Водяная система охлаждения для процессора

Кастомные системы водяного охлаждения. Как начать с самого начала

Рано или поздно каждый, кто увлекается компьютерным железом, хочет иметь у себя в составе ПК мощную систему охлаждения. Кто-то покупает себе огромные башни, кто-то готовые небольшие и недорогие системы жидкостного охлаждения. Конечно, всегда необходимо отталкиваться от задач, которые вы преследуете при покупке той или иной системы охлаждения, а также от конечной стоимости в соответствии с вашим бюджетом. Мы же с вами рассмотрим кастомные системы водяного охлаждения (СВО) в общем виде.

Сразу хотелось бы акцентировать внимание на нескольких ключевых моментах:

1. Мы рассмотрим СВО в общем виде, мы не будем проводить расчёты систем водяного охлаждения, а будем опираться на базовые принципы, которые позволят вам использовать кастомное СВО и при этом ни о чём не задумываться.
2. Очень часто будет употребляться слово “кастом” и его производные. Это — позаимствованное с английского языка слово custom и один из вариантов перевода — заказ. Грубо говоря, “система водяного охлаждения изготовлена на заказ”. Конечно, такое выражение режет слух; вы сами себе заказчик, исполнитель и выбираете, какие компоненты будут у вас в СВО в отличии от готовых систем, поэтому используется понятие кастом. Конечно, есть готовые кастомные системы, в которых вам любезно в коробку положат все необходимые компоненты и вы сами из них соберёте СВО, но зачастую такие системы обходятся дороже, чем самостоятельная сборка.
3. В статье будет использоваться понятие контура, т.к. любая СВО — замкнутая система, в которой жидкость постоянно находится и циркулирует при работе системы.

Преимущества и недостатки систем жидкостного охлаждения

Водяное охлаждение для процессора обладает следующим преимуществами:

• высокая эффективность;
• тишина в работе;
• свободное пространство внутри корпуса;
• отсутствие запыленности внутри ПК;
• взаимозаменяемость компонентов и полная свобода действий при модернизации охлаждения (например, можно увеличить производительность системы, поставив не один скоростной и шумный вентилятор, а три, работающих на меньшей скорости, но обеспечивающих такой же поток воздуха с минимальным уровнем шума).

Но любая медаль имеет две стороны. К недостаткам СВО можно отнести:

1. долгое время самостоятельной сборки СВО;
2. потенциальная опасность при её эксплуатации (случаи могут быть самые разнообразные: пролив хладагента, заклинивание помпы, недостаточная мощность обдува радиатора и т.д.);
3. проблемы с совместимостью компонентов и поиском необходимых водоблоков;
4. высокая стоимость СВО в целом.

Виды фитингов

Резьбовые фитинги, в свою очередь, тоже существуют далеко не одного вида — можно выделить, как минимум, три наиболее популярных вида фитингов, применяемых в компьютерных СВО, которые отличаются между собой по способу фиксации шланга на фитинге. Речь идет о т.н. компрессионных фитингах, фитингах типа «ёлочка» и пуш-ин (push-in) фитингах.

Компрессионные фитинги, которые часто еще называют фитингами с накидной гайкой, характеризуются тем, что в их случае шланг фиксируется на фитинге при помощи специальной «гайки». Данная гайка накручивается на дополнительную резьбу фитинга, тем самым зажимая собой шланг на фитинге и обеспечивает их герметичное соединение. В данный момент, компрессионные фитинги являются наиболее популярными в среде энтузиастов водяного охлаждения, прежде всего благодаря простоте и надежности их использования. Из минусов компрессионных фитингов можно выделить разве что, их, относительно, большой размер, который они занимают, из-за наличия у них той самой «гайки», которая зажимает шланг, ведь ее диаметр в любом случае будет больше внешнего диаметра шланга. Актуальная эта проблема становится, главным образом, либо на очень компактных ватерблоках (у которых отверстия для подключения фитингов расположены очень близко друг к другу), либо при использовании шлангов большого диаметра, компрессионные фитинги для которых действительно обладают очень внушительными размерами.

