| |
| |
| Меню |
| Внутри Tвоего Kомпа:) |
| Периферия |
| |
| |
|
|
| Системы охлаждения компьютера |
|
Ни для кого не секрет, что высокое быстродействие современных компьютеров имеет свою цену: они потребляет огромную мощность, которая рассеивается в виде тепла. Основные числодробилки — центральный процессор, графический процессор — требуют собственных систем охлаждения; прошли те времена, когда эти микросхемы довольствовались маленьким радиатором. Новый системный блок оборудуется несколькими вентиляторами: как минимум один в блоке питания, один охлаждает процессор, мало-мальски серьёзная видеокарта комплектуется своим вентилятором, несколько вентиляторов установлены в корпусе компьютера, встречаются даже материнские платы с активным охлаждением микросхем чипсета. 30°C, 40°C, 50°C, 60°C… Мы привыкаем ко всё более высоким температурам процессора, чипа видеокарты и других компонентов компьютера. Некоторые современные жёсткие диски также разогреваются до заметных температур.
Большинство компьютеров оборудуется охлаждением по принципу минимизации стоимости: устанавливается один-два шумных корпусных вентилятора, процессор оборудуется штатной системой охлаждения. Такой подход имеет право на жизнь: охлаждение получается достаточным, дешёвым, но очень шумным. Как же сохранить эффективность, снизив при этом уровень шума?
Существует другая крайность — сложные технические решения: системы на базе элементов Пельтье, жидкостное охлаждение (обычно водяное, реже: маслянное или фреоновое), специальный алюминиевый корпус компьютера, который рассеивает тепло по всей своей поверхности (по сути, работает как радиатор). Для некоторых задач такие решения использовать необходимо: например, для студии звукозаписи, где компьютер должен быть полностью бесшумен. Для обычного домашнего и офисного применения такие специализированные системы чересчур дороги: их цены начинаются от сотни долларов и выше. Системы жидкостного охлаждения позволяют эффективно отводить тепло от теплосъёмников, но также требуют больших радиаторов для рассеивания этого тепла (вспомните размер радиатора сзади вашего холодильника). Также, вопреки всеобщему заблуждению, недорогие варианты подобных систем вовсе не бесшумны: водяная помпа (или компрессор), вентилятор, охлаждающий внешний радиатор, подчас шумят больше, чем некоторые традиционные системы воздушного охлаждения. Потому подобные варианты на сегодня весьма экзотичны, и в рамках этой статьи рассматриваться не будут: ограничимся классическими схемами воздушного охлаждения.
Общие принципы
Попробуем разобраться в процессах, который происходят при охлаждении. Понимая, что творится внутри системного блока, мы сможем грамотно выбрать стратегию модификации системы охлаждения.
Физика охлаждения
Все системы охлаждения используют общий принцип действия: перенос тепла от более горячего тела (охлаждаемого объекта) к менее горячему (системе охлаждения). При постоянном нагреве охлаждаемого объекта, рано или поздно прогреется также и система охлаждения, температура её сравняется с температурой охлаждаемого объекта, передача тепла прекратится — это вызовет перегрев. Чтобы этого не случилось, необходимо организовать подвод некоего холодного вещества, способного охлаждать саму систему охлаждения. Такое вещество принято называть хладагентом (теплоносителем). В статье рассматриваются воздушные системы охлаждения, то есть, хладагентом выступает воздух. Будем считать, что вокруг компьютера есть неограниченный запас холодного воздуха: это предположение справедливо, если объём комнаты, в которой установлен один или несколько компьютеров, достаточно велик — воздух в комнате не нагревается существенно при помощи компьютеров. Типичная комната в жилом доме или офисе вполне удовлетворяет этим требованиям.
Внимание! Это предположение будет неверным при проектировании охлаждения серверной комнаты: большое количество техники, собранной в небольшом объёме, требует дополнительной принудительной вентиляции.
Существует несколько механизмов переноса тепла. Первый: теплопроводность, способность вещества проводить тепло внутри своего объёма; в этом случае нужно только лишь создать физический контакт некоторого объёма вещества с охлаждаемым объектом. Из доступных веществ наилучшей теплопроводностью обладают металлы; радиаторы и теплообменники систем охлаждения как раз из них и изготавливаются. Среди металлов лучше всех проводит тепло серебро, из менее дорогих — медь, затем алюминий; как правило, именно поэтому медные радиаторы имеют бóльшую эффективность, чем алюминиевые. Воздух, кстати, имеет очень невысокую теплопроводность (благодаря этому оконные пакеты в наших домах сохраняют тепло). Второй механизм: конвективный, теплообмен с хладагентом, связан с физическим переносом охлаждающего вещества; для эффективного охлаждения нужно организовать свободную циркуляцию воздуха. Категорически не рекомендуется устаналивать компьютер в глухой, закрытый ящик стола; также плохо, если компьютер установлен рядом с радиатором отопления. Третий механизм: тепловое излучение, его величина пренебрежимо мала в рассматриваемыхпроцессах.
