Система водяного охлаждения компьютера
Современные компьютеры могут похвастаться высокой производительностью. Однако увеличение вычислительной силы впечет за собой существенную проблему – количество выделяемого компонентами системного блока тепла серьезно возрастает. Для того, чтобы охладить комплектующие компьютера, приходится использовать все более эффективные системы воздушного охлаждения. В результате, уровень шума от постоянно работающих вентиляторов в корпусе компьютера начинает становиться все более громким и раздражающим. К тому же, традиционное воздушное охлаждение уже совершенно не спасает, когда за окном стоит жаркая летняя погода. Тут есть смысл задуматься над применением водяного охлаждения, о возможностях и преимуществах которого многие пользователи даже не подозревают.
Принцип действия, привычной нам, воздушной системы охлаждения компьютера, заключается в том, что кулер для центрального процессора направляет воздух на радиатор. И когда воздух прогоняется через ребра радиатора, он забирает вместе с собой тепло. Затем горячий воздух выводится другим кулером из корпуса компьютера. У систем жидкостного охлаждения совершенно иной принцип работы, поскольку вместо воздуха для отвода тепла здесь используется вода.
Вода постоянно циркулирует и поступает к компонентам компьютера, нуждающимся в охлаждении. Затем вода по шлангам проходит дальше и уже сама охлаждается в радиаторе, где тепло от воды передается воздуху и отводится за пределы системного блока компьютера. Движение воды в системе водяного охлаждения осуществляется посредством специальной помпы. Поскольку вода имеет большую теплопроводность, чем воздух, то она гораздо эффективнее отводит тепло от различных компонентов компьютера, включая процессор и графический чип.
Преимущества системы водяного охлаждения
Систему водяного охлаждения (СВО) очень выгодно использовать для охлаждения компьютера по нескольким причинам. Во-первых, эффективность такого охлаждения гораздо выше воздушного, а значит, подобную систему можно использовать для того, чтобы разогнать систему и одновременно обеспечить ее стабильность. Вы можете добиться разгона процессора ПК и других компонентов без существенного увеличения их температуры, что самым положительным образом отразится на надежности работы комплектующих.
Во-вторых, при использовании СВО фактически нет никаких вентиляторов. Это означает, что можно сделать работу своего компьютера гораздо более тихой и комфортной. У систем водяного охлаждения есть и еще один плюс – это отличный внешний вид. При ее установке можно использовать различные цветные или флуоресцентные шланги, а также светодиоды, которыми подсвечивают внутренние компоненты компьютера.
Недостатки водяного охлаждения
К минусам СВО для компьютера обычно относят некоторую сложность ее сборки и дороговизну. Однако собрать все компоненты системы сегодня может любой человек, кто владеет хотя бы минимальными навыками сборки отдельных комплектующих компьютера. Что касается цены, то, безусловно, такое охлаждение стоит дороже даже самого качественного и эффективного воздушного охлаждения. Но поскольку жидкостные системы применяются главным образом в дорогостоящих и высокопроизводительных устройствах, то стоимость такого охлаждения можно вполне назвать соответствующей цене других комплектующих компьютера. Ко всему прочему, при правильной сборке и наличии качественных компонентов СВО способна прослужить очень долгое время.
Из чего состоит водяное охлаждение
Водоблок на CPU
Водоблок CPU — это теплообменник, передающий тепло от процессора охлаждающей жидкости. Водоблок для процессора состоит из металлического основания, непосредственно контактирующего с теплораспределителем процессора, и крышки с отверстиями для включения его в контур СВО. Для достижения максимальной производительности внутренняя поверхность основания имеет сложную структуру.
Водоблок на GPU
Водоблоки для видеокарт делятся на два основных типа — водоблок закрывающий только чип и водоблок с полным покрытием, обеспечивающий отвод тепла сразу от всех критически важных компонентов видеоадаптера. Основание таких водоблоков имеет сложную структуру, что способствует более эффективному отводу тепла.
Радиаторы
Радиатор в системе жидкостного охлаждения необходим для отвода тепла из контура охлаждения в атмосферу. Для этого на него как правило устанавливается один или несколько вентиляторов большого диаметра. Размер радиатора определятся мощностью, которую нужно удалить из контура охлаждения.