Компрессионный фитинг в закрученном состоянии

Компрессионный фитинг в раскрученном состоянии

Фитинги типа «ёлочка», которые у нас еще принято называть штуцерами, куда более просты по конструкции и, по сути дела, представляют собой металлическую трубу небольшой длинны, на которую надевается шланг. Фиксация шланга на фитингах типа «ёлочка» осуществляется при помощи отдельного зажимного хомута, которые существуют самых различных видов и могут изготавливаться, как из металла, так и из пластика. Иногда, в качестве зажимного хомута энтузиасты используют самые обычные пластиковые стяжки. Для дополнительного улучшения фиксации шланга и герметичности соединения, на штуцерах чаще всего располагают специальные выступы, создающие небольшие увеличение их диаметра, количество и форма которых может варьироваться в зависимости от модели фитинга. Собственно название данного типа фитингов главным образом как раз происходит от их самой распространенной формы, которая имеет несколько уровней утолщений, скошенных под углом, что делает фитинг отдаленно напоминающим ёлку. Главными преимуществом фитингов данного типа является их простота и компактный размер, соответствующий внутреннему диаметру используемых шлангов. Однако, используя фитинги типа «ёлочка», стоит уделять дополнительно внимание надежной и герметичной фиксации шлангов на них, в частности очень рекомендуется использовать хоть какие-то зажимные хомуты, хотя их использование и не является обязательным, в случае правильного подбора размеров шлангов и фитингов.

Примеры фитингов типа «ёлочка»

Примеры зажимных хомутов для штуцеров

Пуш-ин (push-in) фитинги, которые по-хорошему стоило бы называть цанговыми, известны в среде компьютерных энтузиастов под самыми разными названиями, которые либо отталкиваются от механизма их работы, либо от известных брендов, которые производят или используют подобные фитинги. Поэтому не стоит удивляться, если вы услышите о фитингиах Festo, Camozzi (Камоцци) или просто фитингах типа plug&cool. Основной особенностью цанговых фитингов является наличие специального уплотнительного кольца, которое установлено внутри корпуса фитинга и автоматически зажимает шланг при его вставке в фитинг, что делает процесс фиксации шланга очень простым. Извлекаются шланги тоже очень просто — достаточно нажать на уплотнительное кольцо, прижав его в сторону фитинга. Однако эта простота установки и извлечения шлангов в случае СВО вызывает и определенные минусы — в среде энтузиастов существуют частично обоснованные опасения, что слишком мягкие шланги контура СВО могут при разогреве системы попросту деформироваться и, либо потерять герметичность соединения с таким фитингом, либо попросту выпасть из него. Рациональное зерно в этих опасениях действительно есть так как фитинги типа пуш-ин больше предназначены для фиксации шлангов из полиэтилена или полиуретана, которые отличаются куда большей жесткостью, чем шланги из ПВХ, применяемые в компьютерных СВО. Более того, обычно, цанговые фитинги используют в различного рода пневматических системах, где внутри контура находится газ, а не жидкость, причем этот газ, чаще всего, находится под заметным давлением (которое отсутствует в контурах СВО), что дополнительно повышает надежность фиксации шлангов в данных фитингах. Еще одним существенным минусом пуш-ин фитингов является из размер, который оказывается большим из-за необходимости полностью вмещать шланг в корпусе фитинга, что делает использование в контуре СВО сколь-либо крупных шлангов довольно-таки проблематичным.

