Жидкостное охлаждение для компьютеров
В конце позапрошлого века появились первые автомобили, послужившие вехой технического прогресса и мобилизации человечества. Их двигатели сначала были примитивны, маломощны, шумны и работали на воздушном охлаждении. Но вот не проходит и десяти лет, и вместе с ростом мощности и более сбалансированной работой двигатель внутреннего сгорания получает гораздо более эффективное жидкостное охлаждение. Этот способ охлаждения миллионов моторов является неизменным атрибутом комфортного автомобиля и по сегодняшний день.
Первые ПК не имели проблем с охлаждением своих процессоров вообще. Потом они обзавелись радиаторами. Далее – небольшими вентиляторами. Что мы имеем теперь? Сегодня стоимость средств охлаждения для процессоров из верхнего модельного ряда уже приближается к цене самих CPU из нижних моделей. Чрезвычайно возросла мощность современных кулеров, их габариты, вес, обороты двигателей и диаметр вентиляторов. Стали критичны обработка и качество материала. Если раньше возможностей кулеров хватало с запасом, то сегодня они уже с трудом справляются со своими задачами. Увеличивать мощность вентиляции становится все сложнее, так как размеры и вес процессорных кулеров уже достигают критичных значений.
Вместе с ростом вычислительной мощности современные процессоры потребляют все больше и больше энергии. Основная ее часть выделяется в виде тепла. Этот непрерывный тепловой поток можно отбирать только через ограниченную площадь процессорного ядра. Производители стараются бороться с потреблением энергии и тепловыделением переходом на более низкие напряжения питания и технологические нормы. С уменьшением микронных норм производства потребление мощности действительно уменьшается, однако уменьшается и площадь кристалла самого ядра, что, в свою очередь, ведет к увеличению плотности теплового потока. И хоть тепла становиться меньше, но снизится ли температура внутри ядра меньшей площади – это уже под вопросом. С увеличением интеграции и уменьшением площади чипа отвод тепла с его поверхности становится все более трудной задачей. Здесь уже требуются специальные материалы и теплоносители. Неизменный рост тактовых частот предполагает неизбежное увеличение тепловыделения CPU в дальнейшем. Для процессоров с тактовыми частотами превышающими 2 ГГц рекомендуются кулеры с радиаторами из меди либо хотя бы с медной подошвой на алюминиевом радиаторе. Что будет за медью? Серебро? Напыление из золота? Или что-то еще?
Как бы не справлялся воздушный кулер с охлаждением процессора, но куда он девает тепло? Ответ ясен – выкачивает (вытягивает) его вовнутрь системного блока. Туда же сбрасывают свое тепло и кулер видиокарты, порядком греющиеся приводы жестких и оптических приводов, радиаторы чипсета и т.д. Но все эти устройства охлаждаются тем же воздухом из системного блока, который они сами и нагревают. Круг тепловой конвекции замыкается. Температура внутри корпуса компьютера стала так же актуальна, как и нагрев внутренних устройств. Результат – интенсивная принудительная вентиляция всего системного блока. Если раньше корпуса комплектовались одним посадочным местом под фронтальный вентилятор, причем производители не особо заботились о вентиляционных отверстиях напротив него, то теперь внутри стандартных корпусов предусмотрено 2-3 места под вентиляторы. Кроме того, в продаже появилась масса всевозможных «бловеров», блоков вентиляторов под слотовые и 5,25” отсеки.
Рекомендация, ставшая уже аксиомой: берите корпус большого объема, потому что в нем лучше циркуляция воздуха. Вот куда тратится пространство корпуса – на циркуляцию воздуха. Притом, что какой-либо специальной организации путей для воздуховодов в обычных корпусах нет вообще, и эффект от вентиляции зависит от комплектации конкретного компьютера, от загромождения его внутреннего пространства шлейфами и платами расширения. Процессор и другие устройства охлаждаются воздухом изнутри корпуса. Эффективность воздушного охлаждения напрямую зависит от температуры воздуха внутри системного блока. Требуется продуманная вентиляция внутреннего пространства корпуса. Но вот заставить течь потоки воздуха в нужном направлении весьма сложно, путь ему преграждают всевозможные устройства, шлейфы, внутренние закоулки. Воздух по большому счету не циркулирует по заданному пути, а перемешивается внутри корпуса.
