ВСТУП
Тепловиділення комп'ютерів, що випускаються сьогодні, зросло в кілька разів порівняно з моделями 10-15-річної давності. Змінилися й системи охолодження електронних компонентів: там, де раніше було досить мініатюрного радіатора, тепер застосовуються громіздкі конструкції, оснащені мідними ребрами і тепловими трубками.
На роботу вентиляції корпусів персональних комп'ютерів (ПК) і радіоелектронної апаратури (РЕА) накладаються досить жорсткі обмеження. З одного боку, потрібна температура повітря в корпусі ПК максимально наближена до температури зовнішнього повітря. З іншого, це неприпустимість перевищення температури охолоджуваного вузла до максимально для нього допустимої, яка становить зараз від 850 до 950С, причому вона повинна бути по можливості мінімальна. Важливий і мінімальний рівень шуму системи вентиляції. Для оптимальної конструкції треба з максимальною якістю виконати ці умови.
Повітряні потоки, що забезпечують теплообмін можуть створюватися й існувати за рахунок зовнішнього нагнітає (витягує) електромеханічного пристрою - вентилятора. Цей вид вентиляції вимагає додаткових енерговитрат, підвищує рівень шуму блоків і знижує надійність конструкції РЕА. Примусова вентиляція, це вентиляція де повітряні потоки, що забезпечують теплообмін створюються і існують за рахунок зовнішнього нагнітає (витяжного) електромеханічного пристрою - вентилятора. Цей вид вентиляції вимагає додаткових енерговитрат, підвищує рівень шуму і знижує надійність конструкції РЕА.
Точний розрахунок системи вентиляції РЕА складний і повинен враховувати безліч факторів, які іноді на практиці важко врахувати. При значних надлишках тепла, низької температури зовнішнього повітря в корпусах РЕА без примусової вентиляції можуть здійснюватися повітрообмін, що досягають декількох десятків кубічних метрів на годину. І зрозуміло, що охолодження повністю залежить від характеристик застосовуваних вентиляторів.
1 Загальний розділ
1.1 Призначення системи охолодження пк
Основою всіх комплектуючих комп'ютера є інтегральні мікросхеми - кристали кремнію, що складаються з сотень тисяч мікроскопічних напівпровідникових елементів - транзисторів. Велика частина енергії електричного струму, який проходить через ці транзистори під час роботи, перетворюється в тепло.
Технологія виробництва мікросхем безперервно удосконалюється, дозволяючи з більшою щільністю «упаковувати» в них елементи, що, з одного боку, знижує виділення тепла (так як дозволяє використовувати меншу напругу живлення), а з іншого-збільшує його.
1.2 Типи охолодження компонентів пк
Тепер про охолодження самих елементів ПК: в першу чергу центрального процесора і відеокарти, а також вінчестерів, модулів ОЗУ і чіпсета. Яким взагалі може бути їх охолодження? Воно буває пасивним і активним.
1.2.1 Пасивне охолодження
Пасивне являє собою просто радіатор, притулений на поверхню кристала і прикріплений до «сокету» або «слоту». Уже давно не застосовується для охолодження більшості CPU (хіба що для застарілих каменів і малопотужних Celeron), іноді ставиться на GPU і активно використовується для охолодження модулів RAM, відеопам'яті і чіпсетів. Як бачите самі гарячі компоненти «пассівкой» не охолоджують. Все тому, що таке охолодження грунтується на природній конвекції повітря. А тільки природним повітряним припливом-відпливом теплоприемник (радіатор) з достатньою швидкістю не остудити. Яким повинен бути радіатор? Бажано мідним (краще відводить тепло, ніж алюмінієвий) і голчастим (без загострень на кінці голок). Хоча, в іншому, радіатор з пластинами замість голок теж не забороняється.
Головне - загальна площа його поверхні. Чим вона більша, тим ефективніше тепловідвід. Підошва радіатора повинна бути гладкою, інакше контакт з чіпом (а, отже, і теплопередача) буде порушений. Всім радіаторів властива така характеристика, як температурне опір. Воно показує, наскільки зміниться температура процесора при збільшенні споживаної ним потужності на 1 Ватт. Чим це опір менше, тим краще. Радіатори монтуються до чіпу або спеціальним кріпленням (до гнізда процесора), або приклеюються термоклеєм (на чіпи пам'яті, чіпсет). В першому випадку на поверхню процесора потрібно спочатку тонким шаром нанести термопасту (створити термоінтерфейс). Самі распростряненние термопасти - КПТ-8 і АлСил. Яку з них вибрати - вирішувати вам. Іноді виробники дбайливо ліплять на підошву продаваних радіаторів «наліпки», що видаються за термопасту. Моя вам порада: якщо хочете нормального теплообміну між каменем і радіатором, то відразу здирайте цю липку гидоту і намастіть підошву нормальної термопастою, так як той жах, який був на радіаторі при покупці, на якісний термоінтерфейс не тягне. Виняток можуть становити хіба що радіатори, вироблені відомими брендами.
