Что такое система охлаждения в компьютере
Проблема эффективного охлаждения высокопроизводительных компьютерных систем давно уже стала притчей во языцех и добавила забот не только специалистам или любителям-энтузиастам, но и самым что ни наесть «рядовым» пользователям. Сложную ситуацию значительно усугубляет еще и тот факт, что многие сборщики средней руки или даже крупные производители системных блоков зачастую совершенно «забывают» (вероятно, в угоду повышению нормы прибыли) о необходимости комплексного и достойного охлаждения всей компьютерной системы в целом: большая часть выпускаемых компьютеров комплектуется в откровенно тесных и «жарких» корпусах, лишенных на деле сколько-нибудь эффективных средств внутренней вентиляции. Для маломощных «бюджетных» систем это не так уж и критично, но вот возможность гарантированно правильного и надежного функционирования высокопроизводительной компьютерной «начинки» в подобных условиях вызывают очень большие сомнения.
На нашем прошлом занятии мы подробно разобрали основные нюансы функционирования вентиляторов, рассмотрели их важнейшие технические параметры. Сегодня мы вновь обратимся к этим устройствам, научимся практическому применению характеристических кривых (расходных характеристик) вентиляторов и посмотрим, как объективно оценить эффективность средств охлаждения компьютерных корпусов.
Системы воздушного охлаждения
Принцип работы заключается в непосредственной передаче тепла от нагревающегося компонента на радиатор за счёт теплопроводности материала или с помощью тепловых трубок (или их разновидностей, таких как термосифон и испарительная камера). Радиатор излучает тепло в окружающее пространство тепловым излучением и передаёт тепло теплопроводностью окружающему воздуху, что вызывает естественную конвекцию окружающего воздуха. Для увеличения излучаемого радиатором тепла применяют чернение поверхности радиатора.
Поверхности нагревающегося компонента и радиатора после шлифовки имеют шероховатость около 10 мкм, а после полировки — около 5 мкм. Эти шероховатости не позволяют поверхностям плотно соприкасаться, в результате чего образуется тонкий воздушный промежуток с очень низкой теплопроводностью. Для увеличения теплопроводности промежуток заполняют теплопроводными пастами.
Наиболее распространенный тип систем охлаждения в настоящее время. Отличается высокой универсальностью - радиаторы устанавливаются на большинство компьютерных компонентов с высоким тепловыделением. Эффективность охлаждения зависит от эффективной площади рассеивания тепла радиатора, температуры и скорости проходящего через него воздушного потока. На компоненты с относительно низким тепловыделением (чипсеты, транзисторы цепей питания, модули оперативной памяти), как правило устанавливаются простейшие пассивные радиаторы. На некоторые компьютерные компоненты, в частности жёсткие диски, установить радиатор затруднительно, поэтому они охлаждаются за счёт обдува вентилятором. На центральный и графический процессоры устанавливаются преимущественно активные радиаторы (кулеры). Пассивное воздушное охлаждение центрального и графического процессоров требует применения специальных радиаторов с высокой эффективностью отвода тепла при низкой скорости проходящего воздушного потока и применяется для построения бесшумного персонального компьютера.
Системный импеданс
Для количественного описания резистивного действия, которое оказывает воздушному потоку компьютерная система и ее компоненты, служит так называемый системный импеданс. В аналитическом виде эта аэродинамическая характеристика выражается соотношением
1 МСЗ — малая степень заполнения корпуса (заняты слот AGP, 1 слот PCI, 1 отсек для устройств 5.25», 2 отсека для устройств 3.5»).
2 ССЗ — средняя степень заполнения корпуса (заняты слот AGP, 2-3 слота PCI или других шин, 2-3 отсека для устройств 5.25», 2 отсека для устройств 3.5»).
3 ВСЗ — высокая степень заполнения корпуса (заняты слот AGP, не менее 4-5 слотов PCI или других шин, 3-4 отсека для устройств 5.25», все доступные отсеки для устройств 3.5»).
Что ж, на основании данных таблицы 2 не составит большого труда построить кривую системного импеданса типических корпусов. Для этого нужно просто выбрать «опорный» корпус, наиболее близкий к вашему по объему и внутренней конфигурации, и подставить соответствующее значение константы k в соотношение (3). Значение этой константы можно варьировать в пределах ±5%, если литраж вашего корпуса немного больше или немного меньше опорных показателей.
