Системы охлаждения системного блока

 
Перегонять кубометры  воздуха кулер может своими лопастями  на скорости до 8000 оборотов в минуту (для сравнения, двигатель обычнго  легкового автомобиля выдает 5-8 тысяч оборотов, двигатель болида «Формула-1» — до 22 000 оборотов). Но понятное дело, что при такой скорости шум от работы кулера будет ощутимым. Поэтому предпочтительнее брать кулеры с термодатчиками – которые «анализируют» температуру и в зависимости от ситуации могут увеличивать или уменьшать количество оборотов. Чаще всего это положительно сказывается на шуме от работы. 
 
Все компьютерные кулеры питаются от постоянного тока, напряжение которого чаще всего составляет 12В. Для подключения к питанию они используют Molex-коннекторы (для Smart-вентиляторов) или PC-Plug-коннекторы. PC-Plug имеет четыре провода: два чёрных (земля), жёлтый (+12В) и красный (+5В).  
 
Разъёмы Molex на материнских платах используются для того, чтобы система сама могла контролировать скорость вращения вентилятора, подавая на красный провод различное напряжение (обычно от 8 до 12 В). По жёлтому (сигнальному) проводу система узнает от кулера сведения о скорости вращения его лопастей. Использование Molex имеет один весомый недостаток: опасно цеплять вентиляторы с потребляемой мощностью более 6Вт.  
 
Дело обстоит иначе с разъемом PC-Plug – он выдерживает десятки Ватт. Но при подключении к нему Вы не сможете узнать, работает Ваш вентилятор или нет. Найти переходник с одного разъема на другой сейчас не составляет никакого труда – они часто идут в комплекте. 
 
Так же для снижения шума кулер иногда переводят на 5В или 7В. Шлейфы округляют, провода заплетают в косички или обтягивают оплеткой и убирают в укромное местечко – чтобы не мешали продуманной воздушной циркуляции. 
^

2.2 О  шумах

 
Все кулеры классифицируются по уровню шума, издаваемому от их работы на следующие  классы (чем ниже уровень шума, тем  более комфортной будет работа за компьютером): 
 
— ^ Условно бесшумный. Уровень шума такой системы охлаждения составляет менее 24 дБ. Этот показатель ниже типового фонового шума в тихой комнате (в вечернее или ночное время суток). Таким образом, кулер не вносит практически никакого существенного вклада в шумовую картину. Обычно это значение достигается при минимальном числе оборотов вентилятора для систем с регулятором скорости вращения. 
 
— Малошумный. Уровень шума от такой системы охлаждения лежит в пределах от 24 до 30 дБ включительно. Кулер вносит еле ощущаемый вклад в акустику ПК.  
 
— Эргономичный. Уровень шума такой системы охлаждения лежит в диапазоне от 37 до 42 дБ включительно. Шум от такого кулера по всей вероятности будет заметен в большинстве пользовательских конфигураций компьютера. 
 
— ^ Не эргономичный. Уровень шума рассматриваемой системы охлаждения больше 42 дБ. В таких условиях кулер будет являться основным «генератором» шума компьютера практически любой конфигурации. Домашнее применение такого кулера неоправданно – он больше подойдет для производственных и офисных помещений с фоновым шумом более 45 дБ. 
^

2.3 Итог  по кулерам

 
К плюсам кулеров относятся  их распространенность, универсальность, доступность. Небольшую стоимость  тоже можно отнести к плюсу, но стоит учитывать, что на хороший  кулер жадничать не стоит –  ведь это, по сути, второе сердце компьютера – нельзя, чтобы остановилось. 
 
К минусам можно отнести возможные шумы, которые рано или поздно появятся на любом кулере. 
 
Подводя итог вышесказанному. На данный момент кулер – самая распространенная система охлаждения, охладить которой можно что угодно – от процессора до винчестера и памяти. Вопрос заключается в выборе и подборе нужного кулера – ведь их существует великое множества от десятков производителей. 
^

3 Система  жидкостного охлаждения

 
Система жидкостного охлаждения – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость. 
 
Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда — масло, другие специальные жидкости. 
 
 
Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо нетеплоемкого воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом, теплоемкостью. 
 
Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля — через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод. В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло. 
^

3.1 Составляющие  системы

 
Типичная система состоит  из водоблока, в котором происходит передача тепла от процессора теплоносителю, помпы, прокачивающей воду по замкнутому контуру системы, радиатора, где происходит отдача тепла от теплоносителя воздуху, резервуара (служит для заполнения системы водой и прочих сервисных нужд) и соединительных шлангов. 
 