Резервуар и помпа
Помпа представлет из себя электронный насос обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в контуре системы охлаждения.
Резервуар служит для аккумуляции воздуха из контура охлаждения и обеспечения запаса жидкости. Также он служит для выравнивания давления – это необходимо так как жидкость при нагревании расширяется. Помпа и резервуар могут быть выполнены в виде единого устройства, либо же являться отдельными узлами СЖО.
Фитинги
Фитинг (англ. fitting, от fit — прилаживать, монтировать, собирать) — соединительная часть трубопровода, устанавливаемая в местах его разветвлений, поворотов, переходов на другой диаметр, а также при необходимости частой сборки и разборки труб. Фитинги служат и для герметичного перекрытия трубопровода и прочих вспомогательных целей.
Контур
Контур систему жидкостного охлаждения представлен трубками или шлангами соединяющими все ее компоненты в единый механизм. Для максимизации эффективности всей СВО крайне важно правильное проектирование контура и наши инженеры вкладывают весь свой многолетний опыт в решение этой задачи. Так же контур может быть одним из ключевых элементов дизайна всей системы.
Хладоген
Охлаждающая жидкость (хладагент, теплоноситель) предназначена для переноса тепла от водоблоков, нагреваемых компонентами системы, к радиаторам, рассеивающим его в атмосферу. В отличие от обычной воды, специализированные жидкости обладают большей эффективностью и не приводят к коррозии компонентов СЖО. Охлаждающие жидкости могут быть разных цветов, в том числе и с флюоресцентными добавками.
Что дальше?
С целью экономии воды, возможно изготовление трехконтурной системы охлаждения, в которой теплообменник крепится непосредственно на трубу магистрали холодной воды, и жидкость этой, промежуточной системы, прокачивается отдельной помпой. Весьма интересна возможность расположить между первым и вторым контуром полупроводниковый холодильник на эффекте Пельтье.
Применение подобных, прогрессивных решений, позволяет достигнуть рекордной производительности при полном отсутствии шума.
В связи с вышеизложенным, непонятна низкая активность производителей комплектующих по оснащению материнских плат, видеокарт и блоков питания системами водяного охлаждения. Крайне необходимой является разработка штуцера, конструкция которого позволит подключать компоненты без риска разлива теплоносителя.
Сборка и запуск СВО
Для построения оптимальной системы водяного охлаждения можно использовать как единичные компоненты, так и промышленные комплекты, при необходимости дополненные нужными узлами, приобретаемыми отдельно.
Во время сборки СВО при правильном выборе составляющих понадобится только инструмент для резки шлангов. «Водянку» лучше собирать вне корпуса ПК – таким образом легче будет быстро исправить недостатки, проявившиеся в первые минуты работы. Заправку можно производить с помощью лейки или шприца.
Первый запуск системы обязательно проводится при выключенном компьютере. Для начала в расширительный бачок необходимо залить немного жидкости. Если помпа рассчитана на питание от ~ 220 В, она подключается непосредственно в сеть, а вот модели, предназначенные для работы от 12 В, нужно соединять с БП компьютера. Перед этим обязательно отсоединяются кабели от всех комплектующих (материнской платы, видеокарты, жестких дисков, приводов). Блок питания должен быть подключен в сеть. Запускать его следует вручную, замкнув любым проводником (например, канцелярской скрепкой) контакты из 24(-20)-пинового разъема, к которым идут зеленый и черный провода. ВНИМАНИЕ! Будьте предельно осторожны на этом этапе! Не допускайте контакта перемычки с любыми другими проводами или компонентами ПК!
После включения помпы следует доливать теплоноситель в контур до тех пор, пока весь объем не окажется заполненным жидкостью. Несколько раз включив-выключив питание, необходимо тщательно прокачать систему и добиться удаления пузырьков воздуха из воды. Удостоверившись в отсутствии течей, охлаждение можно устанавливать непосредственно в системный блок. После первого запуска компьютера с новой СО еще раз следует убедиться в надежности всех соединений и креплений, и лишь потом переходить к тестированию.