1.2.2 Активне охолодження може бути: повітряне; водяне; криогенне; нітрогенне.
Повітряне (аерогенне) - це пасивне охолодження плюс кулер, тобто радіатор з встановленим зверху вентилятором. Кулер - це, як відомо, вентилятор, що встановлюється на будь-чіп, наприклад, на процесор або на графічне ядро. Абсолютно всім вентиляторам властива маса характеристик, по якому можна оцінити їх профпридатність. Розміри вентилятора виражаються як висота х ширина х висота. Наприклад, 80х80х20. Всі значення виражаються в мм (міліметрах). Тут є різниця між розміром корпусу вентилятора (розмір кулера, записується як длінахшіріна) і розміром власне квадрата, в який вписане коло крильчатки (розмір вентилятора * довжина * ширина). Розмір кулера по всіх параметрах на пару міліметрів вище, ніж розмір вентилятора. Зазвичай про розміри кулера говорять не 80х80х20, а просто 80х80 (вісімдесят на вісімдесят). Кулери бувають розміром 40х40, 50х50, 60х60, 70х70, 80х80 і 120х120. Найпоширеніші - 40х40, 80х80 і 120х120
Рисунок 1.2.1 - Повітряне охолодження
Тип підшипника: крильчатка вентилятора крутиться або підшипником ковзання (sleeve), або підшипником кочення (ball). Вентилятор з таким підшипником просто весь обріс недоліками, до яких відносяться: невисокий термін служби в порівнянні з підшипником кочення, який ще й скорочується при знаходженні вентилятора з таким підшипником поблизу температури вище 50оС;. Переваг у кулерів з підшипником ковзання тільки два - вони дуже дешеві в порівнянні зі своїми ball-побратимами і тихіше працюють. Підшипник кочення. Пристрій дещо інше. Недоліки таких кулерів зворотні достоїнств sleeve-кулерів - ball дорожче і гучніше, ніж sleeve. У плюсах - стійкість до високої температури, що передається радіатором, і велика довговічність.
Існує також комбіноване рішення: Вентилятор, який обертають і sleeve-і ball-підшипник. В даному випадку другий збільшує довговічність і знижує рівень шуму. Також бувають вентилятори з підшипником ковзання, але на їх роторі нарізана різьба, яка при обертанні не дає мастилі стікати в низ, завдяки чому вона безперервно циркулює всередині втулки.
Кількість обертів на хвилину. Швидкість обертання крильчатки вентилятора. Вимірюється даний параметр в RPM (Rotations Per Minute) і чим більше це значення, тим краще. Як правило, становить від 1500 до ... важко сказати скільки, так як значення rpm постійно підвищується виробниками. Але майте на увазі, що чим швидше крутиться вентилятор, тим голосніше він шумить. Тут вже доводиться вибирати: або швидкість, холод і шум, або тиша і високі температури. Роботу будь-якого вентилятора можна сповільнити, знизивши подається на мотор напругу. Це можна зробити підключенням до каналу 7 або навіть 5 V замість 12 V, або впайкой резистора 10-70 Ом в розрив дроту живлення вентилятора. Але майте на увазі! При подачі занадто низької напруги (нижче 6 V) вентилятору може просто не вистачити пороху, і він не заведеться, не забезпечить належного охолодження, через що охолоджувана їм залізяка просто загнеться, перегрівшись. Так що будьте обережні з заниженням живлення. Обсяг проганяє повітря за одну хвилину. Також називають ефективністю. Вимірюється в CFM (Cubic Feet per Minute). Чим вище CFM, тим голосніше шум, видаваний вентилятором.
Рівень шуму. Вимірюється в дБ. Залежить від величини двох попередніх параметрів. Шум може бути механічним і аеродинамічним. На механічні шуми впливають величини RPM і CFM. Аеродинамічний залежить від кута загину крильчатки. Чим він вищий, тим сильніше б'ється повітря про лопаті і тим голосніше гул.
Способ підключення живлення. PC Plug (напряму к БП) або Molex (к материнской плате).
