Gehäuseinnentemperatur anhand der Luftmengen berechnen

MichaelMros · 15. Juni 2021

Aber doch nicht wenn das gesamte Luftvolumen, dass sich zeitpunktbezogen im Gehäuse befindet mehrere Male in der Minute nicht nur umgewälzt sondern ausgetauscht wird. Du beschreibst Effekte für nahezu unbewegte Luftmassen. Was nun nicht Sinn und Zweck von Luftkühlung per Heatsink ist. Dort soll kalte Luft rein and erwärmte Luft möglichst schnell raus aus dem Gehäuse.

Duke711 schrieb:
So ist eben auf einen offenen Feld oder in einem Raum z.B: drei Meter weiter mal nicht eben um 5 K kälter oder wärmer.

Doch, genau das ist der Fall. DeltaT ist in einem Gehäuse mit mehreren Wärmequellen recht hoch. An einzelnen (unbelüfteten) Stellen werden 5° K (Luft) schnell erreicht, wenn schon die Bauteile einen Spread von teilweise 50 und mehr K erreichen.

Duke711 · 15. Juni 2021

Bei unbewegten Luftmassen und einer Wärmequelle ist das Feld recht heterogen und es bildet sich eine Luftfahne. Sehr gut im Sommer bei warmen Asphalt zu erkennen. Um eine Umwelzung im Gehäuse zu verhindern, muss die Oberfläche der Wärmequelle deutlich kleiner als das Gehäuse sein und sich direkt im ungehinderten Luftstrom befinden. Ist meistens nicht der Fall, weder die Grafikkarte befördert direkt im Luftstrom der Gehäuselüfter, noch befindet sich der Luftstrom der CPU auf der selben Achse mit dem Zuluftstrom. Auch befinden sich Zu- und Abstromlüfter nicht auf einer Achse, die Luft wird im Gehäuse mind. zwei mal um beinahe 90 ° umgelenkt. Mit einen entsprechenden Kontrastmittel wie z.B. Wasserdampf bzw. ein Aerosol kann man wunderbar sehen dass dies überall im Gehäuse relativ rasch verteilt wird. Und so schaut auch entsprechend das Temperaturfeld aus. Einen ungestörten Luftstrom wie im Windkanal bei einen PKW wird man nicht vorfinden, es geht im einem Gehäuse sehr turbulent zu.

Nachtrag:
Das Bild der Wärmekamera ist dafür vollkommen ungeeignet, das zeigt nur die Temperatur der Oberflächen, nicht aber der Luft.

MichaelMros · 15. Juni 2021

Ich weiß nicht, wann Du den letzten PC zusammengebaut hast. Aber mich dünkt, dass Du gerade Gehäuse aus Ende der 90er Jahre beschreibst:

Moderne Gehäuse (insb. Airflow-Gehäuse) bieten genau die Achse, die Du negierst:

Duke711 schrieb:
Nachtrag:
Das Bild der Wärmekamera ist dafür vollkommen ungeeignet, das zeigt nur die Temperatur der Oberflächen, nicht aber der Luft.

Niemand hat das behauptet. Bitte keine Strohmannargumente. Es dient lediglich der Visualisierung der Hotspots. Dass (unbewegte bzw. wenig bewegte) Luft um ein heißes Bauteil wärmer ist, als um ein kaltes, wirst Du ja wohl nicht anzweifeln.
Im Übrigen wäre das eine noch wesentlich weniger steile These als die, dass es in einem Gehäuse eine universale/globale Temperatur - wie von Dir vorgerrechnet - geben kann. 😜

Duke711 · 15. Juni 2021

Gehäuse sind eben unterschiedlich. Zusätzlich darf sich auch kein Staudruck bilden, was der Fall ist wenn Zu- und Abstromlüfter nicht exakt den selben Massenstrom haben, dann sucht sich nämlich die Luft außerhalb der Achse andere Wege.
Lange Rede, kurzer Sinn, man kann eine Umwälzung eher nicht verhindern, zumal ja auch die Kabel den Luftstrom ebenfalls ablenken. Das ist eher ein Ausnahmefall.

