Эволюция холода

Обзор систем охлаждения для компьютера и принципы их выбораУ проблемы охлаждения компьютеров есть очень простое и радикальное решение. Называется оно – компьютер на базе 286 процессора (например, IBM PC AT, год выпуска 1984)

25.09.2008
17:03
Сергей Гришечкин

 

Такой компьютер почти не греется, не требует принудительного охлаждения и при этом позволяет выполнить массу полезных операций – вплоть до игр в увлекательные беззвучные аркады и симуляторы!

 

Почему-то большинство современных молодых людей настолько требовательны, что хотят при помощи своего ПК еще и фильмы смотреть, и музыку слушать, и в игры трехмерные играть, и программы сложные юзать. Неминуемой платой за гигагерцы, гигабайты и поддержку пиксельных шейдеров стало интенсивное выделение тепла, грозящее выходом из строя таких важных комплектующих, как центральный процессор, блок питания, процессор видеокарты, жесткий диск. Теперь ответственность за поддержание надлежащего температурного режима переложена с «плеч» окружающей среды на сложные охладительные системы.  

 

Здесь мы рассмотрим виды охладительных систем, обратим внимание на их достоинства и недостатки и поможем в выборе оптимального «холодильника» для вашего ПК.

 

Компьютерные системы охлаждения традиционно подразделяются на пассивные и активные.  

 

Пассивные системы охлаждения

 

Пассивные системы были первыми охлаждающими устройствами в эволюции холодильного оборудования для компьютеров. Свое название они получили из-за отсутствия движущихся механизмов и источников питания.

 

Обычный радиатор – самая распространенная пассивная система охлаждения, работающая на принципах теплообмена с окружающим воздухом и естественной конвекции воздушных потоков (горячий воздух поднимается, холодный - опускается). Эффективность работы радиатора зависит от двух факторов: площади поверхности и материала изготовления.

 

Чем больше площадь поверхности ребер радиатора – тем большее количество тепла он способен рассеять в окружающую среду. Но температуры компонентов росли, рос и радиатор, грозя заполнить собой весь внутренний объем системного блока и превратить компьютер в обогреватель. Именно в тот момент стали появляться радиаторы с волнообразной формой ребер, с многоярусными ребрами, игольчатые радиаторы и т.п.

 

Материалом изготовления первых радиаторов стал простой в обработке, дешевый и довольно теплопроводный алюминий. Но во времена «всемирного потепления процессоров» оказалось, что способности алюминия рассеивать тепло недостаточно. И тогда в ход пошла более дорогая, но более теплопроводная медь. Сначала из нее изготавливали только сердечники радиаторов с напрессованными алюминиевыми ребрами, а потом и вовсе стали изготавливать радиаторы целиком из меди.

 

Более теплопроводным после меди является серебро, но сложно представить себе, сколько будет стоить подобный «холодильник», даже если он появится.

 

Когда даже полностью медные радиаторы достигли внушительных размеров и веса, для отвода от горячих компонентов стали применять так называемые теплоотводные трубки. Они представляют собой закрытую металлическую трубку (в качестве материалов трубки чаще всего используется все та же медь) с откачанным воздухом, внутри которой находится некоторое количество жидкости и капиллярная система. Жидкость, испаряясь на горячем конце трубки, мгновенно переносит тепло, распределяя его равномерно по всей длине трубки, и конденсируется на холодном конце, возвращаясь в исходное жидкое состояние. Эффективность тепловых трубок во много раз выше, чем у металлического прутка того же диаметра, но для непосредственного охлаждения они не подходят. Тепловые трубки используют только для отвода тепла в более просторную и холодную часть корпуса компьютера, где возможно установить массивный радиатор, рассеивающий принесенное трубкой тепло. На последних моделях экстремальных материнских плат радиаторы тепловых трубок, охлаждающие чипсет, расположены так, чтобы контактировать с воздухом вне компьютерного корпуса.

 

В современных компьютерах из-за высокого тепловыделения компонентов охлаждение только с помощью пассивных систем невозможно. Поэтому пассивные системы охлаждения являются неизменными спутниками активных систем и в качестве автономного кулера выступают только в наименее горячих местах.

 

 

Активные системы охлаждения

 

Воздушные системы охлаждения

 

Старое доброе воздушное охлаждение до сих пор остается самым популярным способом борьбы с температурными излишками. Суть этого метода сводится к организации правильного воздушного потока - горячий воздух должен эффективно выводиться за пределы системного блока. Обычно устанавливают один или несколько вентиляторов, которые обеспечивают циркуляцию воздушного потока от передней стенки корпуса к задней. В непродуманной системе воздушного охлаждения может происходить застой воздуха или миграция горячего воздуха от одной комплектующей к другой, а это значит, что система охлаждения превращается в систему нагревания.

 

Правило эффективности воздушного охлаждения очень простое: чем интенсивнее поток воздуха, тем лучше отводится тепло от греющихся узлов. Для повышения качества обдува можно использовать один или несколько методов:

- увеличение количества вентиляторов;

- увеличение скорости вращения крыльчатки;

- установка вентиляторов большего диаметра;

- увеличение количества лопастей, а также изменение их формы (т.е. замена существующих вентиляторов на более «продвинутые» модели);

- разработка более эффективной схемы движения воздушных масс;

- устранение препятствий на пути отвода воздуха.