Прямой и угловой цанговые фитинги

Тестирование

Для оценки эффективности и практической пользы собранной системы мы провели тестирование, целью которого было определить, как соотносится уровень шума и охлаждающая способность. За основу была взята «Методика тестирования процессорных охладителей образца 2020 года». Для теста под нагрузкой использовалась программа powerMax (нагрузка на CPU — тест AVX, нагрузка на GPU — разрешение 1920 на 1080, оконный режим), все ядра процессора Intel Core i9-7980XE работали на фиксированной частоте 3,2 ГГц (множитель 32). Корпус Corsair Crystal Series 680X RGB был закрыт штатными панелями — стеклянной и пластиковой спереди, стеклянными сверху и с одного бока и стальной с другого бока. Единственное отличие от полной штатной конфигурации заключалось в том, что для улучшения вентиляции мы не поставили фронтальный противопылевой фильтр. При замерах шума торец микрофона располагался на высоте 50 см от верхнего края корпуса и в 50 см от переднего края корпуса, а микрофон был направлен на верхнее переднее ребро корпуса. Это некая условная имитация положения головы пользователя при расположении системного блока на полу.

Тестирование проводилось для двух профилей работы вентиляторов. Первый профиль — это максимальная скорость вращения всех пяти вентиляторов и помпы (КЗ сигнала с ШИМ 100% для вентиляторов и помпы). Цель — определить, на что способна система в режиме с максимальной производительностью. Второй профиль — работа системы в очень тихом режиме, в котором ее шум будет настолько мал, что, например, не будет мешать спать в одном помещении с компьютером. Целевой уровень шума мы приняли за 25 дБА. К сожалению, уровень шума от помпы оказался довольно велик, притом он явно увеличивался из-за жесткого крепления помпы к стенке корпуса. В итоге для снижения шума до нужного уровня КЗ сигнала с ШИМ для вентиляторов мы установили на 55%, а для помпы — на 35%. Реальный уровень шума оказался даже чуть ниже целевого, а именно 24,5 дБА.

Для того чтобы результаты можно было с чем-то сопоставить, мы пересобрали компьютер, используя штатную воздушную систему охлаждения видеокарты и воздушный кулер Corsair A500. Корпусные вентиляторы были установлены в тех же местах. Фотографии системы с воздушным охлаждением:

В этом случае для достижения в условиях без нагрузки уровня шума 25 дБА КЗ сигнала с ШИМ для вентиляторов на кулере центрального процессора мы установили на 35%, а для корпусных вентиляторов — на 45%.

Результаты тестирования приведены в таблице ниже:

Режим	Уровень шума, дБА	Температура CPU, °C	Температура GPU, °C
Система жидкостного охлаждения
Тихий	24,7	83,9	79,0
Максимальный	37,5	68,6	60,0
Воздушная система охлаждения
Тихий	31,8	97,7 (макс. 105)	81
Максимальный	43,8	99,3 (макс. 105)	81

Указанная в таблице температура CPU — это температура, усредненная по ядрам и по времени (примерно 30 с). Общее потребление системы от розетки под максимальной нагрузкой составило порядка 615 Вт. Стоит отметить, что ни в каких реальных задачах такой уровень нагрузки достигнут быть не может.

В итоге собранная СЖО при работе в тихом режиме смогла обеспечить приемлемый уровень нагрева центрального процессора. Графический процессор все же немного перегрелся, так как частота работы GPU была снижена на 100 МГц до 1635 МГц.

При работе в режиме с максимальной производительностью СЖО справилась как с охлаждением центрального процессора, так и видеокарты.

Воздушная же система охлаждения не справилась со своей задачей даже в режиме с максимальной производительностью — перегревался как центральный процессор, так и видеокарта. И это при весьма высоком уровне шума!

Отметим, что небольшой прирост уровня шума в случае СЖО, настроенной на работу в тихом режиме, произошел, видимо, из-за увеличения скорости вращения вентилятора на блоке питания. В случае системы воздушного охлаждения шум в тихом режиме вырос больше из-за работы штатной системы охлаждения видеокарты (вентиляторы вращались со скоростью 2300 об/мин (62%)). В результате система перестала быть очень тихой, но все равно уровень шума оставался низким.