MichaelMros · 15. Juni 2021

Ich denke am sinnvollsten wäre es, einfach auf der praktischen Ebene zu bleiben. Ich finde, dass Du hier zuviele - für den Anwendungszweck des TE unrealistische - "Reinraum-Prämissen" triffst.

Duke711 · 16. Juni 2021

Auf der praktischen Eben ist, wenn man sich mal die wenigsten die Mühe zum messen machen würde, der Temperaturgradient im geschlossenen Gehäuse +- 0,5 K und liegt mit + 4 K deutlich überhalb der Raumtemperatur. Schon wäre es wenn man mal Temperaturfelder eines Gehäuse anschauen würde, bevor man von angeblich unrealistischen "Reinraum-Prämissen" spricht, nur weil man eben die Grundlagen nicht ganz nachvollziehen konnte. Einen Temperaturluftstrom kann man jedenfalls nicht ausmachen, zuviel zum Thema Umwelzung, obwohl die Lüfter auf der selben Achse liegen. Die Strömung ist turbulent und somit das Temperaturfeld sehr homogen, das ist nun mal ein Fakt und die Beispielrechnung zutreffend.

MichaelMros · 16. Juni 2021

Ich bin raus. Du argumentierst nach wie vor im Reinraum mit einem gedacht geschlossenen Gehäuse, in dem sich irgendwann nach einer gewissen Sättigungsphase vorgeblich eine Globaltemperatur einstellen soll (wo modellierst Du eigentlich den Luftumschlag?). Du vereinigst also auf theoretischer Ebene alle lokalen Temperaturen (Eintrittspunkt, am RAM, unter der Grafikkarte, hinter CPU Heatsink, HDD-Tray, Austrittspunkt etc.) Das Ergebnis mag rechnerisch korrekt sein. Allerdings sind die Prämissen unrealistisch und das Ergebnis als solches wertlos um Schlüsse daraus zu ziehen.

Übrigens war mein initialer Vorschlag eben genau eine empirische Datenerhebung per Messung.

Duke711 · 16. Juni 2021

MichaelMros schrieb:
Das Ergebnis mag rechnerisch korrekt sein. Allerdings sind die Prämissen unrealistisch und das Ergebnis als solches wertlos um Schlüsse daraus zu ziehen.

Übrigens war mein initialer Vorschlag eben genau eine empirische Datenerhebung per Messung.

Die Prämissen sind genau die so auch in der Praxis zu treffen, wie ich bereits beschrieben habe. Es bildet sich nach wenigen Sekunden eben solch ein quasi stationärer Gleichgewichtszustand. Dass die Temperatur nicht exakt überall gleich ist, sollte für jeden eine logische Schlussfolgerung sein.

MichaelMros · 16. Juni 2021

Duke711 schrieb:
Es bildet sich nach wenigen Sekunden eben solch ein quasi stationärer Gleichgewichtszustand.

Das ist einfach falsch. Einen stationären Zustand - d. h. unveränderter Wärmeeintrag in die einströmende/ausströmende Luft - erreicht man bei belasteter Hardware erst dann, wenn Heatsinks/Kühlflüssigkeit gesättigt sind, was Stunden dauern kann.

Das erfordert zudem, dass:

die Verlustleistung der Komponenten ausreicht um die Kühlung an die Grenzen zu bringen,
die Leistungsaufnahme bzw. Verlustleistung der Hardwarekomponenten konstant bleibt (gleichbleibende Last, synthetisches Szenario bspw. Prime95),
kein Thermal-Throttling der Komponenten einsetzt, um Temperatur- oder Powerlimits einzuhalten,
die Umgebungstemperatur konstant bleibt
und Rezirkulation/Wiedereinsaugen bereits ausgeblasener erwärmter Luft ausgeschlossen ist.

Das passiert in der Praxis selten, weil in realen Anwendungen die Last fluktuiert. Das von Dir beschriebene "Gleichgewicht" wird beim Endanwender nie eintreten und ist damit für die Fragestellung des TE uninteressant.