Осталось разобраться с характеристическими кривыми вентиляторов. К сожалению, далеко не всегда удается раздобыть расходную характеристику для какой-то конкретной модели вентилятора (в отношении разного рода «безымянных» вентиляторов это будет совершенно безнадежным делом). Между тем, выход из положения все-таки есть, и он довольно прост! На практике для довольно широкого класса вентиляторов типоразмера 80х80х25 мм со скоростью вращения крыльчатки 1500-3000 об/мин реальную зависимость статического давления потока от его объемной скорости (суть искомую расходную характеристику) можно аппроксимировать незатейливым полуэмпирическим соотношением
Pmax — максимальное (номинальное) статическое давление вентилятора,
Q — расход (производительность) вентилятора,
m — размерный множитель, m = 0,12 (mmH2O/CFM),
P — статическое давление.
Чтобы построить эту прямую, достаточно знать только номинальную производительность вентилятора (Qmax). Одна краевая точка искомой прямой становится известной автоматически — это, как вы правильно догадываетесь, точка (0, Qmax). Ну а процедура определения другой краевой точки, (Pmax, 0), полагаю, особых объяснений не требует.
Когда в корпусе установлен один дополнительный «заднеприводной» вентилятор, расходную характеристику охлаждающего комплекса (вентилятор плюс корпусной вентилятор) можно представить соотношением
Prf, max — максимальное статическое давление «заднеприводного» вентилятора,
m1f — размерный множитель,
Qps — расход вентилятора БП,
Qrf — расход «заднеприводного» вентилятора,
P1f — статическое давление охлаждающего комплекса.
Результирующая прямая, задаваемая соотношением (5), строится также элементарно, как и в случае соотношения (4): для этого достаточно отметить краевые точки (Pmax, rf, 0) и (0, Q1f,max = Qps, max + 0,45*Qrf, max).
Наконец, если в корпусе, дополнительно к «заднеприводному», установлен еще и один «переднеприводной» вентилятор, расходную характеристику такой системы охлаждения можно представить соотношением
P2f = Prf, max + 0,10*Pff, max — m2f*(Qps + 0,45*Qrf + 0,16*Qff), где | (6) |
Prf, max — максимальное статическое давление «заднеприводного» вентилятора,
Pff, max — максимальное статическое давление «переднеприводного» вентилятора,
m2f — размерный множитель,
Qps — расход вентилятора БП,
Qrf — расход «заднеприводного» вентилятора,
Qff — расход «переднеприводного» вентилятора,
P2f — статическое давление охлаждающего комплекса.
Краевые точки прямой, задаваемой соотношением (6), определяются по такому же несложному принципу, как и в случае соотношения (5).
Итак, препятствий на пути к заветной цели больше нет. Теперь, построив прямые системного импеданса и расходной характеристики корпусного охлаждающего комплекса, по точке их пересечения (найдя ее графическим способом или просто решив систему уравнений) мы сможем определить реальную производительность этого комплекса и соотнести ее с нашими требованиями к комфортной внутрикорпусной температуре. А дальше, как говорится, дело техники!
Что ж, на сегодня, пожалуй, уже хватит. На нашем следующем занятии мы обратимся к термопастам (а также прочим теплопроводным интерфейсным материалам), разберемся с их физико-химическими свойствами и эксплуатационными качествами. Спасибо за внимание и до встречи!
Система водяного охлаждения отводит тепло от нагретых элементов при помощи воды. Жидкость поглощает избыток энергии, проходит через радиатор, где остывает и процесс повторяется. За счет большей теплопроводности относительно воздуха, вода охлаждает быстрее, чем обычный кулер, при этом водяное охлаждение практически бесшумное.
Хладоген
Охлаждающая жидкость (хладагент, теплоноситель) предназначена для переноса тепла от водоблоков, нагреваемых компонентами системы, к радиаторам, рассеивающим его в атмосферу. В отличие от обычной воды, специализированные жидкости обладают большей эффективностью и не приводят к коррозии компонентов СЖО. Охлаждающие жидкости могут быть разных цветов, в том числе и с флюоресцентными добавками.
Содержание
Устройство и принцип действия
Как правило, используется следующая схема: на тепловыделяющий компонент устанавливается радиатор. Чаще всего — из алюминия или меди. На тепловыделяющую и радиаторную поверхности наносится слой термоинтерфейса для уменьшения потерь теплопроводности, при возможных неровностях этих поверхностей. На радиатор прикрепляется вентилятор, придувающий воздух к радиатору. Для увеличения полезной площади радиатора (повышения теплоотдачи) производители прибегают к различным уловкам и, вследствие этого, радиатор порой принимает весьма причудливые формы. Но довольно часто это является и стремлением производителей привлечь внимание потребителей, неравнодушных к причудливым формам. В большинстве случаев достигаются обе цели.