 

Очень часто эффективность работы вентилятора повышают путем добавления радиатора (пассивной системы охлаждения).

 

 

Нужно сказать, что главное преимущество таких систем – их доступность - с лихвой покрывает все их недостатки. Поэтому для подавляющего большинства пользователей воздушные системы (в комплекте с радиаторами) остаются, фактически, единственной альтернативой для отвода тепла. 

 

Жидкостные системы охлаждения

 

Следующим этапом развития охладительных систем стало использование жидкости для «тушения горячих точек» в системном блоке. В качестве жидкости в таких системах чаще всего применяют дистиллированную воду с добавлением спирта (для борьбы с образованием «зелени») или антифриз. В экстремальных системах охлаждения жидкость заменяют жидким азотом.

 

Жидкостная система охлаждения состоит из трех технических узлов – теплообменника, радиатора и помпы, соединенных при помощи трубок в один замкнутый контур. Теплообменник, он же ватерблок, передает тепло от греющегося элемента потоку жидкости, помпа обеспечивает циркуляцию этого самого потока, а в радиаторе происходит охлаждение жидкости. На следующем цикле процесс повторяется.

 

Также существуют беспомповые системы водяного охлаждения, работа которых базируется на принципе испарения.

 

Качество жидкостной системы определяют два ключевых фактора: скорость циркуляции жидкости и эффективность охлаждающей работы радиатора (читай – размеры радиатора).

Система водяного охлаждения давно не новшество на компьютерном рынке, и пользователь может приобрести как отдельные ее компоненты для самостоятельной инсталляции, так и готовые ПК с комплексным решением проблем охлаждения на базе жидкостной системы. 

 

 

Несмотря на все недостатки подобных систем, они получают все более широкое распространение в связи с перманентным ростом требований к охлаждению новых компьютеров.

 

Термоэлектрические системы охлаждения

 

Термоэлектрический эффект был открыт французом Жаном Пельтье и с тех пор носит его имя. Суть явления заключается в изменении температуры полупроводниковых соединений при прохождении через них тока в определенном направлении.

 

Современные системы Пельтье представляют собой пару пластин, контактирующих с системой полупроводников. В результате прохождения тока определенной полярности через полупроводниковые переходы одна из пластин охлаждается и служит радиатором, а вторая нагревается и используется для отвода тепла. Хорошая одноступенчатая система Пельтье обеспечивает разность температур до 70С градусов. Еще большего эффекта можно достичь путем каскадного подключения нескольких модулей Пельтье.

 

 

Гибридные системы охлаждения

 

Системы, включающие несколько видов активного охлаждения, называют гибридными.

Простые гибридные системы состоят из компонентов воздушного и водяного охлаждения. Некоторые производители усложняют комплекс добавлением элементов Пельтье. Строго говоря, элементы Пельте сами по себе являются гибридной системой, поскольку обязательно включают дополнительное охлаждение.

 

 

Альтернативные системы охлаждения

 

Не иссякает энтузиазм у экспериментаторов, рождая на свет совершенно экзотические системы охлаждения. Некоторые из них иногда даже поступают в серийное производство.

 

Примером могут служить системы, основанные на фазовом переходе. Звучит устрашающе, но, поверьте, все вы с ними знакомы. На фазовом переходе фреона основан принцип охлаждения в обычном бытовом холодильнике. Система циркуляции и теплоотвода отработана до такого уровня, что поломки в современных холодильниках случаются довольно редко. Именно это и послужило идеей создания по этому же принципу систем охлаждения наиболее тепловыделяющих узлов компьютера. Причем компоненты для подобных компо-холодильников можно свободно приобрести в магазине или сервисе по ремонту.

 

Совершенно необычно выглядит бонг – система, сочетающая в себе воздушное и водяное охлаждение. Работает она по принципу обычной «водянки», единственное отличие заключается в том, что нагретая жидкость распыляется в высокой (от одного метра и выше) башне из стекла или металла и водяная пыль, падая, охлаждается воздухом, нагнетаемым обычным вентилятором.

 

Вывод

 

Как видим, появление новых систем охлаждения вовсе не отменяет использование более старых, проверенных решений. Воздушная система не отменила пассивную, жидкостная – воздушную и т.д. Этот факт указывает, что выбор охладительного агрегата должен быть подчинен в первую очередь разумным требованиям, а не модным тенденциям.

 

Так, явным расточительством будет устанавливать водяное охлаждение на компьютер, используемый в офисных целях, да еще и в общественном помещении. А вот домашняя игровая станция заметно «прибавит» от новой охладительной системы (и градусы пониже, и нареканий от домашних на «жужжание этой железяки» поменьше). 

 

Также рекомендуем при выборе нового кулера больше ориентироваться не на заявленные в рекламных проспектах характеристики, а на независимые обзоры и тестирования.