Чтобы наглядно продемонстрировать возможности водяного охлаждения, мы собрали систему на основе комплекта Thermaltake BigWater 735. Штатный водоблок заменили на Waterworker WC-155Cu и добавили комбинированную воздушно-жидкостную СО для видеокарт – Thermaltake TMG ND4. Конфигурация тестового ПК приведена в таблице. Сборка испытательного стенда проводилась в корпусе Thermaltake Armor Jr., радиатор СВО установлен внутри системного блока.
Для сравнения приводятся температуры, полученные на той же конфигурации с процессорным кулером Scythe INFINITY и штатной турбиной видеокарты.
На сводной диаграмме отображены лишь максимальные показатели для основных компонентов (температура CPU – во время его прогрева утилитой OCCT, температура видеоядра – при многократном прогоне теста Firefly Forest из пакета 3DMark06).
Полученные результаты, возможно, кому-то покажутся странными – вроде бы, воздушный кулер охлаждает CPU лучше, чем «водянка». В то же время трудно не заметить громадный отрыв в пользу СВО в температуре GPU – разница составляет порядка 30° С при загрузке видео-адаптера! Такая расстановка сил обусловлена тем, что первый элемент, который охлаждался водой, – графический чип. Нагретый теплоноситель потом поступал в процессорный водоблок, и отводил тепло от CPU. При иной расстановке приоритетов получилась бы другая итоговая картина. К тому же акцентируем ваше внимание на немаловажном факторе – тепло от столь мощных компонентов ПК отводилось относительно слабой СВО с одним компактным радиатором, продуваемым тихим 120-миллиметровым вентилятором. Эффективность охлаждения в случае применения более производительной модели и/или выноса данного узла за пределы корпуса возросла бы довольно ощутимо.
| Процессорные водоблоки | Типичные водоблоки для видеокарт | Водоблок для оперативной памяти | Высокоэффективный внешний радиатор |
| Компактный одинарный радиатор | Помпа с расширительным бачком | Заглушка 5,25 отсеков с интегрированными расширительным бачком и датчиком потока жидкости | Соединительные шланги — ПВХ, силиконовые, армированные |
Рассмотрим из чего состоит СВО
В первую очередь скажем о жидкости, циркулирующей в системе – это может быть обычная водопроводная вода, дистиллированная вода, различные комбинации воды и спирта или воды и антифриза, чистый антифриз, масло, жидкий металл.
Главным же в системе водяного охлаждения является водоблок, он же ватерблок (Waterblock) – теплосъёмник, устройство, выполненное из теплопроводящего материала, которое передаёт тепло с нагревающихся элементов (центральный процессор, чипсет, графический процессор и др.) циркулирующей жидкости (далее для облегчения восприятия – вода). Структуру и изготовление рассмотрим ниже.
Вторым компонентом СВО можно назвать радиатор, который передаёт тепло от воды во внешнюю среду.
Не уступает ему по значимости и помпа – элемент, отвечающий за циркуляцию воды во всей системе. Виды и характеристики далее.
Следующими, менее важными, но не менее необходимыми являются шланги – по ним и перемещается вода по пути от ватерблоков к помпе и радиатору.
Ещё один элемент, который используется не всегда, и зависит от применяемой помпы – это расширительный бачок. Он служит для заправки СВО и для облегчения её прокачки (избавления от воздушных пузырьков и пробок). Также он служит для выравнивания давления – это необходимо так как вода при нагревании расширяется.
Вентиляторы используются для ускорения передачи тепла от радиатора в окружающую среду.
Далее идут компоненты, которые уже не являются необходимыми, но тоже используются – к ним относятся:
разветвители (тройники) — разделяют воду на несколько потоков до ватерблоков и объединяют после;
различные элементы управления (например, управление включения помпы, скорости вращения вентиляторов, датчики уровня воды и давления в системе);
а также элементы моддинга (различные подсветки, флуоресцентные добавки в жидкость и пр.).Общую схему СВО можно представить следующим образом.
Простейшая схема СВО
реклама
Комплектующие
• ЦП: AMD Ryzen 7 2700X
• МП: ASUS PRIME X470-PRO
• Видеокарта: AMD Vega 56
• ОЗУ: G.Skill Trident Z 2×8 GB
• SSD: Kingston SSD A400 120GB
• БП: CoolerMaster V850 850W [RS850-AFBAG1-EU]
• Корпус: Fractal Design Define S
При выборе компонентов для СЖО ориентировался на барахолку этого ресурса, потому как цены новых комплектующих показались негуманными.