Duke711 schrieb:
Dass die Temperatur nicht exakt überall gleich ist, sollte für jeden eine logische Schlussfolgerung sein.

Hier hast Du anfangs noch gegenteilig behauptet, dass man das könne, indem Du eine Globaltemperatur für ein fiktives Gehäuse bestimmt hast. 😅

Duke711 · 16. Juni 2021

MichaelMros schrieb:
Das ist einfach falsch. Einen stationären Zustand - d. h. unveränderter Wärmeeintrag in die einströmende/ausströmende Luft - erreicht man bei belasteter Hardware erst dann, wenn Heatsinks/Kühlflüssigkeit gesättigt sind, was Stunden dauern kann.

Hat doch nichts mit der Luft zu tun:

Die Luft die einen Kühler durchströmt, erwärmt sich nach:

dT = Q / m * cp

innerhalb einer Sekunde, das sich der Massenstrom und Leisung auf einer Sekunde beziehen, das sind einfache Grundlagen.

Wie lange es dauert bis sich der Kühler erwärmt, kann man ebenfalls einfach herleiten. Weder ist die Masse des Kühlers hoch, noch hat Metall eine hohe Wärmekapazität, auch das dauert nur wenige Sekunden und keine angeblichen Stunden. Ebenso bis ein Gehäuselüfter das geringe Volumen eines Gehäuse geflutet hat, auch das dauert nur 1 - 3 Sekunden.

MichaelMros schrieb:
Das passiert in der Praxis selten, weil in realen Anwendungen die Last fluktuiert. Das von Dir beschriebene "Gleichgewicht" wird beim Endanwender nie eintreten und ist damit für die Fragestellung des TE uninteressant.

Du behauptest auch nur ständig das es nicht stimmt, wie wäre es mal mit Fakten? Da Du Kritik geäußert hast, obliegt es Dir das zu widerlegen.

MichaelMros schrieb:
Hier hast Du anfangs noch gegenteilig behauptet, dass man das könne, indem Du eine Globaltemperatur für ein fiktives Gehäuse bestimmt hast. 😅

So kann man diese auch bestimmen. Nur sollte man nicht vergessen das es sich um ein idealisierte Annahme als ein einfaches Beispiel handelt um die Temperatur abschätzen zu können. Da ist nun mal ein Temperaturgradient von +- 0,5 K bzw. 0,7 K wohl kaum von Relevanz und das war bzw. ist auch dem TE vollkommen klar.

MichaelMros · 16. Juni 2021

Duke711 schrieb:
Wie lange es dauert bis sich der Kühler erwärmt, kann man ebenfalls einfach herleiten. Weder ist die Masse des Kühlers hoch, noch hat Metall eine hohe Wärmekapazität, auch das dauert nur wenige Sekunden und keine angeblichen Stunden. Ebenso bis ein Gehäuselüfter das geringe Volumen einens Gehäuse geflutet hat, auch das dauert nur 1 - 3 Sekunden.

Experimentell widerlegt:

Sogar ohne Luftstrom durch Lüfter, was eine potenzielle Einflussgröße eliminiert.

Selbst ohne strömendes Medium (hier Wasser) bedarf es einiger Zeit, bis Sättigung/Peak eintritt:

Mit strömendem Medium (hier Wasser) wird im Experiment kein Limit der Kühlkapazität erreicht:

Es steht Dir frei, das Experiment mit Luftkühlung neu aufzulegen. Ich bezweifle, dass sich ein anderes Ergebnis einstellen wird.

EDIT
Hier nochmal direkt mit Luftkühlung (einer GPU) und brauchbarem Plot (inkl. explizitem Verweis auf das Praxisverhalten). Selbst gut dimensionierte Heatsinks stabilisieren sich bei dauerhaft 100 % Load erst nach 4 Minuten - und da auch nur, weil das ein im BIOS/Treiber hinterlegtes Target ist. Anstieg 0 bei der Lüfterdrehzahl erfolgt nach ca. 750 Sekunden:

Duke711 schrieb:
Du behauptest auch nur ständig das es nicht stimmt, wie wäre es mal mit Fakten? Da Du Kritik geäußert hast, obliegt es Dir das zu widerlegen.

