Как называется система охлаждения компьютера

Система охлаждения компьютера

Система охлаждения компьютера — набор средств для отвода тепла от нагревающихся в процессе работы компьютерных компонентов.

Тепло в конечном итоге может утилизироваться:

По способу отвода тепла от нагревающихся элементов, системы охлаждения делятся на:

Также существуют комбинированные системы охлаждения сочетающие элементы систем различных типов:

Содержание

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.

Системы жидкостного охлаждения

Система жидкостного охлаждения состоит из:

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.

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.

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.

Системы открытого испарения

Системы каскадного охлаждения

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.

Источник

❄ Делаем компьютер тише. Обзор систем охлаждения, корпусов и термопаст

Miroslav Kungurov

1. Корпуса

В объемных корпусах (Ultra-tower и Full-tower) проще организовать правильную циркуляцию воздуха, так как в них помещается больше вентиляторов и есть куда спрятать провода. Компании be quiet! и Fractal Design специализируются на производстве корпусов со звукоизоляцией. Удачные модели встречаются у SilverStone, Thermaltake, NZXT, Corsair, Nanoxia и Bitfenix.

Рис. 1. Результаты теста (англ.) звукоизоляции корпусов при работе стоковых вентиляторов с 50 и 100% скоростью.

1.1. Материал шумоизоляции корпуса

Шумоизоляция корпуса состоит из слоев битума и вспененного материала, которые устраняют вибрации. Слой флиса поглощает звуковые волны. Толщина слоев от 5 до 10 мм.

Рис. 2. Шумоизоляция корпуса компании be quiet!

1.2. Влияние окна в корпусе на шумоизоляцию

Судя по тесту корпуса Fractal Design Define R5 с глухой стенкой и с окном, окно не влияет на шумоизоляцию. Надо учитывать, что Fractal Design выпускает качественные корпуса. Если стекло тонкое и неплотно прилегает к корпусу, то шум возрастет.

2. Вентиляторы

Конструкция вентилятора

Двигатель вентилятора состоит из ротора и статора (Рис. 3). Статор – неподвижная часть, в которую с помощью вала вставляется ротор. Подшипник фиксирует вал с заданной жесткостью. К ротору прикреплены лопатки, которые при вращении втягивают и выталкивают воздух. Разберемся в устройстве подшипников, так как шум возникает чаще всего из-за них.

2.1. Вентилятор с подшипником скольжения

Рис. 3. Устройство вентилятора с подшипником скольжения

Рис. 4. Устройство подшипника скольжения

Рис. 5. Иллюстрация колебания вала внутри подшипника

2.2. Вентилятор с подшипником качения

Вентиляторы с подшипниками качения (шарикоподшипниками) стабильно работают в любой ориентации и меньше изнашиваются, потому что трение качения меньше трения скольжения.

Рис. 7. Устройство подшипника качения

2.3. Вентилятор с гидродинамическим подшипником

В вентиляторах с гидродинамическим подшипником вал вращается в слое жидкости, которая удерживается внутри втулки за счет возникающей во время работы разницы давлений. Это снижает трение и шум.

Рис. 8. Подшипник скольжения (слева) и гидродинамический подшипник

2.4. Вентилятор с магнитным центрированием

В конструкции с магнитным центрированием вал опирается на колпачок и удерживается на месте магнитами, поэтому вес крыльчатки меньше изнашивает подшипник. Магнитное поле притягивает вал вниз, уменьшая его колебания, и позволяет устанавливать вентилятор под любым углом. В нем нет шайб и колец, меньше трущихся частей, поэтому он долговечнее в сравнении с предыдущими моделями и не нуждается в смазке.