 
 
Поверхность соприкосновения водоблока с процессором обычно отполирована до зеркального отражения, по уже озвученным мною причинам. Через знакомый термоинтерфейс водоблок крепится на охлаждаемый объект. Обычно он крепится с помощью специальных скоб, что исключает его возможность двигаться. Бывают водоблоки и для видеокарт, но явных отличий от принципа действия процессорных водоблоков нет – все различия в креплении и форме радиатора. 
 
Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорно-сокетных элементов материнской платы, которые могут греться ни чуть не хуже своего старшего брата. Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха. Как этого избежать? Совет, пожалуй, один – выбирайте системы (совмещайте) с дополнительным кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся силовые элементы. 
 
Водоблок через специальные трубки соединяется с радиатором, крепиться который может как внутри системного блока, так и снаружи (например, с задней стороны системника). Второй вариант, пожалуй, предпочтительнее. Судите сами: больше свободного места внутри системного блока, более низкая температура окружающей среды положительно влияет на радиатор. Плюс он дополнительно обдувается корпусным вентилятором. 
 
 
 
Резервуар для жидкости, или иначе, расширительный бачок, так же может находиться снаружи системного блока. Его объем в штатных системах варьируется от 200мл до литра.  
 
Производители систем охлаждения стараются заботиться о своих пользователях и прекрасно понимают, что для хорошей системы охлаждения место найдется внутри не каждого системного блока. Тем более, нужно учитывать, что каждый производитель как-то хочет выделиться на фоне других. Поэтому существует огромный выбор внешних систем жидкостного охлаждения (понятное дело, что без соединительных трубок с радиатором на конце никак не пренебречь). Их не стыдно выставить напоказ; обычно внутри таких систем скрывается сразу все – помпа, резервуар, продуваемый вентиляторами радиатор. Но и стоят они, обычно, демонстративно дорого. 
 
 
 
 
^

3.2 Итог  по системам водяного охлаждения

 
Для чего же применять жидкостные системы охлаждения? Ведь если посудить строго, то обычных штатных кулеров  всегда достаточно, в обычных условиях работы ПК (если бы это было не так, то их бы не ставили, а ставили системы жидкостного охлаждения). Поэтому чаще всего такую систему следует рассматривать с позиции разгона – тогда, когда возможностей воздушной системы охлаждения будет не хватать.  
 
Другим плюсом жидкостной системы охлаждения является возможность ее установки в ограниченном пространстве корпуса. В отличие от воздуха, трубки с жидкостью можно задать практически любые направления. 
 
Еще один плюс такой системы – ее беззвучность. Чаще всего помпы заставляют циркулировать поток воды по системе, не создавая шума больше значения в 25 дБ. 
 
Минус – дороговизна установки. 
^

4 Система  охлаждения на элементах Пельтье

 
Среди нестандартных систем охлаждения можно отметить одну очень  эффективную систему – на основе элементов Пельтье. Жан Шарль Атаназ — французский физик, открывший и изучивший явление выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Устройства, принцип работы которых использует данный эффект, называются элементы Пельтье. 
 
 
 
В основе работы таких элементов лежит контакт двух проводников с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт этих материалов, электрону необходимо приобрести энергию, чтобы он мог перейти в зону с большей энергией проводимости другого полупроводника. Охлаждение места контакта полупроводников происходит при поглощении этой энергии. Нагревание же места контакта происходит при протекании тока в обратном направление. 
 
На практике используются только контакт двух полупроводников, т.к. при контакте металлов эффект настолько мал, что незаметен на фоне явления теплопроводности и омического нагрева. 
 
Элемент Пельтье содержит одну или несколько пар небольших (не больше 60х60 мм) полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре [обычно теллурида висмута (Bi2Te3) и германида кремния (SiGe)]. Они попарно соединены металлическими перемычками, которые служат термическими контактами и изолированы не проводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединены так, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости — протекающий электрический ток протекает последовательно через всю цепь. В зависимости от того, в каком направлении течет электрический ток, верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом переносится тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаётся разность температур. 
 
 
 
При охлаждении нагревающейся стороны элемента Пельтье (радиатором или вентилятором) температура холодной стороны становится ещё ниже. 
^

4.1 Итог  по элементам Пельтье

 
К достоинствам такой системы  охлаждения можно отнести небольшие  размеры и отсутствие каких-либо подвижных частей, а также газов и жидкостей.  
 
Минусом является очень низкий коэффициент полезного действия, что приводит к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Так же, если элемент Пельтье выйдет из строя, то из-за отсутствия контакта между радиатором (или кулером) и процессора, последний моментально нагреется и может выйти из строя.  
 