Ich habe Dir exakt die Versuchsbedingungen genannt, die nötig wären, damit der von Dir beschriebene/errechnete Zustand eintreten würde. Reine Laborbediungen, die in der Praxis beim Endanwender irrelevant sind.

Duke711 schrieb:
Nur sollte man nicht vergessen das es sich um ein idealisierte Annahme als ein einfaches Beispiel handelt um die Temperatur abschätzen zu können. Da ist nun mal ein Temperaturgradient von +- 0,5 K bzw. 0,7 K wohl kaum von Relevanz und das war bzw. ist auch dem TE vollkommen klar.

Duke711 schrieb:
Lass Dir bloß hier von den Leuten keinen Bären aufschwatzen:

[...]

Wer dazu CFD oder eine Messapparatur braucht, wäre zu bemitleiden.

Wie gesagt, ich bin raus. Wir erzielen keinen Wissensgewinn mehr, der für den TE hilfreich sein könnte.

Duke711 · 16. Juni 2021

MichaelMros schrieb:
Es steht Dir frei, das Experiment mit Luftkühlung neu aufzulegen. Ich bezweifle, dass sich ein anderes Ergebnis einstellen wird.

Nur sehe ich nicht was angeblich diese Videos widerlegen sollen

1. Hast Du von Stunden geredet. Beim Plott im dritten Video handelt es sich gerade mal um 250 Sekunden bezüglich der 3090, somit ist meine Aussage alles andere als falsch, da ich nämlich von wenigen Sekunden gesprochen habe. Zumal es sich bei der 3090 um einen sehr massereichen Kühler handelt.

MichaelMros schrieb:
Das ist einfach falsch. Einen stationären Zustand - d. h. unveränderter Wärmeeintrag in die einströmende/ausströmende Luft - erreicht man bei belasteter Hardware erst dann, wenn Heatsinks/Kühlflüssigkeit gesättigt sind, was Stunden dauern kann.

Somit hast Du übrigens selbst deine Aussagen widerlegt.

Fakten bezüglich des Temperaturfeld im Gehäuse hast Du bis jetzt immer noch nicht präsentiert, die verlinkten Video's am damit auf jeden Fall nichts zu tun. Somit bleibt es weiterhin eine haltlose Behautpungen deinerseits. Mit Wissensgewinn hat die Diskussion hier übrigens nichts zu tun. Zumal ist es ja offensichtlich das einige Grundlagen nicht verstanden worden sind, zum anderen äußert man hier nur unbegründete Kritik und dreht sich auch noch die Aussagen zu recht bezüglich Stunden und Sekunden.

MichaelMros · 16. Juni 2021

Duke711 schrieb:
Nur sehe ich nicht was angeblich diese Videos widerlegen sollen

1. Hast Du von Stunden geredet. Beim Plott im dritten Video handelt es sich gerade mal um 250 Sekunden bezüglich der 3090, somit ist meine Aussage alles andere als falsch, da ich nämlich von wenigen Sekunden gesprochen habe. Zumal es sich bei der 3090 um einen sehr massereichen Kühler handelt.

Somit hast Du übrigens selbst deine Aussagen widerlegt.

MichaelMros schrieb:
[...] was Stunden dauern kann.

Das erfordert zudem, dass [...]