Для организации переноса тепла к хладагенту необходимо организовать тепловой контакт системы охлаждения с воздухом. Для этого конструируют различные радиаторы (англ.: heatsink). Очевидно, чем больше площадь теплового контакта, тем интенсивнее передаётся тепло. Используют два метода увеличения площади радиатора. Первый: увеличение площади рёбер при сохранении размера радиатора; оребрение получается более густым, сами рёбра — более тонкими. Теплообмен в таком радиаторе улучшается, но растёт его гидравлическое сопротивление: необходимо создать бóльшее давление, чтобы прокачать через радиатор заданный объём воздуха. Второй метод: увеличение геометрических размеров радиатора, что позволяет вовлечь в процесс теплообмена бóльший объём воздуха, также снижается гидравлическое сопротивление радиатора. Таким образом, предпочтительными оказываются радиаторы больших размеров.
Обратная сторона медали: стоимость и шум
Казалось бы, исходя из всего сказанного выше следует простой вывод: нужно взять радиаторы побольше, да организовать поток воздуха помощнее — вот и вся наука! Однако, есть ещё два важных фактора: стоимость системы охлаждения и шум, который она создаёт при работе. Стоимость систем охлаждения растёт с ростом размера используемых радиаторов: повышается металлоёмкость и сложность обработки. Из-за бóльшей стоимости, медные радиаторы используются гораздо реже, чем алюминиевые. В недорогих компьютерах обычно устанавливаются один-два дешёвых вентилятора, работающих на высокой скорости. Они справляются с охлаждением, но создают много шума; а ведь малошумностью определяется комфорт пользователя.
Таким образом, перед нами встаёт задача сконструировать систему охлаждения достаточной эффективности, при этом минимизировать шум от её работы и стоимость.
Охлаждение процессоров и видеокарт
Центральный процессор и графический процессор — самые мощные источники тепла внутри современного компьютера. Разработано множество различных конструкций систем охлаждения для этих компонент, разнообразие конструкторских решений поражает воображение. Классификация, описание и сравнение этих кулеров выходят за рамки этой статьи: обратитесь к соответствующим разделам популярных сайтов компьютерной тематики. Ограничимся общими рекомендациями.
В первую очередь, ещё на этапе выбора комплектующих для будущего компьютера, рекомендуется избегать процессоров и видеокарт, имеющих высокую тепловую мощность: для охлаждения таких устройств потребуются серьёзные усилия, нужно будет использовать высокоэффективные и весьма недешёвые системы охлаждения. Тепловыделение других подсистем компьютера, как правило, невелико в сравнении с «горячим» процессором: так, жёствие диски рассеивают около 10 Вт каждый, микросхема чипсета — 10-20 Вт. Для сравнения: самые «горячие» на сегодня процессоры класса Pentium 4 / Pentium D рассеивают до 70-130 Вт, см. руководство по установке и температурному режиму для процессоров Intel Pentium 4 и Pentium D. Не отстают от процессоров и топовые видеокарты, тепловыделение современных графических процессоров также превышает 100 Вт.
Как правило, существенным ограничивающим фактором при выборе кулера для процессора и видеокарты, является размер бюджета: высокоэффективные и тихие системы охлаждения весьма недёшевы. Из сказанного в разделе о принципах охлаждения следует, что лучше использовать системы охлаждения с максимально большими радиаторами, желательно медными. В силу дороговизны меди, часто применяют комбинированную схему: медный сердечник, впрессованный в алюминиевый радиатор; медь помогает более эффективно распределять тепло. Вентиляторы системы охлаждения лучше использовать низкоскоростные: они работают тише. Чтобы сохранить приемлемую производительность, применяют вентиляторы большого типоразмера (вплоть до ø120 мм).
Часто для построения большого радиатора используют тепловые трубки (англ.: heat pipe) — герметично запаянные и специальным образом устроенные металлические трубки (обычно медные). Они очень эффективно переносят тепло от одного своего конца к другому: таким образом, даже самые дальние рёбра большого радиатора эффективно работают в охлаждении.