Рис. 9. Устройство вентилятора с магнитным центрированием

2.5. Какой выбрать размер вентилятора

В корпусах используются вентиляторы разных диаметров: 120, 140, 200 мм и выше. Вентиляторы большого диаметра при одинаковой скорости вращения создают бо́льший воздушный поток (CFM) в сравнении с вентиляторами меньшего диаметра. Необходимый для отвода тепловой мощности W воздушный поток Q вычисляется по следующей формуле:

При температуре 20 °C и атмосферном давлении 101.325 кПа, плотность сухого воздуха равна 1.2 кг/м³, а удельная теплоемкость – 1 кДж/кг°C. После подстановки значений формула упрощается:

2.6. Сколько нужно вентиляторов

Условный пример: шесть вентиляторов на низких оборотах будут создавать такой же воздушный поток, как два-три вентилятора, которые работают на максимальной скорости и при этом шумят.

Рис. 10. Корпус Aerocool Scar Midi Tower с местами для шести вентиляторов 120 мм

2.7. Как расположить вентиляторы

От величины воздушного потока, который создают вентиляторы на входе и выходе, зависит давление в корпусе. Отрицательное давление возникает, когда выталкивается больше воздуха, чем всасывается (Рис. 11). В таком случае воздух вместе с пылью втягивается в корпус через все щели.

Рис. 11. Иллюстрация направления движения воздушных потоков при негативном давлении внутри корпуса

Нейтральное давление получается, когда на входе и выходе вентиляторы создают одинаковый воздушный поток (Рис. 12).

Рис. 12. Иллюстрация направления движения воздушных потоков при нейтральном давлении внутри корпуса

При положительном давлении всасывается больше воздуха, чем выталкивается (Рис. 13). В корпус попадает меньше пыли, так как воздух втягивается через отверстия с пылевым фильтром.

Рис. 13. Иллюстрация направления движения воздушных потоков при положительном давлении внутри корпуса

Выбирайте между нейтральным либо положительным давлением и периодически чистите внутренность корпуса и щели, через которые вентиляторы закачивают воздух. Вентиляторы на лицевой панели корпуса должны работать на вдув, а остальные – на выдув. Периодически очищайте пылевой фильтр блока питания, если корпус стоит на полу, а блок питания расположен внизу корпуса.

Рис. 14. Правильная циркуляция воздуха внутри корпуса ПК напоминает «крест»: справа налево (от лицевой панели к задней) и снизу наверх.

В старых корпусах фильтров нет. Они продаются на Алиэкспресс (Рис. 15).

Рис. 15. Пылевые фильтры для вентилятора

2.8. Как монтировать вентиляторы

Если внутри корпуса много препятствий для потоков воздуха, нужно увеличить создаваемое давление, чтобы воздух смог их преодолеть. Для этого вентиляторы монтируют последовательно (Рис. 16). Если кабели убраны и препятствий для воздуха мало, применяется параллельный монтаж.

2.9. На что монтировать вентиляторы

Чтобы убрать вибрации, вентиляторы монтируют с помощью резиновых антивибрационных креплений.

Рис. 17. Резиновые антивибрационные крепления для вентилятора

2.10. Как отрегулировать скорость вращения вентилятора

На Алиэкспресс продаются регуляторы оборотов для нескольких вентиляторов с питанием от разъема MOLEX или SATA.

Рис. 18. Регулятор оборотов для одного вентилятора Рис. 19. Регулятор оборотов для четырех вентиляторов с питанием от MOLEX. Устанавливается на переднюю панель корпуса. Размер 3.5 дюйма Рис. 20. Регуляторы оборотов для восьми вентиляторов с питанием от MOLEX или SATA. Устанавливаются внутри корпуса

2.11. Форма и количество лопастей

При увеличении количества лопастей с 6 до 12, скорость воздуха возрастает на 30% ( pdf ).

Рис. 21. График зависимости скорости воздуха от числа лопастей

Шума при этом становится больше (рис. 22).

Рис. 22. Зависимость создаваемого звукового давления от количества лопастей аэродинамического профиля (pdf, англ.)

3. Кулеры

Небольшой радиатор в боксовых кулерах (от англ. cooler – охладитель) не справится с теплоотводом при серьезной нагрузке, поэтому вентилятор будет работать на максимальной скорости и шуметь. Система охлаждения процессора подбирается под TDP (расчетную тепловую мощность): величину, показывающую, на отвод какой тепловой мощности он рассчитан.