Also wenn zitieren, dann doch bitte korrekt. 🙄 Aber es ist schon Fortschritt erkennbar. Zunächst sprachst Du ja über:

Duke711 schrieb:
nur wenige Sekunden

Ich will zudem behaupten, dass Du die Plots nur halbgar interpretierst (cherrypicking?). Wenn der Kühlkörper stagniert, die Lüfterdrehzahl aber zunimmt (bis fast 15 Minuten Laufzeit), dann würde es im Umkehrschluss bedeuten, dass c. p. der Kühlkörper sich bei fixierter Lüfterdrehzahl weiter aufheizen würde - und damit auch die umgebende Luft ebenfalls. Wir sprechen also nicht über 250 sondern mindestens 750 Sekunden. Nämlich bis zum Peak der Lüfterdrehzahl (sind nur +200 %, Schwamm drüber). 😉

Was aber wegen Temperatur-/Power-Targets - also Praxisbedigungen - eben nicht passiert (wird auch explizit angesprochen). Daher sind deine Berechnung bspw. für Entwicklung oder Bemessung brauchbar, für die Praxis des Endanwenders aber nicht. Und zwar deshalb, weil diese Überlegungen bzw. Berechnungen vom jeweiligen Entwickler ja längstens in das fertige Produkt eingeflossen sind - bspw. in Form der Dimensionierung des Kühlkörpers.

Duke711 schrieb:
Fakten bezüglich des Temperaturfeld im Gehäuse hast Du bis jetzt immer noch nicht präsentiert, die verlinkten Video's am damit auf jeden Fall nichts zu tun.

Ich wiederhole: bitte keine Strohmann-Argumente. Du hast die Behauptung geliefert, dass deine Berechnung sinnvoll und brauchbar wäre. Mein Kernaussage ist, dass die von Dir präsentierten 33,6 °C ein rein theoretischer Wert aus Reinraum-/Laborbedingungen ist, aus dem der PC-Endanwender wenig bis keinen praktischen Nutzen ziehen kann. Die Einflussgrößen, die diesen theoretischen Wert verzerren, habe ich lang und breit vorgetragen. Mit einem Infrarotthermometer kommt der TE schneller und weiter.

Ich hoffe, dass Du zwischen einem Angriff auf die Methodik einer Aussage (nicht erfolgt) und einem Angriff auf die Qualität einer Aussage (erfolgt) ausreichend gut differenzieren kannst.

Duke711 · 16. Juni 2021

Mit einem Infrarotthermometer kann man nur Oberflächen messen, wäre also der falsche Ansatz.

MichaelMros · 16. Juni 2021

Nein, das wäre der praktisch sinnvolle Ansatz. Messfühler im Innenraum kann man durchaus verteilen. Die Aussage aus Messung der Lufttemperatur ist aber praktisch wenig brauchbar, da die Lufttemperatur nur Derivat von aufgeheizten Komponenten ist. Warum nicht also gleich die Komponenten messen? 😅 Jede verdammte integrierte Lüftersteuerung von GPUs funktioniert nach dem Prinzip.

yannickgond · 21. Juni 2021

Jetzt habe ich noch eine ganz andere Frage anhand welchem Temperatursensor sollte man die Gehäuselüfter einstellen ?
Ich möchte mir mehr oder weniger eigene Lüfterkurven erstellen und weiß nicht so recht welchen Temperatursensor vom Mainboard ich hier hinterlegen soll

Ich will im optimalfall erst die Gehäuselüfter voll drehen lassen bevor die vom arctic freezer voll aufdrehen, weil die 140er Gehäuselüfter auf voller Drehzahl für mich weniger nervig sind als wenn die 120Lüfter vom freezer voll aufdrehen

modena.ch · 21. Juni 2021

Ich regle die GH Lüfter nach der MB oder der Systemtemperatur.
Diese ist aber natürlich abhängig von der Raumtemperatur.

Den Freezer voll aufzudrehen ist nicht besonders sinnvoll, falls es sich um den Freezer 34 eSports Duo handelt.
Auf einem 1800X holt er von 1300-2000 RPM nur noch 3 Grad K, wird aber 6 dB lauter dabei.
Laut OCINSIDE...
Als Notfallsetting mit 93-94 Grad kann man die max Drehzahl sicher verwenden, aber für das Übliche würd ich solche Drehzahlen vermeiden.

Gehäuseinnentemperatur anhand der Luftmengen berechnen

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