme an die Umgebung. Und zwar ziemlich gut und richtig leise!

Nette Grüße
vom

Brumm-Bär