Виды систем охлаждения:

Воздушная система состоит из радиатора и вентилятора. К водяной системе добавляется качающая воду помпа (Рис. 23).

Рис. 23. Принцип работы водяной системы охлаждения

Воздушные кулеры не уступают водяным системам при охлаждении ЦП (Рис. 24).

Рис. 24. Результаты теста (англ.) водяных и воздушных систем охлаждения ЦП

Топовый кулер на воздушном охлаждении (Cooler Master Wraith Ripper, Noctua NH-D15) стоит как «водянка» из среднего ценового диапазона с посредственными вентиляторами.

Рис. 25. Кулер Noctua NH-D15 Рис. 26. Кулер Сooler Master Wraith Ripper

У видеокарт TDP выше, чем у центрального процессора, поэтому на них ставят водяную систему охлаждения в ущерб тишине. Значения TDP для сравнения: процессоры Intel Core i9 Comet Lake (125 Вт), AMD Ryzen Threadripper 2 (250 Вт) и видеокарты RTX 3080 (320 Вт) и RTX 3090 (350 Вт).

4. Термопаста

Термопаста – вещество с высокой теплопроводностью (выражается в Вт/(м*К)), которое заполняет воздушные зазоры между охлаждаемой поверхностью и радиатором для эффективной передачи тепла.

Рис. 27. Термопаста заполняет воздушные зазоры

Рис. 28. Результаты теста (англ.) термопаст в AIDA64 при 100% нагрузке процессора в течение одного часа. Топ 3: 1. Thermal Grizzly Kryonaut, 2. Noctua NT-H2, 3. Thermaltake TG-8

5. Из чего собрать «тихий» ПК

Система охлаждения ЦП:

Мы определили источник шума и как его убрать. Узнали, какие бывают подшипники, где расположить и как смонтировать вентиляторы. Научились рассчитывать воздушный поток и создавать нужное давление в корпусе. Этого вполне достаточно, чтобы собрать малошумный компьютер с эффективной системой охлаждения.

Источник

Что нужно для эффективного охлаждения компьютера и какую систему выбрать

Содержание

Содержание

Комплектующие компьютера греются при работе — их нужно охлаждать и выводить тепло из корпуса. Если бюджетный ПК может обойтись только небольшим алюминиевым кулером процессора, то в производительной машине нужно охлаждение не только процессору и видеокарте, но зачастую и оперативной памяти, и даже накопителям. Давайте разберемся в том, какие типы систем охлаждения бывают и как правильно выбрать их для вашего ПК.

Выбор оптимальной системы охлаждения для ПК — сложная и многогранная задача, имеющая свои подводные камни, и даже опытный пользователь ПК может совершить ошибку при ее решении. А начинающему пользователю, делающему первые шаги в сборке или настройке своего ПК, в начале нужно понять, чем различаются системы охлаждения комплектующих и на что нужно ориентироваться при их выборе. В этом блоге мы постараемся дать ответы на эти вопросы, систематизировав все системы охлаждения ПК, имеющиеся в продаже.

Воздушные кулеры и СЖО

Центральные процессоры при работе выделяют тепло, которое нужно быстро отвести от их корпуса, не допуская перегрева. Бюджетные модели с небольшим количеством ядер могут выделять всего 35 Вт тепла, как Athlon 200GE, а производительные, например, Ryzen Threadripper PRO 3995WX с 64 ядрами, выделяют 280 Вт. При выборе системы охлаждения для процессора нужно смотреть на его параметр TDP (Thermal Design Power), обозначающий требования по теплоотводу для системы охлаждения процессора.

Воздушные кулеры и системы жидкостного охлаждения процессора — очень разнообразные категории комплектующих, суммарно насчитывающие более 500 позиций только в DNS, и выбрать из них подходящую модель поможет параметр «рассеиваемая мощность». Он должен быть равен или превышать TDP процессора. Но ориентироваться только на TDP нельзя, ведь реальное тепловыделение процессоров может быть заметно выше.