При не очень большой мощности процессора или при ограниченной вычислительной ёмкости задач, достаточно бывает только радиатора, без вентилятора.
Системы каскадного охлаждения
Две и более последовательно включенных фреоновых установок. Для получения более низких температур требуется использовать фреон с более низкой температурой кипения. В однокаскадной холодильной машине в этом случае требуется повышать рабочее давление за счет применения более мощных компрессоров. Альтернативный путь - охлаждение радиатора установки другой фреонкой (т. е. их последовательное включение), за счет чего снижается рабочее давление в системе и становится возможным применение обычных компрессоров. Каскадные системы позволяют получать гораздо более низкие температуры чем однокаскадные и, в отличие от систем открытого испарения, могут работать непрерывно. Однако, они являются и наиболее сложными в изготовлении и наладке.
Системы жидкостного охлаждения
Принцип работы - передача тепла от нагревающегося компонента радиатору с помощью рабочей жидкости, которая циркулирует в системе. В качестве рабочей жидкости чаще всего используется дистиллированная вода, часто с добавками имеющими бактерицидный и/или антигальванический эффект; иногда - масло, антифриз, жидкий металл [1] , или другие специальные жидкости.
Система жидкостного охлаждения состоит из:
- Помпы — насоса для циркуляции рабочей жидкости
- Теплосъёмника (ватерблока, водоблока, головки охлаждения) — устройства, отбирающего тепло у охлаждаемого элемента и передающего его рабочей жидкости
- Радиатора для рассеивания тепла рабочей жидкости. Может быть активным или пассивным
- Резервуара с рабочей жидкостью, служащего для компенсации теплового расширения жидкости, увеличения тепловой инерции системы и повышения удобства заправки и слива рабочей жидкости
- Шлангов или труб
- (Опционально) Датчика потока жидкости
Жидкость должна обладать высокой теплопроводностью, чтобы свести к минимуму перепад температур между стенкой трубки и поверхностью испарения, а также высокой удельной теплоёмкостью, чтобы при меньшей скорости циркуляции жидкости в контуре обеспечить большую эффективность охлаждения.
Исходные предпосылки
По большому счету, в обязанности компьютерного корпуса входит не только обеспечение удобной компоновки внутренних устройств совместно с удовлетворением эстетических потребностей пользователей, но и эффективный отвод тепловой мощности, выделяемой этими самыми внутренними устройствами, а также корпусным БП. Практически каждый компонент компьютерной системы весьма «капризен» в тепловом отношении и требует вполне определенных климатических условий. Наиболее жесткие требования предъявляют современные процессоры от Intel и AMD: для их комфортного функционирования внутрикорпусная температура (точнее, температура воздуха на «входе» вентилятора процессорного кулера) не должна превышать 35-40°C. Другие составляющие системы (материнская плата, видеокарта, жесткие диски, приводы DVD-ROM/CD-RW и т.д.) менее придирчивы, но, тем не менее, все они находятся вместе с процессором «в одном трюме», поэтому с удовольствием поддерживают «капризы» последнего.
Задача поддержания оптимальной внутрикорпусной температуры в последние годы все больше и больше затрудняется: общая тепловая «емкость» компьютеров неуклонно растет (тепловыделение навороченных систем на базе Athlon XP или Pentium 4 может достигать сейчас 250-300 Вт), а серьезных подвижек в плане тепловой оптимизации типических конфигураций корпусов форм-фактора ATX практически не наблюдается. Некоторые продвинутые пользователи берут инициативу в свои руки, ступая на тернистый путь доработки и оптимизации систем охлаждения корпусов методом проб и ошибок, который, как водится, далеко не всегда дает желаемый результат. Между тем, существует гораздо более простая и надежная методика, позволяющая объективно оценить эффективность той или иной корпусной системы охлаждения, и при необходимости — доработать (доукомплектовать) эту систему оптимальным образом или же окончательно укрепиться в решении приобрести новый, более качественный корпус.
Отправным пунктом этой методики является простое полуэмпирическое соотношение
P — полная тепловая мощность компьютерной системы,
Ti — температура внутри системного корпуса,
Тo — температура «на входе» корпуса (температура в помещении),
Q — производительность (расход) корпусной системы охлаждения.
