4 Устройства для охлаждения компьютера
Компьютер при своей работе потребляет электроэнергию, причем практически вся она в конечном счете превращается в тепловую. Чем выше температура, тем меньше срок службы электронного элемента. К тому же полупроводники, на основе которых построена вся компьютерная техника, обеспечивают необходимые электрические характеристики только в определенном диапазоне температур (10-85 градусов по Цельсию). Так как естественная конвекция не может обеспечить необходимого отвода тепла, приходится использовать принудительное охлаждение.
Первое, что нужно охлаждать, это процессор. Для этого применяются специальные вентиляторы, которые устанавливаются прямо на процессор. Для улучшения передачи тепла между корпусом процессора и кулером на вентиляторе обычно имеется прокладка из эластомера, которая имеет высокую теплопроводность. Лучшие вентиляторы вместо этого могут иметь специальную пасту, которая в этом отношении лучше, но и имеет один недостаток: одноразовость. Корпус вентилятора имеет вид радиатора для увеличения теплоотдающей поверхности.
Для улучшения охлаждения процессора в некоторых устройствах применяется не один, а целых два вентилятора. Благодаря наличию второго вентилятора они более эффективны, к тому же при отказе одного из них, его отчасти заменит второй. Большинство дешевых кулеров имеют постоянную скорость вращения двигателя; более дорогие часто имеют температурный датчик, который позволяет ее регулировать. Последние более предпочтительны, так как они потребляют несколько меньшее количество энергии и способны дольше прослужить (в результате меньшей скорости вращения при простое) и при очень сильном нагреве CPU благодаря наращиванию своей мощности способны лучше его охлаждать. Хорошие вентиляторы также оснащены подшипниками (качения или скольжения), что уменьшает шум во время работы и приводит к увеличению срока службы.
Кроме процессора в больших количествах выделяют тепло и многие другие компоненты РС: различные дисководы, модули памяти, графические карты. Для решения этой проблемы в блоке питания имеется встроенный вентилятор, но при относительно большом количестве устройств его мощности может не хватать. Однако здесь может помочь установка дополнительных кулеров. Хорошие корпуса имеют для этих целей одно или более посадочное место на передней панели; некоторые даже продаются уже со вторым вентилятором. Для очень "горячих" плат или жестких дисков существуют вентиляторы, которые крепятся в непосредственной близости от охлаждаемого объекта. Например, для обдува видеокарты его можно вставить в соседний слот на материнской.
Для жестких дисков можно применять специальные корпуса со встроенным вентилятором, устанавливаемые в 5" отсек.
Радиаторы. По своей сути радиатор является устройством, существенно облегчающим теплообмен процессора с окружающей средой. Площадь поверхности процессорного кристалла чрезвычайно мала и недостаточна для эффективного отвода тепловой мощности, измеряемой десятками ватт. Благодаря своей оребренной поверхности, радиатор, будучи установленным на процессоре, в сотни раз увеличивает площадь его теплового контакта с окружающей средой, способствуя усилению интенсивности теплообмена и снижению рабочей температуры.
На практике термическое сопротивление (тепловая эффективность) радиатора во многом зависит не только от площади оребренной поверхности, но и от его конструктивных особенностей и технологии изготовления. В настоящее время на рынке представлены пять видов радиаторов, задействованных в массовом производстве.
Экструзионные
(прессованные) радиаторы. Наиболее
дешевые, общепризнанные и самые
распространенные на рынке, основной
материал, используемый в их производстве
- алюминий. Такие радиаторы изготавливаются
методом экструзии (прессования), который
позволяет получить достаточно сложный
профиль оребренной поверхности и достичь
хороших теплоотводящих свойств.
а) б) в) г)
Рисунок 1 – Основные виды радиаторов: а)- экструзионные, б)- складчатые, в)- кованые, г)- составные.