К примеру, Ryzen 7 3700X с TDP 65 Вт в тяжелых нагрузках может потреблять намного более 100 Вт и выбрать для него самые недорогие кулеры, способные рассеять 65 Вт тепла, будет большой ошибкой. Подробнее разобраться в этих нюансах вам поможет чтение обзоров процессоров и блогов, посвященных выбору кулера для них. Бюджетные кулеры, состоящие из одного алюминиевого радиатора, неплохо подойдут для охлаждения бюджетных процессоров — Athlon 3000G или Celeron G5905.

Более массивные кулеры с большим количеством ребер с заявленной рассеиваемой мощностью 95 Вт подойдут для охлаждения процессоров уровня Ryzen 3 3100 или Core i3-10100F. Дальнейшее повышение рассеиваемой мощности кулеров стало возможным с внедрением в их конструкцию тепловых трубок, заполненных жидкостью. Жидкость кипит при низких температурах, и тепло быстро отводится от одного из концов за счет ее конденсирования.

Если взглянуть на процессорные кулеры стоимостью 799 рублей и выше, видно, как в их конструкции применяются одна или две тепловые трубки и небольшой радиатор, обдуваемый вентилятором диаметром 80 или 92 мм в зависимости от цены. Такие кулеры отлично справятся с охлаждением процессора Ryzen 5 1600.

Самыми популярными и универсальными кулерами стали модели с тремя или четырьмя теплотрубками и вентилятором размером 120 мм. Такие кулеры способны отвести от процессора 130–180 Вт тепла и отлично подойдут для процессоров Core i5-10400F или Ryzen 5 3600. При выборе кулера стоит сделать запас по рассеиваемой мощности, который позволит процессору меньше нагреваться и достигать более высоких частот буста, а вентилятор кулера сможет работать на более низких оборотах, создавая меньше шума.

В топовых воздушных кулерах количество трубок может достигать шести и более, радиатор может выполняться в виде двух отдельных секций, обдуваемых своим вентилятором. Цифры рассеиваемой мощности могут достигать 240–280 Вт. Такие кулеры отлично справятся с процессорами Core i7-11700KF или Core i7-10700KF даже с разгоном.

Параллельно воздушным кулерам идет развитие готовых систем жидкостного охлаждения AIO — «all in one», состоящих из водоблока с помпой, трубок для циркуляции жидкости и радиатора с обдувающим вентилятором. Модели начального уровня с одной секцией радиатора, обдуваемого вентилятором 120 мм, могут отвести от процессора 150-180 Вт тепла. Иногда у AIO СЖО можно сменить теплоноситель, как у модели Alphacool Eisbaer 280 CPU, но чаще такая функция не предусмотрена.

СЖО с двухсекционными радиаторами способны отвести от 200 до 300 Вт тепла, но главное их преимущество перед воздушными кулерами с аналогичными цифрами рассеиваемой мощности — высокая скорость отвода тепла. Это позволяет эффективно охладить процессоры с небольшой поверхностью кристалла, отличающиеся горячим нравом — Ryzen 9 5950X или Ryzen 9 5900X.

Топовые СЖО с массивным трехсекционным радиатором способны рассеять 400-550 Вт тепла и справиться с самыми мощными процессорами в разгоне. Для трехсекционной СЖО нужно тщательно выбирать корпус ПК, так как размещение крупного радиатора в нем — дело непростое. Сложность для начинающего пользователя может составить и грамотная организация воздушных потоков в корпусе с СЖО.

Кастомные СЖО

Большую гибкость в настройке имеют кастомные или обслуживаемые СЖО. Эти СЖО представляют из себя конструктор из помпы, радиатора, водоблоков, шлангов и расширительного бачка, который вы можете конфигурировать под свои нужды, добавляя новые компоненты: дополнительные радиаторы, водоблоки на видеокарту или ОЗУ.