Данное соотношение однозначно показывает, какой производительностью должна обладать корпусная система охлаждения для отвода требуемой тепловой мощности при заданной разности температур внутри и вне корпуса. Следует отметить, что здесь учитывается только конвективный теплообмен (т.е. перенос тепла воздушным потоком). Другие виды теплообмена — теплообмен теплопроводностью (передача тепла через непосредственный контакт внутренних устройств и стенок корпуса) и лучистый теплообмен (перенос тепла излучением) во внимание не принимаются. Однако вклад этих двух механизмов теплообмена весьма мал (не превышает 2-5% общего тепловыделения), поэтому под P мы смело можем подразумевать именно полную тепловую мощность системы.
Что ж, давайте возьмем «среднестатистическую» конфигурацию высокопроизводительного компьютера, распишем значения тепловой мощности, выделяемой его компонентами, и сведем их в Таблицу 1.
Наименование компонента | Тепловая мощность, Вт |
---|---|
Процессор AMD Athlon XP 2000+ (Intel Pentium 4 2 GHz) | 65 |
Материнская плата на базе VIA KT333 (Intel i845E) | 25 |
Модуль памяти DDR DRAM, 512 Мб | 10 |
Видеокарта Nvidia GeForce 4 | 20 |
Жесткие диски IDE 40-60 Гб, 7200 об/мин, 2 шт. | 15 |
Привод DVD-ROM | 5 |
Привод CD-RW | 5 |
Мультимедийная карта/звуковая карта 5.1 channel | 5 |
Суммарная мощность компонентов | 150 |
Тепловая мощность стандартного БП с пассивной схемой PFC (КПД 0,75) | 50 |
Общий итог | 200 |
Итак, задаем температуру на «входе» корпуса равной 25°C, желаемую внутрикорпусную температуру равной 35°, и, сделав несложный расчет, получаем искомое значение производительности корпусной системы охлаждения, приблизительно равное 35 CFM. Если мы будем комплектовать нашу систему в стандартном «безвентиляторном» корпусе, то максимум, на что можем рассчитывать, это 25-30 CFM номинальной производительности внутреннего вентилятора БП, что уже, вообще говоря, недостаточно для обеспечения комфортного климата компьютерным компонентам. Между тем, как выяснилось на прошлом занятии, реальная производительность вентилятора в конкретных эксплуатационных условиях будет ощутимо ниже номинальной. В конечном итоге мы можем столкнуться с невозможностью поддержания в таком корпусе не то что комфортной, но даже термально безопасной температуры внутренней среды.
Водоблок на CPU
Водоблок CPU - это теплообменник, передающий тепло от процессора охлаждающей жидкости. Водоблок для процессора состоит из металлического основания, непосредственно контактирующего с теплораспределителем процессора, и крышки с отверстиями для включения его в контур СВО. Для достижения максимальной производительности внутренняя поверхность основания имеет сложную структуру.
Радиаторы
Радиатор в системе жидкостного охлаждения необходим для отвода тепла из контура охлаждения в атмосферу. Для этого на него как правило устанавливается один или несколько вентиляторов большого диаметра. Размер радиатора определятся мощностью, которую нужно удалить из контура охлаждения.
Преимущества водяного охлаждения
Основные плюсы СВО • Непревзойденная эффективность. Температурный режим безупречно стабилен: ресурсоемкая обработка графики, объемное моделирование, огромный объем игровых вычислений – при любых нагрузках исключены перегрев и зависания. • Безопасный оверлокинг. Даже при комплексном разгоне компонентов, система не потеряет своей стабильности. • Снижение шума. Циркуляция жидкости происходит практически беззвучно. При небольших нагрузках можно добиться полной тишины, но и в режиме максимальной загрузки система работает намного тише обычных кулеров. • В корпусе меньше пыли. Пыль засасывается в корпус при работе вентиляторов и может вывести из строя элементы на платах. При водяном охлаждении в системный блок попадает меньше пыли – компьютер прослужит дольше. • Эксклюзивный дизайн компьютера за счет оригинальных идей наших инженеров. В HYPERPC могут превратить стандартный системник в авторский концепт, у которого нет аналогов.
Системы с элементами Пельтье
Элемент Пельтье для охлаждения компьютерных компонентов никогда не применяется самостоятельно из-за необходимости охлаждения его горячей поверхности. Как правило, элемент Пельтье устанавливается на охлаждаемый компонент, а другую его поверхность охлаждают с помощью другой системы охлаждения (обычно воздушной или жидкостной). Так как компонент может охлаждаться до температур ниже температуры окружающего воздуха, необходимо применять меры по борьбе с конденсатом. По сравнению с фреоновыми установками элементы Пельтье компактнее и не создают шум и вибрацию, но заметно менее эффективны.