Рисунок 1.2.2 - Водяне охолодження
Водяне охолодження. Складається з ватерблока, радіатора, резервуара з водою або холодоагентом, помпи і сполучних шлангів (рисунок 1.2.2). Ватерблок з двома роз'ємами (штуцерами) для вхідного і вихідного шланга встановлюється на процесорі. До радіатора по вхідному шлангу з помпи закачується охолоджена вода (холодоагент), проходить через нього і по вихідному шлангу, будучи нагрітої теплом процесора, рухається до другого радіатора (на який встановлюється вентилятор), щоб віддати тепло, взяте у CPU. Після цього вода потрапляє назад в помпу, і цикл перекачування повторюється. Ну, характеристики вентиляторів ви можете подивитися вище, а в самої водяній СО тільки два параметри: обсяг резервуара і потужність помпи. Перший вимірюють в л (літрах), а потужність - в л / год. Чим вище потужність, тим вище видаваний помпою шум. Водяне охолодження має перевагу перед повітряним, так як використовується охолоджувальне речовина має набагато більшу теплоємність, ніж повітря, і тому ефективніше відводить тепло від гріються. Але, не дивлячись ні на що, водяне охолодження не дуже поширене в силу своєї дорожнечі щодо повітряного охолодження і небезпеки короткого замикання в разі розгерметизації і протечки. Дуже шанована оверлокерам, так як добре збиває температуру у розігнаних елементів.
Рисунок 1.2.3 - Криогенне охолодження
Криогенне охолодження. СО, яка охолоджує чіп за допомогою спеціального газу - фреону. Складається вона з компресора, конденсатора (конденсора), фільтра, капіляра, випарника і втягує трубки (рисунок 1.2.3). Працює фреонка наступним чином: газоподібний фреон поступає в компресор і там нагнітається. Далі газ по тиском потрапляє в конденсатор, де перетворюється в рідину і виділяє енергію в тепловому вигляді. Ця енергія розсіюється конденсатором в навколишнє середовище. Далі фреон, уже будучи рідиною, перетікає у фільтр, де очищається від випадкового сміття, яке може потрапити в капіляр і, закупоривши його, вивести систему охолодження з ладу. За капіляру рідкий фреон потрапляє у випарник, де під дією переданого від випарника тепла починає кипіти, активно поглинаючи одержувану від процесора теплову енергію, і по всмоктуючої трубці потрапляє назад в компресор і цикл повторюється. Не поширена в силу своєї дорожнечі і необхідності поповнення фреону, так як він з часом випаровується і його доводиться додавати з систему охолодження. Також ефективна при розгоні, так як здатна створювати мінусові температури.
Рисунок 1.2.4 – Нітрогенне охолодження Невелика ємність на процесорі
Нітрогенне охолодження. Вся система охолодження складається із середніх розмірів ємності з залитим туди рідким азотом (рисунок 1.2.4). Нічого і нікуди не треба не підводити, не відводити. При нагріванні процесором рідкий азот випаровується, і, досягаючи «стелі» ємності, стає рідким і знову потрапляє на дно і знову випаровується. Нітрогену охолодження, також як і фреонів, здатне забезпечити мінусову температуру (приблизно-196оС). Незручність у тому, що рідкий азот, також, як і фреон, має звичку википати, і доводиться додавати його в чималих кількостях. Крім того, азотне охолодження досить дорого.
Які компоненти нагріваються сильніше:
центральний процесор для настільного ПК містить до 820 мільйонів транзисторів, а адже чим больше транзисторів, тим сильніше нагрів! Зростає виділення тепла і в міру збільшення тактових частот. Тому не дивно, що найбільш потужні моделі процесорів при інтенсивній обчислювальної навантаженні можуть виділяти до 140 Вт тепла;
відеокарта малопотужним видеоадаптерам для охолодження графічного процесора буде цілком достатньо невеликого радіатора без вентилятора. А от високопродуктивні відеокарти, призначені для ігор, можна визнати чи не найбільшими споживачами енергії з усіх комплектуючих ПК. Сучасні «наворочені» моделі споживають до 220 Ватт потужності, і більша її частина перетворюється в тепло. З цієї причини такі пристрої вимагають установки великогабаритної системи охолодження з масивним радіатором і повітряної «турбіною»;
материнська плата. Гарне охолодження потрібно чіпсету і елементів системи живлення процесора;
блок живлення. Сучасні комп'ютери оснащуються блоками живлення щонайменше 400-ватної потужності. В ігрові системах з потужним процесором і двома відеокартами нерідко ставлять БП потужністю аж до 1000 ВТ Тому майже всі блоки живлення мають один, а то і два вбудовані вентилятора охолодження. Виняток становлять пасивні БП, які охолоджуються величезним радіатором, виступаючим за межі корпусу ПК.