 |
Общее понятие о жидкостном охлаждение.
|
|
|
|
Впервые водяное охлаждение появилось в компьютерах энтузиастов в конце прошлого века. Такие системы разрабатывались и собирались зачастую самостоятельно, в основном из различных подручных материалов. Практически все они построены по одному принципу: система водяного охлаждения представляет собой замкнутый контур, в котором, приводимая в движение отдельной помпой, непрерывно циркулирует охлаждающая жидкость (в большинстве случае это обычная дистиллированная вода).
Для отвода тепла от процессора и передачи его теплоносителю предназначен ватерблок, размеры которого гораздо меньше любого применяемого на сегодняшний день воздушного кулера. При необходимости в системе может быть установлено (последовательно или параллельно) несколько ватерблоков, например, на центральный процессор, на видеопроцессор, на северный мост чипсета и т.д., вплоть до MOSFET-транзисторов стабилизатора питания системной платы. Как и в случае традиционного радиатора, эффективность жидкостного радиатора определяется площадью контакта его поверхности с охлаждающим веществом, для увеличения которой внутри ватерблока встречаются ребра, иголки или же проложены каналы сложной формы, обеспечивающие хорошее перемешивание придонных слоев.
Еще одним устройством, определяющим эффективность, впрочем, как и надежность жидкостной системы охлаждения, является помпа, компенсирующая мизерную теплопроводность воды ее механическим переносом. Ведь степень теплоотвода от охлаждаемого устройства прямо пропорциональна скорости тока жидкости, а если вода перестанет циркулировать в контуре, то эффективность охлаждения катастрофически 11
упадет. Помпы бывают двух типов: погружаемые в резервуар с охлаждающей жидкостью и внешние, с собственным герметичным корпусом. Конструкция погружаемых насосов очень проста - по сути, это вращающаяся в жидкости крыльчатка, заключенная в легкий кожух. Ее центробежная сила создает необходимый напор жидкости.
|
|
|
Погружные помпы компактны, но требуют объемных расширительных бачков, в которых они и размещаются. Они довольно дешевы и поэтому господствуют на рынке. Отдельная внешняя помпа гораздо дороже, ведь для нее уже требуется качественный, специально обработанный герметичный корпус. Зато надежность и производительность решения в последнем случае может быть гораздо выше. Они могут обходиться без расширительного бачка вообще, однако на практике все же стоит использовать расширительный бачок, хотя бы небольшой, обеспечивающий удобную заправку системы и "отлавливание" воздушных пузырьков. После ватерблока нагретая жидкость поступает по трубкам в радиатор теплообменника, где и отдает все накопленное тепло в окружающее пространство. Понятно, что без активного охлаждения потребуется достаточно объемный и тяжелый радиатор. Для маленьких и компактных обязательно нужны вентиляторы, которые, для снижения общей шумности системы, чаще всего имеют большой диаметр и низкую скорость вращения крыльчатки. В конструкции радиатора применимы все широко известные технологии обычного воздушного охлаждения.
В данном случае, в отличие от традиционного процессорного кулера, жестко привязанного к процессору на системной плате, конструкция радиатора не связана суровыми ограничениями по размеру и массе, ведь он может размещаться свободно, в наиболее удобном месте системного блока или даже вообще быть вынесен наружу. Но все же монтаж всей жидкостной системы охлаждения внутри корпуса имеет ряд недостатков. Во-первых, современные "типовые" корпуса изначально не проектировались под 12
|
|
|
установку таких конструкций, и здесь могут возникнуть проблемы с расположением, особенно наиболее мощных из них. Для установки достаточно эффективной системы жидкостного охлаждения потребуется либо специальный корпус, либо эта система должна быть вынесена во внешний блок. Этот блок может включать в себя помпу, радиатор теплообменника с охлаждающим вентилятором, также может присутствовать система электронного управления и цифровой индикатор температуры. Вовнутрь корпуса компьютера ставится только жидкостный радиатор, соединенный с блоком гибкими трубками, и датчик температуры. Такая конструкция системы охлаждения, более подробно рассмотренная ниже, полностью самодостаточна.
Что касается трубок, по которым течет жидкость, то их чаще всего изготавливают из силикона, что дает возможность их удобно стыковать и выполнять в самых затейливых конфигурациях. Они легко поддаются обработке, не занимают много места внутри корпуса, и им не мешают все те неровности и выступающие элементы, которые критичны для потока воздуха. Тем самым обеспечивается лучший тепловой режим внутри системного блока, и уже не потребуется столь мощная общая вентиляция его пространства.
Принцип работы - передача тепла от нагревающегося компонента радиатору с помощью рабочей жидкости, которая циркулирует в системе. В качестве рабочей жидкости чаще всего используется дистиллированная вода, часто с добавками имеющими бактерицидный и/или антигальванический эффект; иногда - масло, антифриз, жидкий металл или другие специальные жидкости. 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. 13
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.
|
|
|
Недостатки:
Необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом (это общая проблема систем охлаждения работающих при температурах ниже температуры окружающей среды)
Трудности охлаждения нескольких компонентов
Повышенное электропотребление
Сложность и дороговизна
Фреоновые установки. Но более правильно было бы назвать такие системы системами фазового перехода. На принципе действия таких систем работать практически все современные ПК. Один из вариантов охладить тело- заставить вскипеть на нем жидкость. Для перехода жидкости в пар, необходимо затратить энергию (энергия фазового перехода)- т.е. закипание, жидкость отбирает тепловую энергию от окружающих ее предметов, но при текущем давлении мы не сможем нагреть жидкость выше температуры ее кипения кроме атомов втора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже - брома. Известны более сорока различных фреонов большинство из них выпускаются промышленностью.
Фреон – бесцветный газ или жидкость, 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 14
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.
Но понятное дело, лазить с определенным интервалом под стол и заливать жидкость в испаритель никто не будет – нужно из пара жидкости опять получить саму жидкость, которая будет снова подаваться в испаритель. В результате размышлений вы должны прийти к схеме следующего вида: 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, о которой я пока не упомянул – 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 15
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.
К блестящей стороне можно отнести возможность достижения очень низких температур, возможность постоянной работы (в отличии от системы, которая рассмотрена далее). Высокий КПД системы (потери минимальны). Из постоянных систем охлаждения, фреонки – самые мощные. При этом они позволяют выносить тепло из корпуса, что положительно сказывается на температурах внутри него. 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. 16
|
|
|