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 13 мая 2011.
Ку́лер (англ. cooler — охладитель ) — в применении к компьютерной тематике — сленговое компьютерное название устройства — совокупности вентилятора и радиатора, устанавливаемого на электронные компоненты компьютера с повышенным тепловыделением (обычно более 5 Вт): центральный процессор, графический процессор, микросхемы чипсета, блок питания.
Кому подойдет водяное охлаждение?
Для работы с легкими приложениями, периодического просмотра фильмов и серфинга в Интернете будет достаточно воздушного кулера. Если же вы работаете с графикой, занимаетесь 3D-моделированием, моддингом, разгоном и играете в требовательные игры –охлаждение жидкостью позволит использовать всю мощность ПК по максимуму.
Контур
Контур систему жидкостного охлаждения представлен трубками или шлангами соединяющими все ее компоненты в единый механизм. Для максимизации эффективности всей СВО крайне важно правильное проектирование контура и наши инженеры вкладывают весь свой многолетний опыт в решение этой задачи. Так же контур может быть одним из ключевых элементов дизайна всей системы.
Ватерчиллеры
Системы совмещающие системы жидкостного охлаждения и фреоновые установки. В таких системах антифриз, циркулирующий в системе жидкостного охлаждения, охлаждается с помощью фреоновой установки в специальном теплообменнике. Данные системы позволяют использовать отрицательные температуры, достижимые с помощью фреоновых установок для охлаждения нескольких компонентов (в обычных фреонках охлаждение нескольких компонентов затруднено). К недостаткам таких систем относится большая их сложность и стоимость, а также необходимость теплоизоляции всей системы жидкостного охлаждения.
Водоблок на GPU
Водоблоки для видеокарт делятся на два основных типа - водоблок закрывающий только чип и водоблок с полным покрытием, обеспечивающий отвод тепла сразу от всех критически важных компонентов видеоадаптера. Основание таких водоблоков имеет сложную структуру, что способствует более эффективному отводу тепла.
Пыль – главный источник перегрева
Помимо установки хорошей системы охлаждения, необходимо также следить за чистотой внутреннего пространства системного блока компьютера. При засорении пылью эффективность теплоотводных радиаторов снижается минимум вдвое, а вентилятор, забитый пылью, не в состоянии обеспечивать достаточную циркуляцию воздуха внутри корпуса. Поэтому нужно вовремя проводить плановую чистку компьютера от пыли, в которую также должны входить: чистка вентиляторов, радиаторов, блока питания и контактных поверхностей компонентов (видеокарты, оперативной памяти и т.д.).
Схема водяного охлаждения ПК
Схема водяного охлаждения (СВО) 1. Помпа — насос для поддержания циркуляции жидкости. Без помпы невозможно запустить СВО. 2, 3. Ватерблоки (от англ. waterblock) на центральный процессор и видеокарту — эти теплообменники нужны для передачи тепла от элемента воде. 4. Радиатор, в котором происходит охлаждение воды за счет потока воздуха от вентиляторов. 5. Резервуар — нужен для компенсации избытка давления при расширении жидкости, для удаления воздуха из системы и дозаправки.
Система охлаждения компьютера — набор средств для отвода тепла от нагревающихся в процессе работы компьютерных компонентов.
Тепло в конечном итоге может утилизироваться:
- В атмосферу (радиаторные системы охлаждения):
- Пассивное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется излучением тепла и естественной конвекцией)
- Активное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется излучением (радиацией) тепла и принудительной конвекцией (обдув вентиляторами))
По способу отвода тепла от нагревающихся элементов, системы охлаждения делятся на:
- Системы воздушного (аэрогенного) охлаждения
- Системы жидкостного охлаждения установка
- Системы открытого испарения
Также существуют комбинированные системы охлаждения сочетающие элементы систем различных типов:
- Ватерчиллер
- Системы с использованием элементов Пельтье
Содержание
Элементы системы охлаждения
Для построения грамотной системы охлаждения необходимо знать, какие именно элементы компьютера больше всего нуждаются в отводе тепла, и как правильно этот отвод организовать.