Являясь отличным выбором для компьютерных энтузиастов, подобные СЖО дают возможность собирать ПК с высоким разгоном процессора, видеокарты или ОЗУ, при этом сохраняя возможность тихой работы. А использование прозрачных трубок с цветной жидкостью в сочетании с подсветкой позволяет создавать ПК с уникальным и ярким дизайном.

Водоблоки на видеокарты, материнские платы и ОЗУ

С кастомными СЖО можно установить отдельный водоблок для видеокарты, который может быть выполнен как уникальная модель, совместимая с конкретной видеокартой, например, EKWB EK-Quantum Vector Aorus RTX 2080 Ti D-RGB для видеокарты GIGABYTE Aorus GeForce RTX 2080 Ti. Есть водоблоки, совместимые с серией видеокарт, такие, как EKWB EK-Quantum Vector TUF RTX 3080/3090 D-RGB, предназначенный для эталонных видеокарт на базе архитектуры NVIDIA Ampere. Или Corsair Hydro X Series XG7 RGB 20-SERIES для видеокарт NVIDIA RTX 2080 Founders Edition.

Универсальный водоблок RAIJINTEK VWB-C1 сможет охладить VRM различных материнских плат. Кастомная СЖО позволит подключить сразу несколько таких водоблоков, если нужно иметь несколько точек снятия тепла.

Термоинтерфейсы

Несмотря на то, что вы решите использовать для охлаждения — воздушный кулер или СЖО, — для их нормальной работы между охлаждаемой поверхностью и теплосъемником нужно использовать термопасту. Термопаста заполнит все неровности сопрягаемых поверхностей, вытеснив из них воздух, за счет чего достигается эффективная передача тепла.

Термопасты бывают на основе металлических, кремниевых частиц или на керамической основе и отличаются вязкостью, временем эффективной работы до полного высыхания и теплопроводностью, измеряемой в Вт/мК.

Несмотря на эффективность современных термопаст, их применение ограничено местами, где чип вплотную прилегает к охлаждающей поверхности с расстоянием между ними не более 0.15 мм. При большем расстоянии применяются эластичные термопрокладки в виде силиконового, графитового или керамического листа. Частые места их применения — системы питания материнских плат и видеокарт, модули видеопамяти.

Вентиляторы охлаждения

Воздушные кулеры на процессорах и видеокартах переносят тепло от чипов в корпус ПК, и только устройство с очень низким энергопотреблением может обойтись без вентиляторов охлаждения, выкачивающих нагретый воздух из корпуса и нагнетающих холодный снаружи. В продаже имеются вентиляторы самых разных размеров: от 25х25 мм, до 200х200 мм, но самыми распространенными стали размеры 80х80 мм, 120х120 мм и 140х140.

Различается и тип подшипников, используемых в вентиляторах: скольжения, качения и гидродинамические. А также — возможность регулировки оборотов и ее тип. На радость фанатам RGB есть вентиляторы с подсветкой.

Вентиляторы нельзя рассматривать в отрыве от корпуса, в который они будут устанавливаться. Стандартом для производительных ПК стали корпуса, имеющие несколько посадочных мест под нагнетающие вентиляторы на передней и нижней панели и несколько мест под выдувающие вентиляторы — сзади и сверху.

Охлаждение для накопителей SSD, чипсетов и модулей ОЗУ

Накопители M.2 SSD греются гораздо сильнее, чем SSD формата 2.5″. Их популярность дала рождение новому подвиду устройств охлаждения. Радиаторы охлаждения SSD стали обычным делом в производительных ПК. Есть и водоблоки для SSD, позволяющие достичь гораздо более низких температур.

Итоги

В продаже есть большое количество систем охлаждения. Они снизят температуру, сделают работу за компьютером комфортной и к тому же откроют путь к разгону. В зависимости от того, какую сумму вы готовы потратить и насколько позволяют ваши технические навыки, можно создать как компьютер с недорогим, но эффективным воздушным охлаждением, так и экстремальную систему с СЖО, в которой жидкостью охлаждается даже SSD-накопитель и модули ОЗУ.

Источник