Приведу список того, что удалось приобрести:
• Радиатор1: Hardware Labs Black Ice SR2 280 MP
• Радиатор2: Black Ice Nemesis 420GTS XFlow
• Помпа+резервуар: EK-XRES 140 DDC 3.2 PWM Elite + Multiport TOP
• Водоблок ЦП: EK-Supremacy — Full Nickel
• Шланг: FLX White 3/8 ID, 5/8 OD, (16/10mm) 2м (куплен в магазине)
• Вентиляторы: 3хNoctua NF-P14S-REDUX-900
• фитинги barrow: компрессионные прямые, кран, тройник, удлинители, термодатчики, 90 и 45 градусов адаптеры угловые, заглушки, нож для шлангов и трубок (удалось купить новые на барахолке)
• Фитинги EK компрессионные прямые
Всё это богатство удалось заполучить за сумму чуть меньшую двадцати тысяч рублей – совсем не дешево, но цена в магазине удивит сильнее. Удивила стоимость фитингов, добрая четверть всей суммы ушла на них. При желании можно заменить на менее опрятные внешне, но гораздо более приятные по цене варианты. Шланг выбран как самый простой в использовании вариант, трубки симпатичнее, но сложнее в использовании. Толщина шланга — вопрос отдельного обсуждения, но я считаю вариант 13 мм внешнего радиуса излишне ломким, а из 10/16 и 13/19 мм выбрал тот, под который нашлись фитинги на барахолке.
Приступим
Для начала не помешает переобуть водоблок в «красные башмаки», он достался мне с креплениями под 115х сокет. К сожалению, в комплекте обнаружилась только рамка под AM3, но меня выручил уважаемый форумец Olegdjus, у которого, по удачному стечению обстоятельств, как раз был комплект из рамки и опорной пластины AM4 для водоблоков EK.
Водоблок потрепан жизнью, как видно на фотографиях, но ещё послужит правому делу охлаждения железа. Заменить крепления оказалось совсем не сложно, надо всего лишь… открутить 4 винта со стороны подошвы и заменить рамку крепления, убедиться в правильном положении уплотнительной резинки и закрутить те же винты обратно.
Дальше священное действо – мажем термопасту. Вопрос строго религиозный, есть много техник, таких как: размазывание пальцем, размазывание пальцем в пакетике, размазывание банковской картой, размазывание любыми другими плотными картами/лопатками, техника точной капли, креста и ещё много других вариаций. Не забудем про технику «доброй бабушки», когда паста накладывается от души и она аппетитно потом стекает по краям бутерброда крышки процессора, пачкая всё вокруг. По факту — при достаточном количестве пасты и хорошем прижиме подошвы кулера/водоблока эффективность методов очень близка. Я использую технику подчёркивания названия, именно так расположен кристалл процессора под этой крышкой, и мне так спокойнее, после фото я ещё чуть-чуть капнул пасты, чтобы наваристее было, но новую фотографию сделать забыл.
Закрепляем водоблок согласно инструкции на материнской плате.
Ради любопытства откручиваем водоблок и смотрим на отпечаток термопасты, не лучший, но терпимо, фирменный горб ЕК в действии.
Дальше плату надо определить в корпус, для этого размещаем по соответствующим размеру нашего экземпляра отметкам стойки, крепим заднюю планку. По заветам известного прапорщика, для эффективной установки материнской платы в системный блок, берём материнскую плату и устанавливаем в системный блок!
Перед тем как начнём прикручивать радиаторы и вентиляторы — очень советую подключить дополнительное питание процессора, в современных корпусах часто слишком маленькое расстояние от верхней крышки до материнской платы и сделать это потом будет крайне затруднительно.
Примеряем верхний радиатор, подключать вентиляторы в верхние разъёмы платы тоже стоит до установки или же задействовать другие разъёмы для вентиляторов, контроллеры, сплиттеры и т.п.
Отмерим и отрежем
Работать со шлангом легко и приятно, отмерять не приходится слишком дотошно, лишний сантиметр не будет выделяться, да и отрезать если что не проблема.