Если корпуса с воздушным охлаждением спроектированы специально, с компактным расположением элементом и четкой организацией воздуховодов, что характерно для серверов, то и здесь очень остро стоит проблема организации и сечения воздуховодов. Вентиляторы внутренних устройств нагнетают воздух на свои радиаторы под определенным давлением. Эффективное сечение воздуховода должно быть сравнимо с площадью вентилятора. Приходится предусматривать широкие воздушные внутренние магистрали. Эти магистрали должны обеспечивать достаточную пропускную способность для отвода тепла и доступа к холодному воздуху.
В случае охлаждения системы жидкостью ситуация коренным образом меняется. Охлаждающая жидкость циркулирует в изолированном пространстве – по гибким трубкам малого диаметра. В отличие от воздушных магистралей, трубкам для жидкости можно задать практически любую конфигурацию и направление. Занимаемый ими объем гораздо меньше, чем воздушные каналы при такой же или гораздо большей эффективности.
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.
Компоненты системы водяного охлаждения
В составе классической СВО должны быть следующие компоненты: водоблок, радиатор, помпа, резервуар, теплоноситель. Не забудем также о штуцерах каждого из узлов и соединительных шлангах.
 |
Водоблоки отбирают тепло от греющихся компонентов ПК, передавая их энергию жидкости в контуре СВО. Существуют модели, предназначенные для охлаждения процессоров, чипсетов, графических чипов (или же видеокарт в целом), модулей памяти, винчестеров.
При выборе теплосъемника следует обратить внимание на металл основания (желательна медь), универсальность крепления. Некоторые экземпляты могут быть использованы для охлаждения любого из таких компонентов – чипсета, GPU, CPU. Предпочтение нужно отдавать моделям с развитой внутренней структурой (большое количество штырьков или тонких ребер), хотя нелишним будет ознакомиться со сравнительными тестами кандидатов на покупку. Производством водоблоков занимаются как компании с мировым именем – Asetek, Alphacool, Swiftech, Thermaltake и др., так и отдельные фирмы/энтузиасты (у нас хорошо известны ProModz, Silentchill, Waterworker). Детища ведущих изготовителей зачастую демонстрируют более высокую эффективность, чем их конкуренты, хотя бывают и исключения. Обратите внимание: разница в цене между первыми и последними далеко не всегда соответствует возможному выигрышу в производительности.
Радиатор рассеивает тепловую энергию, накопленную жидкостью при прохождении сквозь водоблоки. Чем больше площадь его ребер – тем выше запас прочности отдельной системы. Эффективность радиатора во многом зависит от наличия его дополнительного обдува. В компьютерах преимущественно используются модели под один, два или три 120-миллиметровых вентилятора, хотя встречаются и другие. Нередки примеры применения автомобильных (от так называемых «печек») и даже нескольких ребер радиаторов комнатного отопления.
Зачастую для эффективного охлаждения СВО одного компонента системного блока достаточно иметь в контуре медный теплорассеиватель под один вентилятор, если же TDP комплектующих велико и/или планируется охлаждать несколько устройств одновременно, лучше запастись более габаритными моделями.
Помпа предназначена для прокачки жидкости в контуре СО. Основные их типы – погружные (способны работать только при полном погружении в теплоноситель), внешние и универсальные.
Существуют как модели, питающиеся от 12-вольтовой линии компьютерного БП, так и устройства, рассчитанные на подключение в сеть ~220 В.
Основные характеристики помп – объем перекачиваемой жидкости (измеряется в литрах за час работы) и максимальная высота подъемного столба. Чем больше эти показатели, тем эффективнее будет СВО. Достаточной для среднестатистической системы является помпа, способная реально прокачать 400–600 литров жидкости за час. Модели помощнее часто имеют повышенный уровень шума и собственного тепловыделения, внося и свою лепту в нагрев теплоносителя, поэтому при выборе следует соблюдать баланс характеристик. Отметим, что мощность дешевых помп от малоизвестных производителей зачастую существенно ниже заявленной, поэтому покупать следует продукты именитых брендов – Aquacomputer, Eheim, Hydor, Swiftech.