Конечно, можно оптимизировать расположение и количество вентиляторов, применить другой воздушный кулер и как-то еще пытаться улучшить работу воздушной системы охлаждения, но с нашей точки зрения, мы наглядно показали, что система жидкостного охлаждения позволяет добиться лучшего результата и без каких-либо особых ухищрений в плане оптимизации воздушных потоков, расположения компонентов и т. д. Правда, и стоимость СЖО в данном случае получилась существенно выше, чем у воздушного кулера на центральный процессор (видеокарта поставляется с собственным кулером, за него доплачивать не надо).

Установка fullcover-водоблока на видеокарту

Если лишать комплектующие гарантии, то тогда уж все сразу 😉 Сейчас мы подошли к самому горячему компоненту системы, к видеокарте Leadtek GeForce GTX 480 – если верить тестам, то в нагрузке эта дама запросто греется до 100+ градусов, что сопровождается не менее тревожным гулом стоковой турбины.

Для полноты картины было решено так же использовать fullcover-водоблок. Для видеокарт с архитектурой NVIDIA Fermi их уже навыпускали достаточно много, и нам, судя по всему, повезло – Leadtek GeForce GTX 480 имела «референсный дизайн», то есть такой, каким его первоначально проектировала сама компания NVIDIA. Чаще всего самым очевидным признаком нереференсного дизайна является нестандартная система охлаждения – то, что производители выдают за плюс (по сути так и есть). Гораздо хуже, когда видоизменена разводка на плате – тут угадать будет гораздо сложнее.

В надежде, что все подойдет, мы приступили к демонтажу заводской системы охлаждения (потеря гарантии начинается именно с этого этапа). В случае с этой видеокартой, процесс несколько утомляет – 17 винтов со стороны текстолита и 2 со стороны разъемов. Далее аккуратно снимаем весь радиатор, заранее отсоединив от платы провод кулера.

Примерка fullcover-водоблока EK-FC480 GTX Nickel+Plexi прошла успешно – он идеально подошел )

Открываем инструкцию, приступаем к нарезке термопрокладок (лучше всего это делать ножницами, которые не жалко или канцелярским ножом).

Наклеиаем термопрокладки — очень важно наклеить их правильно, поэтому внимательно читайте инструкцию!

Ставим стендофы в отверстия крепления водоблока, зачищаем крышку GPU специальной жидкостью, наносим тонкий слой термопасты и одеваем водоблок.

Для надежности этому высокотехнологичному бутерброду не хватает 9 винтов – самое главное не затягивать их очень сильно!

Далее видеокарта была примерена к материнской плате – красиво, конечно, но вот текстолит совсем непрезентабелен. Более того, его случайно можно задеть и повредить, на него может накапать вода сверху… в общем, было решено установить декоративно-защитный fullcover-бэкплэйт, коим стал EK-FC480 GTX Backplate Nickel. С его установкой вообще не было никаких проблем – установили и поняли, что не прогадали. Собственно, все.

Еще когда я работал за «тощей» GeForce 2 MX 400, а народ вовсю брал 8800-ые — думаю, именно с того момента у многих (и у меня тоже) отложилось в памяти, что видеокарта это что-то ооочень такое большое. Чего говорить о современных «дурах», которые перестали помещаться во многие корпуса (длинна некоторых видеокарта составляет без малого 30см!). Тогда мне всегда казалось, что под защитным кожухом таких кишит различная электроника, но, как оказалось, бОльшую часть пространства занимает именно радиатор системы охлаждения – сама-то плата очень даже тонкая.

Я это к тому, что видеть такую тонкую топовую видеокарту очень непривычно – высота водоблока составляет всего 8.8 миллиметров, так что суммарно видеокарта чуть выше сантиметра, что меньше высоты заглушки для PCI-слота! Соответственно, никаких проблем с созданием SLI-системы (на 2-3-4 видеокарты) не возникнет.

Невольно кажется, что такая система просто не сможет работать эффективно… но когда берешь ее в руки… К слову, вес одного только водоблока составляет 950 грамм без фитингов и заглушек! Вес видеокарты в сборе составил 1.22кг.