Элементы Пельтье еще обязательно найдут широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств они легко позволяют получить температуры ниже 0°C. 
^

5 Системы  фазового перехода (фреоновые установки)

 
Не очень распространенный, но очень эффективный класс систем охлаждения – системы, хладагентом  в которой выступают фреоны. Отсюда и название – фреоновые устанвоки. Но более правильно было бы называть такие системы системами фазового перехода. На принципе действия таких систем работают практически все современные бытовые холодильники. 
 
Один из вариантов охладить тело — заставить вскипеть на нем жидкость. Для перехода жидкости в пар, необходимо затратить энергию (энергия фазового перехода) – то есть закипая, жидкость отбирает тепловую энергию от окружающих ее предметов.  
 
Слово «Фреоны» трактуется как галогеноалканы, фторсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже — брома. Известно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью. Фреоны — бесцветные газы или жидкости, без запаха. 
 
 
Если же взять такую жидкость, которая будет закипать, скажем, при -40°С, то сосуд, в котором свободно кипит эта жидкость (такой сосуд называют испарителем), будет очень сложно нагреть. Его температура будет стремиться к -40°С. А поставив такой сосуд на нужный нам объект охлаждения (например, на процессор), мы сможем добиться того, чего и хотели – охладить систему. 
 
Мощный компрессор после испарителя качает газ и подает его под большим давлением в конденсор. Там газ конденсируется в жидкость и отдает тепло. Конденсор, выполненный в виде радиатора, рассеивает тепло в атмосферу – этот этап мы уже хорошенько рассмотрели в предыдущих системах. Далее жидкий фреон поступает к испарителю, где выкипая, отбирает тепло – вот и весь замкнутый цикл. Цикл «фазовых переходов» потому так и назван — фреон попеременно меняет свое агрегатное состояние. 
 
Системы фазового перехода, испарители (холодильники) которых устанавливаются непосредственно на охлаждаемые элементы, называются системами «Direct Die». Холодными в такой системе являются только сам испаритель и отсасывающая трубка, остальные же элементы могут иметь комнатную температуру или выше. Холодные элементы нужно тщательно теплоизолировать для предотвращения образования конденсата. 
 
 
 
Минусом фреонок является относительная громоздкость испарителя и отсасывающей трубки, поэтому объектом охлаждения выбираются лишь процессор и видеокарта. 
 
Есть и еще одна разновидность систем охлаждения – чиллеры. Этот класс систем состоит в основном из систем жидкостного охлаждения, отличием же является наличие второй части (холодильника теплоносителя), которая работает вместо радиатора – зачастую эта часть является той самой системой фазового перехода. Достоинством такой системой является то, что ей можно охладить все элементы системника, а не только видеокарту и процессор (в отличие от «direct die»-систем). Система фазового перехода чиллера охлаждает лишь теплоноситель системы жидкостного охлаждения, то есть в замкнутом контуре течет очень холодная жидкость. Отсюда и минус систем такого типа – необходимость изолирования всей системы (водоблоки, трубки, насосы и т.п.). Если же изолировать не хочется, то можно использовать маломощную фреоновую установку для чиллера, но тогда об экстремальном разгоне можно будет забыть.  
 
 
^

5.1 Итог  по фреоновым установкам

 
Плюсом системы является возможность достижения очень низких температур, возможность постоянной работы. Высокий КПД системы (потери минимальны). Из постоянных систем охлаждения, фреоновые – самые мощные. При этом они позволяют выносить тепло из корпуса, что положительно сказывается на температурах внутри него. 
 
К минусам относятся такие особенности системы, как сложность изготовления такой системы [серийно выпускаемых систем не так много, цены на них высоки ]. Небольшой вес и маленькие габариты – все это в полной мере отсутствует в установках данного типа. 
 
Условная стационарность системы. Практически во всех случаях (кроме тех случаев, когда Вы не планируете заниматься экстремальным разгоном) – потребуется теплоизоляция всей системы. Ну и самый, пожалуй, негативный момент – более чем ощутимый шум от работы (50-60 дБ). 
 
Еще одним минусом фреонок является то, что на покупку фреона нужна лицензия. У кого ее нет, выбор не велик: в свободной продаже есть только один — R134a (точка кипения которого -25°С). 
 
Существует еще один хладагент — R290 (пропан), но сейчас он не используется в охладительных системах (возгораемость). Он обладает очень хорошими свойствами: точка кипения -41°С, совместим с любым маслом компрессора и главное, дёшев.  
 
^

^

Список  литературы

 
1. http://habrahabr.ru/blogs/hardware/64162/ 
 
2. http://habrahabr.ru/blogs/hardware/64166/