Резервуар (расширительный бачок) служит для удобства заправки системы и устранения воздушных пробок в контуре СВО. В принципе можно обойтись и без данного узла, но тогда придется хорошо повозиться во время сборки и запуска «водянки».
Рабочая жидкость (теплоноситель) передает энергию от водоблоков к радиатору СВО. Зачастую в домашних системах используется дистиллированная вода или специальные смеси на ее основе с добавлением антикоррозионных присадок и УФ-красителей. Можно применить обычную воду из крана, предварительно прокипятив и охладив ее. Для предотвращения размножения в жидкости микроорганизмов в контур добавляют обычный спирт.
Штуцеры служат для соединения компонентов между собой. При построении СВО нужно использовать только такие, которые имеют одинаковый внешний диаметр – тогда не возникнет проблем со шлангами. Помните, что слишком тонкие штуцеры увеличивают гидросопротивление контура, снижая эффективность охлаждения.
Существуют три основных вида штуцеров – с насечкой или гладкие без фиксаторов, с зажимными гайками и так называемые push-on, которые не требуют дополнительных приспособлений для надежной фиксации шлангов.
Соединительные шланги могут быть нескольких типов – силиконовые, ПВХ и армированные. Первые наиболее удобны, хорошо гнутся, не перегибаются, но дороги. Поливинилхлоридные (ПВХ) шланги, предназначенные для использования в пищевой промышленности, наиболее доступны рядовому энтузиасту. Они хорошо гнутся, однако при сборке СВО нужно проявлять максимальную осторожность, не допуская заломов. Третий тип – армированные – применяются в сантехнике. Их чрезмерная жесткость способна вызвать перекос водоблоков при монтаже в системе и течи при использовании некачественных зажимных хомутиков.
Для надежной фиксации и устранения возможных протеканий системы внутренний диаметр соединительных трубок должен быть на 1–2 мм меньше, чем внешний – штуцеров. Помпа СВО развивает сравнительно невысокое давление, и если шланг надежно фиксируется без вспомогательных средств, то дополнительные зажимы и не понадобятся.
Остальные компоненты (индикаторы потока, датчики температур, системы управления работой помпы и т. д.) выполняют второстепенные функции, и большинству пользователей они в принципе не особо нужны.
Почему универсальное водяное охлаждение лучше самосбора?
Как видно из представленного выше списка оборудования, для водяного охлаждения ПК задействовано множество компонентов. Да и сама процедура сборки не то чтобы простая. Именно поэтому на начальном этапе логичнее выбрать СВО формата «все в одном», которые объединяют в себе вышеуказанные элементы в простом для установке комплексе. К тому же такие универсальные системы обойдутся дешевле.
Универсальные СВО оптимально подходят и для новичков, и для опытных пользователей, поскольку не предлагают собирать систему охлаждения самостоятельно из множества деталей: Насос зафиксирован прямо на водоблоке, трубки и фитинги предварительно собраны, и все сделано так, чтобы вам не приходилось возиться с водой. При этом такие системы обеспечивают не менее эффективный теплоотвод, чем самосбор.
Обратите внимание, что жидкостное охлаждение формата «все в одном» может применяться не только в связке с центральными процессорами материнских плат, но и с графическими картами. Кстати, есть еще одна причина, которая оправдывает использование универсальных СВО: программное обеспечение. Как правило, каждый производитель таких систем предлагает софт, позволяющий создавать устанавливать индивидуальные профили скорости вращения вентиляторов и работы насоса, контролировать нагрев CPU/GPU и настраивать RGB-подсветки.
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
Необслуживаемые СВО
Не хотите париться насчет обслуги – купите водянку закрытого типа. Да, она охлаждает только один контур, но и проблем с ней гораздо меньше. Мы можем порекомендовать такие проверенные годами решения как:
- GameMax Iceberg 120;
- DeepCool Captain 120EX RGB;
- Corsair Hydro H100i v2.
Они недорогие, бесшумные, просты в установке и пользуются огромным спросом на рынке. А чего еще надо от водянки? Думаю вам было полезно прочитать эту статью, не забывайте делиться с близкими и подписываться на обновления. Пока.