На следующем фото видно, для каких целей были потрачены рубли на удлинители barrow, с их помощью удалось аккуратно обойти неудобство от установленных вентиляторов. Компрессионные фитинги просты в использовании, главное не забыть накручивающуюся гайку надеть на шланг.
С другой стороны (хитрым образом предвидел такую схему и выбрал радиатор типа cross-flow) конструкции также используем удлинитель и угловые адаптеры, соединим шлангом оба радиатора. Толстый радиатор имеет впечатляющий набор вариантов подключения, потом это пригодится.
Дальше опять с использованием углового адаптера делаем переход в резервуар с помпой.
Вечерело, фитинги и другие приспособы подходили к концу, надо было как-то заканчивать. Решено было собрать франкенштейна из тройника и крана для лёгкого обслуживания в будущем.
Изначально предполагалось, что кран через угловой адаптер будет прикручен к освободившемуся входному порту помпы (крышка резервуара используется как вход для жидкости), но из-за особенностей конструкции в этом месте не получается плотного соединения при использовании компонентов barrow. Нужны дополнительные уплотнители, которые вместе с другими фитингами, трубками и всячиной давно (ещё в ноябре) отправлены для меня заботливыми китайскими продавцами, но никак не найдут дорогу к отделению почты через метели. По тем же причинам датчик температуры охлаждающей жидкости переехал в один из портов «толстого» радиатора.
Соединяем оставшиеся элементы, прикручиваем помпу, штатное место крепления не доступно, рассчитано на тонкий радиатор + вентиляторы за передней стенкой корпуса, но эту проблему мы переживём, так даже лучше.
Подключаем кабели питания, и внутреннее убранство корпуса практически закончено.
Лейся песня!
Заправляем систему, для этого использую остаток шланга, фитинг, красную (!) воронку.
Прикручиваем один конец шланга в свободный порт на крышке резервуара, в другой конец шланга вставляем воронку. Заливаем до краёв, запускаем помпу и либо продолжаем лить так, чтобы воздух не попадал в насос, либо останавливаем помпу и доливаем жидкость в резервуар. По мере выхода воздуха из системы доливаем жидкость, всё. Под местами потенциальных протечек не мешало бы подложить что-то быстро впитывающее, хотя бы обычные салфетки. Запускать помпу можно с помощью дополнительного блока питания, либо не подключая основной к компонентам системы используя замыкание двух (зелёный провод и любой провод с «землёй») контактов в 24-пиновом штекере, для облегчения процедуры в продаже имеются спец-заглушки. Если уверены в герметичности системы при первом запуске – можно не стеснять себя лишними телодвижениями и мерами предосторожности, но это для совсем отчаянных.
Выводы
По результатам тестирования, верхний радиатор мог бы справиться с системой в одиночку, но в компании из двух радиаторов это удаётся сделать с минимумом шума. Помпа абсолютно не слышна в закрытом корпусе уже при 3300 оборотов в минуту, вентиляторы тоже настроены на грани бесшумности.
В повседневном использовании процессор разогнан до 4250 Мгц при напряжении 1,3В, DDR4 работает на частоте 3600 с ужатыми таймингами 14-15-14-28-42, напряжение SoC 1.09В.
В таких условиях Linx с задачей 28326 прогревает процессор до 77 градусов (Tdie) при должной усидчивости и готовности ждать 7+ проходов.
Видеокарта с прошитым биосом от Vega 64 работает на частотах 1632 Мгц при напряжении 1,15В, память – 1155 Мгц, температуры не поднимаются выше 50 градусов.
При нормальном использовании, а не стресс-нагрузках, значения температур гораздо ниже. А самое главное – тишина, ради которой всё и затевалось. Для полного удовлетворения осталось заменить память на вариант более подходящий по цветовому решению и разобраться с эстетически верным способом установки крана.
PS: Выяснилось, что проблема с неплотным соединением на портах помпы решается средствами от EK, существуют специальные адаптеры и они были найдены, но не радикально чёрного цвета, постараюсь пережить такой конфуз. Красная память переехала в сборку на 1151v2, вместо неё установлен комплект Corsair Vengeance RGB PRO, который смог работать в том же режиме с некоторыми нюансами.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news — это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
