Системы охлаждения ПК. Как это работает? Часть 2

В первой части статьи про системы охлаждения ПК мы остановились на пыли и борьбе с ней. И так, давайте продолжим…

Системы охлаждения. Воздушные фильтры

Волокнистые фильтры перехватывают более 70% пыли, что позволяет чистить корпус значительно реже. Зачастую в корпуса современных ПК устанавливают несколько вытяжных вентиляторов диаметром 120 мм, при этом воздух поступает в корпус через множество входных отверстий, рассредоточенных по всей конструкции, — их суммарная площадь много меньше площади вентиляторов. Устанавливать фильтр в такой корпус без доработки бессмысленно. Профессионалы дают здесь ряд рекомендаций:

• входные отверстия для забора охлаждающего воздуха должны быть расположены как можно ближе к его основанию;
• точки входа и выхода воздуха, пути его прохождения должны быть организованы так, чтобы воздушные потоки «омывали» наиболее нагретые элементы ПК;
• площадь отверстий для забора воздуха должна в 2-5 раз превышать площадь вытяжных вентиляторов.

Системы охлаждения. Кулеры на элементах Пельтье

Элементы Пельтье — или, как их еще называют, термоэлектрические модули (ТЭМ), работающие на принципе эффекта Пельтье, — выпускаются в промышленных масштабах уже много лет. Их встраивают в автомобильные холодильники, охладители для пива, промышленные кулеры для охлаждения процессоров. Существуют модели и для персональных компьютеров, хотя встречаются они еще довольно редко.

Сначала — о принципе работы. Как нетрудно догадаться, эффект Пельтье открыт французом Жаном-Шарлем Пельтье; случилось это в 1834 году. Охлаждающий модуль на основе данного эффекта включает множество последовательно соединенных полупроводниковых элементов n- и р-типов. При прохождении постоянного тока через такое соединение одна половина р-n-контактов будет нагреваться, другая — охлаждаться.

Эти полупроводниковые элементы ориентированы так, чтобы нагревающиеся контакты выходили на одну сторону, а охлаждающие — на другую. Получается пластинка, которую с обеих сторон покрывают керамическим материалом. Если подать на такой модуль достаточно сильный ток, разность температур между сторонами может достигать нескольких десятков градусов.

Конструкция кулера с термоэлектрическим модулем

Можно сказать, что ТЭМ — своего рода «тепловой насос», который, затрачивая энергию внешнего источника питания, перекачивает выделяемое тепло от источника (например, процессора) к теплообменнику — радиатору, участвуя таким образом в процессе охлаждения. Чтобы эффективно отводить тепло от мощного процессора, приходится использовать ТЭМ из 100-200 элементов (которые, кстати, довольно хрупки); поэтому ТЭМ оснащен дополнительной медной контактной пластиной, что увеличивает размер устройства и требует нанесения дополнительных слоев термопасты.

Это снижает эффективность теплоотведения. Проблема частично решается заменой термопасты пайкой, но в доступных на рынке моделях такой способ применяется редко. Заметим, что энергопотребление самого ТЭМ достаточно велико и сопоставимо с количеством отводимого тепла (примерно треть используемой ТЭМ энергии также превращается в тепло).

Другая трудность, возникающая при использовании ТЭМ в кулерах, — необходимость точного регулирования температуры модуля; оно обеспечивается применением специальных плат с контроллерами. Это удорожает кулер, к тому же плата занимает дополнительное место в системном блоке. Если температуру не регулировать, она может опуститься до отрицательных значений; возможно также образование конденсата, что недопустимо для электронных компонентов компьютера.

Итак, качественные кулеры на основе ТЭМ дороги (от 2,5 тыс. руб.), сложны, громоздки и не так эффективны, как можно подумать, судя по их размерам. Единственная область, в которой такие кулеры незаменимы, — охлаждение промышленных компьютеров, работающих в жарких (выше 50°C) условиях; однако к теме нашей статьи это не относится.