Для охлаждения современных производительных графических процессоров применяют те же методы: большие радиаторы, медные сердечники систем охлаждения или полностью медные радиаторы, тепловые трубки для переноса тепла к дополнительным радиаторам.
Как минимум один вентилятор установлен в блоке питания компьютера (многие современные модели имеют два вентилятора, что позволяет существенно снизить скорость вращения каждого из них, а, значит, и шум при работе). В любом месте внутри корпуса компьютера можно устанавливать дополнительные вентиляторы для усиления потоков воздуха. Обязательно нужно следовать правилу: на передней и левой боковой стенке воздух нагнетается внутрь корпуса, на задней стенке горячий воздух выбрасывается наружу. Также нужно проконтролировать, чтобы поток горячего воздуха от задней стенки компьютера не попадал напрямик в воздухозабор на левой стенке компьютера (такое случается при определённых положениях системного блока относительно стен комнаты и мебели). Какие вентиляторы устанавливать, зависит в первую очередь от наличия соответствующих креплений в стенках корпуса. Шум вентилятора главным образом определяется скоростью его вращения (см. раздел Уровень шума вентиляторов), поэтому рекомендуется использовать медленне (тихие) модели вентиляторов. При равных установочных размерах и скорости вращения, вентиляторы на задней стенке корпуса субъективно шумят несколько меньше передних: во-первых, они находятся дальше от пользователя, во-вторых, сзади корпуса расположены почти прозрачные решётки, в то время как спереди — различные декоративные элементы. Часто шум создаётся вследствие огибания элементов передней панели воздушным потоком: если переносимый объём воздушного потока превышает некий предел, на передней панели корпуса компьютера образуются вихревые турбулентные потоки, которые создают характерный шум (он напоминает шипение пылесоса, но гораздо тише). Это же касается и решёток для воздуха, которые в дешёвых корпусах часто выглядят как набор отвестий в металлической пластине: эффективная площадь такого воздухозабора меньше, чем площадь вентилятора. Замена подобной «решётки» на проволочную (англ. grill, иногда используется калька с английского: гриль) позволит существенно облегчить работу вентилятору и уменьшить шум воздушного потока (подобные решётки устанавливаются на многие процессорные кулеры и вентиляторы блоков питания). Также вентиляционное отверстие можно дополнить импровизированным пылевым фильтром из медицинского бинта, москитной сетки или редкой ткани: это уменьшит эффективную площадь воздухозабора, но позволит прехохранить внутренности компьютера от попадания пыли.
Внимание! Засорение систем охлаждения пылью снижает их эффективность: слой пыли выполняет роль термоизолятора.
Исследуем вентилятор
Для переноса воздуха в системах охлаждения используют вентиляторы (англ.: fan). За более подробным описанием устройства вентиляторов, точными значениями характеристик различных моделей и сравнениями обратитесь к специализированным материалам, например Массированная инспекция вентиляторов; ниже приводятся лишь основные сведения.
Устройство вентилятора
Вентилятор состоят из корпуса (обычно в виде рамки), электродвигателя и крыльчатки, закреплённой при помощи подшипников на одной оси с двигателем
С учётом морального старения компьютерной техники (для домашнего и офисного применения это 2-3 года), вентиляторы с шарикоподшипниками можно считать «вечными»: срок их работы не меньше типового срока работы компьютера. Для более серьёзных применений, где компьютер должен работать круглосуточно много лет, стоит подобрать более надёжные вентиляторы.
Многие сталкивались со старыми вентиляторами, в которых подшипники скольжения выработали свой ресурс: вал крыльчатки дребезжит и вибрирует при работе, издавая характерный рычащий звук. В принципе, такой подшипник можно отремонтировать, смазав его твёрдой смазкой — но многие ли согласятся ремонтировать вентилятор, цена которому всего пара долларов?
Характеристики вентиляторов
Вентиляторы различаются по своему размеру и толщине: обычно в компьютерах встречаются типоразмеры 40×40×10 мм, для охлаждения видеокарт и карманов для жёстких дисков, а также 80×80×25, 92×92×25, 120×120×25 мм для охлаждения корпуса. Также вентиляторы различаются типом и конструкцией устанавливаемых электродвигателей: они потребляют различный ток и обеспечивают разную скорость вращения крыльчатки. От размеров вентилятора и скорости вращения лопастей крыльчатки зависит производительность: создаваемое статическое давление и максимальный объём переносимого воздуха.
|
| |
|
|
|
|