На этом этапе материнская плата была установлена в корпус, в нее поставлена видеокарта – предварительно в самый верхний PCI-слот.

Промывка

Суть промывки заключается в заправке системы водой, а затем слива жидкости. Действия повторять необходимо до тех пор пока не перестали вымываться крупные хлопья загрязнений. Точное количество раз не считал, но было сделано что-то около 5-6 промывок.

Далее необходимо просушить ту часть где есть электроника. Для этого я использовал штатные вентиляторы СВО, а так как внутренностей было не видно — то для сравнения испарения жидкости поставил ещё и ёмкость которую почти полностью закрыл от проточного проветривания воронкой.

Её внутренности высохли минут через 15, водоблок я прослушивал около часа. но далее я ещё заметил, что на самом деле можно было снять декоративные части корпуса, и снять их можно без разборки водоблока просто поддев за края металлические и пластиковые панельки.

Благодаря этому стало возможным ещё определить какие из отверстий водоблока сообщаются с блоком электроники, чтобы понимать куда нельзя лить жидкость при заправке контура. И отверстие которое сообщается с частью с электроникой оказалось только одно. На время заправки я его заклеил изалентой, и чтобы наверняка — синей.

Плюсы и минусы систем водяного охлаждения

К основным плюсам водяного охлаждения компьютеров можно отнести: возможность сборки тихого и мощного ПК, расширенные возможности по разгону, улучшенная стабильность при разгоне, отличный внешний вид и долгий срок службы. Благодаря высокой эффективности водяного охлаждения, можно собрать такую СВО, которая позволила бы эксплуатировать очень мощный разогнанный игровой компьютер с несколькими видеокартами при относительно низком уровне шума, недостижимом для воздушных систем охлаждения. Опять же, благодаря своей высокой эффективности, систем водяного охлаждения позволяют достичь более высокого уровня разгона процессора или видеокарты, недостижимого с помощью воздушного охлаждения. Системы водяного охлаждения, чаще всего, имеют отличный внешний вид и отлично смотрятся в модифицированном (или не очень) компьютере.

Из минусов систем водяного охлаждения, обычно, выделают: сложность сборки, дороговизну и ненадежность. Наше мнение таково, что эти минусы имеют под собой мало реальных фактов и являются очень спорными и относительными. К примеру, сложность сборки системы водяного охлаждения однозначно нельзя назвать высокой — собрать СВО не сильно сложнее, чем собрать компьютер, да и вообще времена, когда все комплектующие необходимо было дорабатывать в обязательном порядке или делать все компоненты своими руками, давно прошли и на данный момент в сфере СВО практически все стандартизировано и доступно в продаже. Надежность, правильно собранных, систем водяного охлаждения компьютера тоже не вызывает сомнений, как не вызывает сомнения надежность автомобильной системы охлаждения или системы отопления частного дома — при правильной сборке и эксплуатации проблем быть не должно. Конечно, от брака или несчастного случая никто не застрахован, но вероятность таких событий существует не только при применении СВО, а и с самыми обычными видеокартами, жесткими дисками и прочими комплектующими. Стоимость же, по нашему мнению, также не стоит выделять как минус, так как такой «минус» тогда смело можно приписывать всей высокопроизводительной технике . Да и у каждого пользователя свое понимание про дороговизну или дешевизну. О стоимости СВО я хотел бы поговорить отдельно.

Заключение

Системы водяного охлаждения, несмотря на свою относительную сложность, тем не менее значительно проще в установке и эксплуатации, чем это представляет себе большинство людей. Эта статья – попытка убедить пользователей высокопроизводительных ПК вооружиться новыми знаниями и обновить свой опыт, сделать его более разнообразным, посвятив часть свободного времени такому увлекательному занятию, как сборка модульной СВО.

Эта статья, конечно, не является исчерпывающим руководством по сборке, установке и эксплуатации модульных систем водяного охлаждения, но мы надеемся, что она, по крайней мере, показалась вам интересной.