Термоинтерфейс и термопаста

Как уже говорилось, составной частью любой охлаждающей системы (в том числе компьютерного кулера) является термоинтерфейс — компонент, через который осуществляется термоконтакт между тепловыделяющим и теплоотводящим устройствами. Выступающая в этой роли термопаста обеспечивает эффективный перенос тепла между, например, процессором и кулером.

Зачем нужна теплопроводящая паста

Если радиатор кулера неплотно прилегает к охлаждаемому чипу, эффективность работы всей охлаждающей системы сразу снижается (воздух — хороший теплоизолятор). Сделать поверхность радиатора ровной и плоской (для идеального контакта с охлаждаемым устройством) весьма трудно, да и недешево. Здесь и приходит на помощь термопаста, заполняющая неровности на контактирующих поверхностях и тем самым значительно повышающая эффективность теплопереноса между ними.

Важно, чтобы вязкость термопасты была не слишком высокой: это необходимо для вытеснения воздуха из места термоконтакта при минимальном слое термопасты. Учтите, кстати, что полировка подошвы кулера до зеркального состояния сама по себе может и не улучшить теплообмен. Дело в том, что при ручной обработке практически нереально сделать поверхности строго параллельными, — в итоге зазор между радиатором и процессором может даже увеличиться.

Прежде чем наносить новую термопасту, старательно избавьтесь от старой. Для этого используются салфетки из нетканых материалов (они не должны оставлять волокон на поверхностях). Разводить пасту крайне нежелательно, так как это сильно ухудшает теплопроводящие свойства. Дадим еще несколько рекомендаций:

• применяйте термопасты с теплопроводностью более 2-4 Вт/(К*м) и низкой вязкостью;
• устанавливая кулер, каждый раз наносите свежую термопасту;
• при установке необходимо, зафиксировав кулер креплением, сильно (но не слишком, иначе возможны повреждения) прижать его рукой и несколько раз повернуть вокруг оси в пределах существующих люфтов. В любом случае монтаж требует навыка и аккуратности.

Системы охлаждения. Термотрубки

Термотрубки замечательно подходят для отвода излишков тепла. Они компактны и бесшумны. По конструкции это герметичные цилиндры (могут быть довольно длинными и произвольным образом изогнутыми), частично заполненные теплоносителем. Внутри цилиндра находится другая трубка, сделанная в виде капилляра.

Конструкция и схема работы термотрубки

Работает термотрубка следующим образом: в нагретой области теплоноситель испаряется, его пар переходит в охлаждаемую часть термотрубки и там конденсируется — а конденсат по капиллярной внутренней трубке возвращается в нагретую область. Главное преимущество термотрубок состоит в высокой теплопроводности: скорость распространения тепла равна скорости, с которой пары теплоносителя проходят трубку из конца в конец (она весьма велика и близка к скорости распространения звука). В условиях меняющегося тепловыделения охлаждающие системы на термотрубках очень эффективны. Это важно, например, для охлаждения процессоров, которые, в зависимости от режима работы, выделяют разное количество тепла.

Выпускаемые сейчас термотрубки способны отводить 20-80 Вт тепла. При конструировании кулеров обычно применяются трубки диаметром 5-8 мм и длиной до 300мм. Однако при всех преимуществах термотрубок у них есть одно существенное ограничение, о котором далеко не всегда пишут в руководствах. Производители обычно не указывают температуру закипания теплоносителя в термотрубках кулера, между тем именно она определяет порог, при пересечении которого термотрубка начинает эффективно отводить тепло. До этого момента пассивный кулер на термотрубках, не имеющий вентилятора, работает как обычный радиатор. Вообще, чем ниже температура закипания теплоносителя, тем эффективнее и безопаснее кулер на термотрубках; рекомендуемое значение — 35-40°С (лучше, если температура закипания указана в документации).

Подведем итоги. Кулеры на тепловых трубках особенно полезны при высоком (более 100 Вт) тепловыделении, но их можно применять и в других случаях — если не смущает цена. При этом необходимо использовать термопасты, эффективно передающие тепло, — это позволит полностью реализовать возможности кулера. Общий принцип выбора таков: чем больше термотрубок и чем они толще, тем лучше.