Складчатые радиаторы. Отличаются технологическим исполнением: на базовой пластине радиатора пайкой (или с помощью адгезионных теплопроводящих паст) закрепляется тонкая металлическая лента, свернутая в гармошку, складки которой играют роль своеобразной оребренной поверхности. Основные материалы - алюминий и медь. По сравнению с экструзионными радиаторами, данная технология позволяет получать изделия более компактных размеров, но с такой же тепловой эффективностью.
Кованые (холоднодеформированные) радиаторы. Для их изготовления используется технология холодного прессования, которая позволяет «ваять» поверхность радиатора не только в форме стандартных прямоугольных ребер, но и в виде стрежней произвольного сечения. Основной материал - алюминий, но зачастую в основание (подошву) радиатора дополнительно интегрируют медные пластины (для улучшения его теплоотводящих свойств). Технология холодного прессования характеризуется относительно малой производительностью, поэтому «кованые» радиаторы, как правило, дороже экструзионных и складчатых, но не всегда лучше в плане тепловой эффективности.
Составные радиаторы. Во многом повторяют методику складчатых радиаторов, но обладают вместе с тем весьма существенным отличием: здесь оребренная поверхность формируется уже не лентой-гармошкой, а раздельными тонкими пластинами, закрепленными на подошве радиатора пайкой или стыковой сваркой. Основной используемый материал - медь. Как правило, составные радиаторы характеризуются более высокой тепловой эффективностью, чем экструзионные и складчатые, но это наблюдается только при условии жесткого контроля качества производственных процессов.
Точеные
радиаторы. На сегодня это самые современные
и наиболее дорогие изделия. Они
производятся прецизионной механической
обработкой монолитных заготовок
(обрабатываются на специализированных
высокоточных станках с ЧПУ) и отличаются
наилучшей тепловой эффективностью.
Основные материалы - алюминий и медь.
Точеные радиаторы могут вытеснить с
рынка все остальные виды при снижении
себестоимости технологии.
Рисунок 2- Точеные
радиаторы
На сегодня в процессорных кулерах находят применение в основном осевые (аксиальные) вентиляторы, формирующие воздушный поток в направлении, параллельном оси вращения пропеллера.
Ходовая часть вентилятора может быть построена на подшипнике скольжения (наиболее дешевая и недолговечная конструкция), на комбинированном подшипнике - один подшипник скольжения плюс один подшипник качения (наиболее распространенная конструкция), и на двух подшипниках качения (самая дорогая, надежная и долговечная конструкция). Электрическая часть вентилятора повсеместно представляет собой миниатюрный электродвигатель постоянного тока.
Фундаментальной характеристикой любого вентилятора является его производительность (расход) - величина, показывающая объемную скорость воздушного потока. Выражается она в кубических футах в минуту. Чем больше производительность вентилятора, тем он более эффективно продувает радиатор, уменьшая термическое сопротивление последнего. Типичные значения расхода - от 10 до 80 CFM.
Второй важной характеристикой вентилятора является скорость вращения крыльчатки (об/мин, RPM). Чем быстрее вращается крыльчатка, тем выше производительность вентилятора. Типичные значения скорости - от 1500 до 7000 об/мин.
Третьей характеристикой вентилятора является его типоразмер. Как правило, чем больше габариты вентилятора, тем выше его производительность. Наиболее распространенные типоразмеры – 60*60*15 мм, 60*60*20 мм, 60*60*25 мм, 70*70*15 мм, 80*80*25 мм.
Что же касается эксплуатационных параметров, то наиболее существенными из них являются уровень шума и срок службы вентилятора.
Уровень шума вентилятора выражается в децибелах и показывает, насколько громким он будет в субъективном восприятии. Значения уровня шума вентиляторов лежат в диапазоне от 20 до 50 дБА. Человеком воспринимаются в качестве тихих только те вентиляторы, уровень шума которых не превышает 30-35 дБА.
Срок службы вентилятора выражается в тысячах часов и является объективным показателем его надежности и долговечности. На практике срок службы вентиляторов на подшипниках скольжения не превышает 10-15 тыс. часов, а на подшипниках качения - 40-50 тыс. часов.