Охлаждение для корпуса
В недорогих конфигурациях персональных компьютеров воздухообмен в системном блоке происходит за счет вентиляционной решетки и вытяжного вентилятора на блоке питания. Воздух попадает внутрь корпуса через отверстия вентиляции, проходит через компоненты ПК и отводит тепло наружу, через блок питания. Однако при более-менее приличной мощности компьютера этого зачастую бывает недостаточно и тогда необходимо устанавливать в системный блок дополнительные вентиляторы. Но ставить их нужно не как попало, иначе горячий воздух будет «гулять» внутри системного блока, что сведет на нет всю эффективность охлаждения. Ниже на иллюстрации показана схема правильного воздухообмена внутри корпуса компьютера: холодный воздух затягивается большим вентилятором снизу, проходит через все главные компоненты ПК и вытягивается наверх при помощи нескольких небольших вентиляторов.
Охлаждение для процессора
Процессор является самым «жарким» компонентом компьютера и поэтому особенно нуждается в хорошем охлаждении. Лучшим решением для отвода тепла от процессора будет качественный радиатор с кулером среднего или большого диаметра – это обеспечит высокую эффективность при невысоком уровне шума.
Также не стоит забывать о правильном и своевременном нанесении термопасты – без этого вещества между процессором и радиатором будет образовываться тонкий воздушный слой с крайне низкой теплопроводимостью.
Охлаждение для видеокарты
Видеокарте также необходимо качественное охлаждение, ведь она тоже испытывает при работе немалую нагрузку (особенно во время игр, или работы с графическими редакторами). Большинство видеокарт продаются со встроенным кулером активного охлаждения, но есть и модели с радиатором пассивного охлаждения. Последние приобретаются любителями бесшумных систем, а также энтузиастами, которые дополнительно устанавливают на них кулер, повышая тем самым производительность видеокарты.
Охлаждение для жесткого диска, чипсета и оперативной памяти
Обычному пользователю вряд ли стоит беспокоиться об охлаждении материнской платы, оперативной памяти или винчестера. Однако владельцам мощных комплектующих установка пассивных теплоотводных элементов на вышеперечисленные компоненты совсем не помешает. Особенно сильно может нагреваться чипсет материнской платы – при больших нагрузках его температура порой достигает 65-70 градусов по Цельсию.
Системы открытого испарения
Установки, в которых в качестве хладагента (рабочего тела) используется сухой лёд, жидкий азот или гелий [2] , испаряющийся в специальной открытой ёмкости (стакане), установленной непосредственно на охлаждаемом элементе. Используются в основном компьютерными энтузиастами для экстремального разгона аппаратуры («оверклокинга»). Позволяют получать наиболее низкие температуры, но имеют ограниченное время работы (требуют постоянного пополнения стакана хладагентом).
Исходные предпосылки
По большому счету, в обязанности компьютерного корпуса входит не только обеспечение удобной компоновки внутренних устройств совместно с удовлетворением эстетических потребностей пользователей, но и эффективный отвод тепловой мощности, выделяемой этими самыми внутренними устройствами, а также корпусным БП. Практически каждый компонент компьютерной системы весьма «капризен» в тепловом отношении и требует вполне определенных климатических условий. Наиболее жесткие требования предъявляют современные процессоры от Intel и AMD: для их комфортного функционирования внутрикорпусная температура (точнее, температура воздуха на «входе» вентилятора процессорного кулера) не должна превышать 35-40°C. Другие составляющие системы (материнская плата, видеокарта, жесткие диски, приводы DVD-ROM/CD-RW и т.д.) менее придирчивы, но, тем не менее, все они находятся вместе с процессором «в одном трюме», поэтому с удовольствием поддерживают «капризы» последнего.
Задача поддержания оптимальной внутрикорпусной температуры в последние годы все больше и больше затрудняется: общая тепловая «емкость» компьютеров неуклонно растет (тепловыделение навороченных систем на базе Athlon XP или Pentium 4 может достигать сейчас 250-300 Вт), а серьезных подвижек в плане тепловой оптимизации типических конфигураций корпусов форм-фактора ATX практически не наблюдается. Некоторые продвинутые пользователи берут инициативу в свои руки, ступая на тернистый путь доработки и оптимизации систем охлаждения корпусов методом проб и ошибок, который, как водится, далеко не всегда дает желаемый результат. Между тем, существует гораздо более простая и надежная методика, позволяющая объективно оценить эффективность той или иной корпусной системы охлаждения, и при необходимости — доработать (доукомплектовать) эту систему оптимальным образом или же окончательно укрепиться в решении приобрести новый, более качественный корпус.