Разновидности термотрубок

Термотрубки высокого давления (HTS). В конце 2005 года компания ICE HAMMER Electronics представила новый вид кулеров на тепловых трубках высокого давления, построенных по технологии Heat Transporting System (HTS). Можно сказать, что данная система занимает промежуточное положение между тепловыми трубками и жидкостными системами охлаждения. Теплоносителем в ней является вода с примесью аммиака и других химических соединений при нормальном атмосферном давлении. Благодаря подъему пузырьков, образующихся при закипании смеси, циркуляция теплоносителя значительно ускоряется. Видимо, такие системы максимально эффективно работают, когда трубки занимают вертикальное положение.

Технология NanoSpreader позволяет создавать полые теплопроводящие ленты из меди шириной 70-500 мм и толщиной 1,5-3,5 мм, заполненные теплоносителем. Роль капилляра играет полотно из медных волокон, возвращающее сконденсированный теплоноситель из зоны конденсации в зону нагрева и испарения. Форму плоской ленты поддерживает упругий крупнопористый материал, который не позволяет стенкам спадаться и обеспечивает свободное перемещение паров. Главные преимущества тепловых лент — малая толщина и возможность накрывать большие площади.

Моддинг и системы охлаждения

Слово «моддинг» образовано от английского modify (модифицировать, изменять). Моддеры (те, кто занимается моддингом) преобразуют корпуса и «внутренности» компьютеров с целью улучшения технических характеристик, а главное — внешнего вида. Как и любители автомобильного тюнинга, компьютерные пользователи хотят персонифицировать свой инструмент работы и творчества, незаменимое средство коммуникации и центр домашних развлечений. Моддинг — мощное средство самовыражения; это, безусловно, творчество, возможность поработать головой и руками, приобрести ценный опыт.

Что изменяют моддеры в компьютерах

Вряд ли среднестатистический моддер способен переделать сложную начинку: возможности пользователя, не обладающего специальными знаниями в области радиоэлектроники и схемотехники, все же ограниченны. Поэтому компьютерный моддинг предполагает в основном «косметическое» преображение корпуса компьютера.

В частности, осуществляются так называемые blоwhоlе-моды: в корпусе прорезаются отверстия для вентиляции, а также для установки дополнительных кулеров. Такие модификации не просто улучшают внешний вид — они полезны для общего «здоровья» компьютера, поскольку усиливают охлаждение компонентов системы.

Опытные моддеры часто сочетают приятное с полезным: устанавливают жидкостные системы охлаждения (большинство их имеет совершенно футуристический дизайн). Они крупнее по размерам и, как правило, изрядно дороже традиционных воздушных, зато позволяют сильнее разогнать центральный процессор, видеокарту и оперативную память.

Мод-товары для систем охлаждения

Хотя ассортимент мод-товаров, которые предлагаются российскими специализированными интернет-магазинами, не очень широк (по сравнению с зарубежными компаниями), начинающий любитель моддинга может легко и просто запутаться в позициях прайс-листа и не совсем верно понять предназначение или преимущества тех или иных аксессуаров. Самый лучший способ — прийти в магазин и «пощупать» товар на месте. Не стоит забывать, что основная задача моддинга состоит в украшении компьютера, а фотографии зачастую не позволяют составить исчерпывающего впечатления о красоте устройства. Самый простой и очевидный способ моддинга — замена штатных кулеров на моддерские с подсветкой (их выбор также достаточно широк: есть и мощные процессорные кулеры, и слабенькие — декоративные). Сделать это может любой. А вот следующая стадия пути к совершенству экстерьера — светодиодные линейки и прозрачные окна в корпусе — требует приложения не только денег и фантазии, но и умелых рук и слесарных инструментов.

Ну вот и все! Спасибо вам за внимание и ваше терпение за столь длинную тему. Но надеюсь, что из данной темы вы извлечете очень много полезной и даже ценной для вас информации. Удачи! 🙂