Отправным пунктом этой методики является простое полуэмпирическое соотношение
P — полная тепловая мощность компьютерной системы,
Ti — температура внутри системного корпуса,
Тo — температура «на входе» корпуса (температура в помещении),
Q — производительность (расход) корпусной системы охлаждения.Данное соотношение однозначно показывает, какой производительностью должна обладать корпусная система охлаждения для отвода требуемой тепловой мощности при заданной разности температур внутри и вне корпуса. Следует отметить, что здесь учитывается только конвективный теплообмен (т.е. перенос тепла воздушным потоком). Другие виды теплообмена — теплообмен теплопроводностью (передача тепла через непосредственный контакт внутренних устройств и стенок корпуса) и лучистый теплообмен (перенос тепла излучением) во внимание не принимаются. Однако вклад этих двух механизмов теплообмена весьма мал (не превышает 2-5% общего тепловыделения), поэтому под P мы смело можем подразумевать именно полную тепловую мощность системы.
Что ж, давайте возьмем «среднестатистическую» конфигурацию высокопроизводительного компьютера, распишем значения тепловой мощности, выделяемой его компонентами, и сведем их в Таблицу 1.
Наименование компонента Тепловая мощность, Вт Процессор AMD Athlon XP 2000+ (Intel Pentium 4 2 GHz) 65 Материнская плата на базе VIA KT333 (Intel i845E) 25 Модуль памяти DDR DRAM, 512 Мб 10 Видеокарта Nvidia GeForce 4 20 Жесткие диски IDE 40-60 Гб, 7200 об/мин, 2 шт. 15 Привод DVD-ROM 5 Привод CD-RW 5 Мультимедийная карта/звуковая карта 5.1 channel 5 Суммарная мощность компонентов 150 Тепловая мощность стандартного БП с пассивной схемой PFC (КПД 0,75) 50 Общий итог 200 Итак, задаем температуру на «входе» корпуса равной 25°C, желаемую внутрикорпусную температуру равной 35°, и, сделав несложный расчет, получаем искомое значение производительности корпусной системы охлаждения, приблизительно равное 35 CFM. Если мы будем комплектовать нашу систему в стандартном «безвентиляторном» корпусе, то максимум, на что можем рассчитывать, это 25-30 CFM номинальной производительности внутреннего вентилятора БП, что уже, вообще говоря, недостаточно для обеспечения комфортного климата компьютерным компонентам. Между тем, как выяснилось на прошлом занятии, реальная производительность вентилятора в конкретных эксплуатационных условиях будет ощутимо ниже номинальной. В конечном итоге мы можем столкнуться с невозможностью поддержания в таком корпусе не то что комфортной, но даже термально безопасной температуры внутренней среды.
Кулер на тепловых трубках
Из-за ограниченности пространства непосредственно у процессора и необходимости отводить от малой площади большой поток тепла, используют тепловые трубки. Эффективность теплопередачи тепловой трубки на единицу сечения выше, чем у теплопередачи через сплошной металл.
Благодаря такому подходу становится возможным передавать тепло с малой площади кристалла процессора на большой радиатор, находящийся на некотором расстоянии.
Одним из неотъемлемых элементов персонального компьютера является система его охлаждения. Так как все компоненты ПК работают от электрического тока, то они имеют свойство нагреваться, причем степень их нагрева прямо пропорционально зависит от уровня нагрузки на эти компоненты. Другими словами, если вы хотите, чтобы компьютер мог успешно справляться с поставленными задачами, и при этом не перегореть, то стоит уделить внимание подбору качественного охлаждения. Базовая система охлаждения нужна даже для самого простенького компьютера, если же вы являетесь или планируете стать обладателем игрового или профессионального ПК, то на хорошем охлаждении ни в коем случае не следует экономить.
Резервуар и помпа
Помпа представлет из себя электронный насос обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в контуре системы охлаждения.
Резервуар служит для аккумуляции воздуха из контура охлаждения и обеспечения запаса жидкости. Также он служит для выравнивания давления – это необходимо так как жидкость при нагревании расширяется. Помпа и резервуар могут быть выполнены в виде единого устройства, либо же являться отдельными узлами СЖО.
Виды систем охлаждения
На данный момент существует два основных вида систем охлаждения компьютера: воздушное и водяное.
Воздушные системы охлаждения
На сегодняшний день воздушное охлаждение является наиболее распространенным. Принцип действия системы воздушного охлаждения заключается в том, что тепло с нагревающегося элемента ПК напрямую передается на радиатор, и затем рассеивается в окружающее пространство. Эффективность такого метода охлаждения зависит от нескольких условий: полезной площади радиатора, материала, из которого он изготовлен и скорости проходящего воздушного потока. К примеру, медь является лучшим проводником тепла, чем алюминий, правда и стоимость ее гораздо выше. Также для лучшей теплоотдачи радиатора, может применяться чернение его поверхности. Воздушное охлаждение компьютера может быть активным или пассивным.
- Активное охлаждение подразумевает наличие, помимо радиатора, еще и вентилятора, который значительно ускоряет процесс отвода тепла от трубок радиатора в окружающее пространство. Как правило, вентиляторы активного охлаждения, или, как их еще называют, кулеры, применяют для охлаждения самых «горячих» компонентов ПК - процессора и видеокарты.
- Пассивное охлаждение в основном устанавливается на те элементы компьютера, которые не очень сильно нагреваются в процессе работы, так как его эффективность существенно ниже, чем у активного. Однако есть пассивные радиаторы, которые предназначены специально для построения бесшумной системы – они отличаются высокой эффективностью отвода тепла при низкой скорости потока воздуха.
Жидкостные системы охлаждения
Системы водяного охлаждения, которые раньше применялись только на серверных системах, в последнее время достаточно эффективно используются и в домашних компьютерах. Их основное преимущество – скорость охлаждения, поскольку жидкость может проводить тепло приблизительно в 30 раз быстрее, чем воздух. Основой жидкостного охлаждения является хладагент - рабочая жидкость, с помощью которой тепло отводится от нагревающегося элемента ПК к радиатору, где затем рассеивается в окружающую среду. В качестве такой рабочей жидкости может использоваться дистиллированная вода, масло, антифриз, жидкий металл или другое специальное вещество.
Помимо радиатора и трубок, по которым проводится рабочая жидкость, система водяного охлаждения включает в себя насос для циркуляции жидкости, резервуар для компенсации теплового расширения жидкости и теплосъемник – металлическую пластину, которая собирает тепло с компонентов компьютера.
Как видно, жидкостная система охлаждения представляет собой довольно сложную конструкцию, установка которой требует специальных знаний и немалых усилий. К тому же, если установить водяную систему охлаждения неправильно, то может возникнуть протечка, в результате которой компоненты компьютера пострадают или даже выйдут из строя. Поэтому оборудование такой системы лучше доверить профессионалам, или же просто-напросто купить готовый собранный ПК на водяном охлаждении.
Система водяного охлаждения может использоваться для двух целей: обеспечения высокой производительности компьютера или для создания бесшумного ПК. Некоторые по ошибке считают, что при помощи водяного охлаждения можно максимально добиться и того и другого, но к сожалению это не так. Высокоэффективная жидкостная система охлаждения должна иметь мощный насос, а шум от такого насоса вполне может превышать шум от активной системы вентиляции ПК. С другой стороны, бесшумное водяное охлаждение не обеспечит столь высокой эффективности.
В любом случае жидкостные системы охлаждения – продукт вовсе не массовый, ведь даже самая недорогая конфигурация такой системы будет в разы превышать стоимость воздушного охлаждения. Поэтому компьютеры на водяном охлаждении чаще всего приобретают геймеры, а также те, кому высокая производительность критически важна для работы. Остальным же пользователям вполне хватит и традиционного воздушного охлаждения.
Этимология названия
Несмотря на то, что название устройства пришло из английского языка (cool — охлаждать, прохладный), в русском языке оно имеет более узкое значение. В английском языке подобное устройство в компьютере называется по составным частям heat sink (иногда слитно — heatsink) and fan — теплоотвод (радиатор) c вентилятором, тогда как под словом cooler часто подразумевается любой охладитель, например так называют аппарат для охлаждения питьевой воды. Но наибольшая частота употребления слова в русском языке приходится на устройство, являющее собой сборку вентилятора и радиатора, устанавливаемую на центральный процессор персонального компьютера с целью отвода выделяемого тепла.
Из чего состоит водяное охлаждение
Фитинги
Фитинг (англ. fitting, от fit — прилаживать, монтировать, собирать) — соединительная часть трубопровода, устанавливаемая в местах его разветвлений, поворотов, переходов на другой диаметр, а также при необходимости частой сборки и разборки труб. Фитинги служат и для герметичного перекрытия трубопровода и прочих вспомогательных целей.
Фреоновые установки
Холодильная установка, испаритель которой установлен непосредственно на охлаждаемый компонент. Такие системы позволяют получить отрицательные температуры на охлаждаемом компоненте при непрерывной работе, что необходимо для экстремального разгона процессоров.
- Необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом (это общая проблема систем охлаждения работающих при температурах ниже температуры окружающей среды)
- Трудности охлаждения нескольких компонентов
- Повышенное электропотребление
- Сложность и дороговизна
Читайте также: