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.
Структура систем жидкостного охлаждения
Для многих не будет секретом, что СВО могут быть открытого (кастомные) и закрытого типа (готовые необслуживаемые решения для охлаждения конкретного типа комплектующих). И если с последними все понятно, то первая категория может быть построена по трем основным принципам:
Схема с параллельным подключением. Все узлы запитаны от одной помпы, которая гонит хладагент к радиатору с кулерами. Через решетку радиатора вода охлаждается и подходит к железу, с которых снимается тепловая энергия. Горячая жидкость возвращается в резервуар с помпой и процесс повторяется заново. Схема выглядит следующим образом.
Схема с последовательным подключением. Элементы также охлаждаются параллельно и очень эффективно, но для этого необходимо иметь мощную помпу и весьма оборотистые вертушки, которые смогли бы оперативно охлаждать хладагент в радиаторе. Схема прилагается.Есть так называемые комбинированные или двухконтурные водянки. Принцип работы основан на последовательном методе, однако каждый контур ориентирован на одну железку. Довольно дорогая схема как в плане строительства, так и по обслуживанию. Хотя владельцы топовых конфигураций в погоне за максимальной производительностью не видят в подобном решении ничего зазорного.
Зачем компьютеру водяное охлаждение
Благодаря своей высокой эффективности, используя систему водяного охлаждения можно добиться как более продуктивного охлаждения, которое положительно скажется на разгоне, периоде жизни и стабильности системы, так и более низкого уровня шума от компьютера. При желании также можно собрать систему водяного охлаждения, которая позволит работать разогнанному компьютеру при минимуме шума. По этой причине системы водяного охлаждения в первую очередь актуальны для пользователей особо мощных компьютеров, любителей мощного разгона, а также людей, которые хотят сделать свой компьютер тише, но в тоже время не хотят идти на компромиссы с его мощностью.
Довольно-таки часто можно увидеть геймеров с трех и четырех чиповыми видео подсистемами (3-Way SLI, Quad SLI, CrossFire X), которые жалуются на высокие температуры работы (более 90 градусов) и постоянный перегрев видеокарт, которые при этом создают очень высокий уровень шума своими системами охлаждения. Иной раз кажется, что системы охлаждения современных видеокарт проектируются без учета возможности их использования в мультичиповых конфигурациях, что приводит к плачевным последствиям, когда видеокарты устанавливаются вплотную одна к другой — холодный воздух для нормального охлаждения им просто неоткуда черпать. Не спасают и альтернативные системы воздушного охлаждения, ведь всего несколько доступных на рынке моделей обеспечивают совместимость с мультичиповыми конфигурациями. В такой ситуации именно водяное охлаждение способно решить проблему — радикально понизить температуры, улучшить стабильность и повысить надежность функционирования мощного компьютера.
Резервуары и комбинированные блоки
Если по корпусу помпы практически не возникает вопросов, т.к. в большинстве случае он уже установлен, то в случае с резервуаром стоит всё же подумать. Резервуары могут быть как отдельного, так и комбинированного исполнения вместе с помпой, который изображён ниже.
Как и с корпусом помпы, выбор остаётся за вами. В целом резервуар очень слабо влияет на весь контур. Вы можете обойтись и без резервуара, но тогда достаточно сложно при первом заполнении держать помпу заполненной жидкостью, вам придётся предварительно заполнять каждый элемент жидкостью, затем соединять, что усложняет всю сборку в целом. Комбинированное исполнение помпы + резервуар не всегда удобно тем, что вы сразу должны выделить необходимое вертикальное пространство, в то время как раздельное исполнение позволяет вам спрятать насос, например, под кожухом блока питания в корпусе, а резервуар расположить выше, в удобном для вас месте.
Неважно, какой выбор вы сделаете, однако не забывайте, что все помпы смазываются с помощью жидкости в контуре, поэтому работа на сухую может вывести её из строя. У каждой помпы, будь то комбинированного исполнения или отдельного, есть свой вход или выход. Как вы видите на картинке сверху, резервуар располагает выше помпы не случайно, это предотвращает возможность “осушения” помпы за счёт давления жидкостного столба посредством силы тяжести. Это самый простой способ быть уверенным в безотказной работе помпы. Конечно, если вы заполните полностью контур жидкостью, то можно расположить и резервуар, и помпу в любом положении.
Да в продаже есть и разные корпуса, в некоторых до сих пор есть отсеки под 5.25 дисководы, хотя большинство компаний уже уходит от таких решений. Но производители помп и резервуаров также подумали о владельцах таких корпусов.
Как вы видите, есть разные исполнения в зависимости от того, что вам необходимо. Конечно, я бы уже не рекомендовал брать корпуса с 5.25, но выбор остаётся за вами.
Основные компоненты СВО
Рассмотрим сначала вкратце различные компоненты, входящие в состав контура СВО, и основные параметры, характеризующие их производительность.
Водоблоки
Водоблоки используются для передачи тепла от охлаждаемого компонента ПК охлаждающей жидкости. По сути, они выполняют функцию теплообменников, через которые тепло с нагревающихся компонентов компьютера уходит в хладагент.
Производительность водоблоков, то есть насколько быструю и эффективную теплопередачу они обеспечивают, зависит от площади контактной поверхности и скорости потока хладагента. По аналогии с обычными радиаторами, чем больше площадь контактной поверхности, тем большее количество тепла может быть передано хладагенту.
Для увеличения контактной площади производители водоблоков используют пластинчатую, пиновую и микроканальную текстуру поверхности. В зависимости от конкретной модели водоблока в нем может использоваться любой из этих трех подходов. Ни один из них нельзя назвать однозначно лучшим. Насколько эффективным может оказаться тот или иной подход в конкретной модели – читайте в специализированных обзорах или других технических публикациях.
Для сравнения водоблоков часто используют такой параметр, как расход. Он показывает, какое количество хладагента может быть перекачано через водоблок в единицу времени. Водоблоки с высоким расходом часто обеспечивают лучшую производительность в контурах с более мощной помпой. Низкий расход сам по себе подразумевает меньшую производительность, но такие блоки можно объединить в цепочку. Большого практического значения этот параметр не имеет, просто заслуживает упоминания в познавательных целях.
Водоблоки для процессора (CPU)
Водоблоки для CPU являются самым широкоиспользуемым типом водоблоков. Они часто изготавливаются из меди с никелевым покрытием, которое придает им серебристый блеск.
В процессорных водоблоках обычно используется пластинчатая или пиновая контактная поверхность. В некоторых моделях используются микроканалы, но существенной прибавки к производительности они не дают. Процессорные водоблоки крепятся к материнской плате – точно так же, как и радиаторы любых других процессорных кулеров, с использованием подложки и других монтажных приспособлений.
Водоблоки для видеокарты (GPU)
Водоблоки для GPU разрабатываются специально для установки на видеокарту. Они бывают двух типов. Полноразмерные (full cover), как следует из их названия, целиком покрывают печатную плату видеокарты. Водоблоки этого типа обычно рассчитаны на конкретный дизайн PCB. Один такой водоблок охлаждает сам чип GPU, память и цепи питания (VRM). Универсальные водоблоки для GPU обычно подходят для любой модели видеокарты. Как и водоблоки для CPU, они могут выпускаться в комплекте с набором монтажных рамок, рассчитанном на различные варианты крепления.
Тем не менее, хотя большинство современных видеокарт поддерживает стандартные варианты крепления водоблоков, универсальные водоблоки для GPU (несмотря на свое название) не всегда оказываются универсальными, то есть могут не подойти к конкретной модели видеокарты. Кроме того, поскольку универсальные блоки охлаждают только чип GPU, часто бывает нужно отдельно обеспечивать охлаждение VRM и памяти. Соответствующие элементы системы охлаждения обычно выпускаются в виде пластинок, устанавливаемых на радиаторы памяти/ VRM.
Водоблоки для чипсета и других компонентов ПК
Некоторые пользователи, в дополнение к охлаждению процессора и видеокарты, любят устанавливать водоблоки также на другие компоненты ПК, нагревающиеся в процессе работы.
Водоблоки для чипсета похожи на водоблоки для видеокарт. Они бывают универсальными или специализированными под конкретную модель материнской платы, которой область применения этих блоков обычно и ограничивается. Специализированные под материнскую плату водоблоки выпускаются очень редко, даже для дорогих или популярных моделей плат.
К другим компонентам ПК, на которые можно ставить водоблоки, относятся, во-первых, модули оперативной памяти (RAM). Водоблоки для RAM чаще всего делаются на заказ, что довольно дорого. В настоящее время модули RAM не выделяют такого количества тепла, которое оправдывало бы применение полностью заказных решений. Во-вторых, дисковые накопители. Водоблоки для охлаждения дисковых накопителей выпускаются, но особой нужды в них нет. И в-третьих, блоки питания. Несколько моделей блоков питания оснащены приспособлениями для подключения к контуру СВО, но это, опять же, не очень нужно и к тому же очень дорого.
Помпы
Помпа обеспечивает циркуляцию хладагента по контуру СВО. Различные модели помп отличаются друг от друга по размерам, конструктивным особенностям, энергопотреблению и уровню генерируемого шума.
Основные характеристики помп
Помимо энергопотребления (Вт) и уровня генерируемого шума (дБ) к характеристикам помпы относятся гидростатическое давление и расход.
Расход показывает, какое количество жидкости может перекачать помпа в единицу времени на холостом ходу (при отсутствии подключенного контура). Расход обычно измеряется в литрах или галлонах в час и сам по себе не является информативной характеристикой (если неизвестно гидростатическое давление), поскольку при подключении любого контура на фактическую величину расхода будет влиять площадь поперечного сечения трубы, гидродинамическое сопротивление и т.д.
Гидростатическое давление (обычно измеряется в метрах или футах водяного столба) соответствует максимальной высоте, на которую помпа может поднять столбик жидкости за один цикл полной нагрузки. Для измерения гидростатического давления используются тонкие трубки.
Помпа с большим расходом, которая не обеспечивает подъем водяного столба на достаточную высоту, практически бесполезна – как и помпа, обеспечивающая высокое гидростатическое давление при малом расходе.
Варианты конструкции помп
В большинстве современных помп за базовый образец взята конструкция помп Laing DDC, которая может подвергаться незначительным модификациям. Помпа этого типа имеет в своем составе только один подвижный компонент и поэтому очень надежна. Основой конструкции является большой магнит с установленным в центре импеллером, который приводится в движение электромагнитами, размещенными по периметру помпы.
Поскольку эта конструкция надежна и эффективна, многие компании используют ее в различных моделях помп, которые отличаются друг от друга незначительными нюансами, например, в части геометрии крышки, которая может быть оптимизирована под больший расход или большее гидростатическое давление.
В подавляющем большинстве случаев, если только вам не нужна исключительно мощная помпа, лучшим (и к тому же бюджетным) выбором станет помпа DDC от любого известного производителя.
Другие помпы обычно имеют более мощный мотор или другие технические особенности, не укладывающиеся в форм-фактор DDC, но они требуют и более сложного технического обслуживания.
Радиаторы и теплообменники
Радиаторы и теплообменники технически представляют собой одно и то же (радиатор – частный случай теплообменника). Эти устройства обеспечивают эффективную передачу тепла от одной физической субстанции другой. Термин ‘радиатор’ обычно используют для обозначения теплообменника, передающего тепло в направлении ‘жидкость-воздух’.
В контуре водяного охлаждения радиатор находится в том месте, где тепло, полученное жидким хладагентом от охлаждаемых компонентов ПК, передается от хладагента в воздух.
Основные параметры радиаторов
Радиаторы СВО могут различаться по форме, размерам, толщине и плотности пластин.
Если вы не собираетесь использовать пассивный радиатор или радиатор не для водяного охлаждения (например, как у обогревателя автомобиля, что не рекомендуется), то основным параметром для выбора радиатора будет размер вентилятора.
Наиболее популярный размер вентилятора – 120 мм – соответствует и наиболее популярному базовому размеру радиатора. Помимо одинарных 120-мм радиаторов выпускаются также двойные, тройные и даже четверные, то есть рассчитанные на установку двух, трех или четырех 120-мм вентиляторов. Некоторые компании выпускают большие квадратные радиаторы, на которые можно поставить девять 120-мм вентиляторов. Конечно, популярность 120-мм вентиляторов отнюдь не означает, что это единственный возможный размер, соответственно, и радиаторы тоже могут быть рассчитаны на любой стандартный размер вентилятора.
Кроме того, радиаторы могут быть разной толщины. Этот параметр, вкупе с плотностью пластин, определяет оптимальные характеристики вентилятора, который будет использоваться совместно с данным радиатором. Толщина измеряется в миллиметрах и варьируется в достаточно широком диапазоне: самый толстый радиатор, который я видел, имел толщину 80 мм, самый тонкий – около 20 мм. Плотность пластин измеряется в FPI (Fins Per Inch, количество пластин на дюйм) и обычно варьируется в диапазоне от 5-10 до 30 FPI.
На радиаторы большей толщины с большей плотностью пластин целесообразно устанавливать с более высоким статическим давлением, обеспечивающим проталкивание воздуха сквозь «забор» из пластин. На радиаторы меньшей толщины с меньшей плотностью пластин лучше ставить вентиляторы с большей величиной воздушного потока (аналог расхода у помпы).
Конструктивные особенности радиаторов
Помимо формы, размеров, толщины и плотности пластин, некоторые радиаторы имеют специфические особенности конструкции, о которых стоит упомянуть.
Радиаторы типа ‘Crossflow’, в отличие от обычных радиаторов, имеют входы с обоих концов. В одних контурах СВО это повышает эффективность, в других – нет. Покупать такой радиатор или нет – зависит от конкретных особенностей вашей сборки.
У некоторых радиаторов пластины выполнены из разных материалов и/или имеют различное покрытие. Это может оказывать влияние на характеристики теплопроводности и общую производительность радиатора, но в основном это делается для красоты.
Кожухи
Некоторые пользователи (хотя их не так много) устанавливают между вентилятором и радиатором кожух. Кожух, обычно пластмассовый, предназначен для уменьшения размеров так называемой ‘мертвой зоны’ неподвижного воздуха, которую создает вентилятор, установленный прямо на радиатор. Кожух просто создает дополнительный зазор между вентилятором и радиатором (величиной около одного дюйма), за счет чего мертвая зона уменьшается.
Вы можете использовать или не использовать кожухи – разница в производительности будет небольшой. Некоторые устанавливают их опять же больше для красоты.
Трубки (шланги) и фитинги
Казалось бы, здесь все просто. Трубки – они и есть трубки, так? А вот и нет.
Неправильно подобранные трубки и фитинги часто портят все дело, и некоторым пользователям приходится неделями ждать поступления какого-нибудь крошечного фитинга для установки в свой контур.
На эти компоненты часто уходит много денег, особенно если вы покупаете фитинги премиум-класса, поэтому на всякий случай сохраняйте чеки.
Основные параметры трубок
Трубки характеризуются тремя основными геометрическими параметрами.
Внутренний диаметр (ID)
Это, как легко догадаться, диаметр внутренней поверхности трубки. Наиболее широко используются трубки с внутренним диаметром 1/2», 3/8» и 7/16».
Внешний диаметр (OD)
Это диаметр внешней поверхности трубки. Наиболее широко используются трубки с внешним диаметром 1/2», 5/8» и 3/4».
Толщина стенки
Это разность между внешним и внутренним диаметрами, и это очень важный параметр. Трубки с ID 1/2» обычно имеют OD 3/4», но стандартом это не регламентируется. Заказывая трубки и фитинги, вы должны быть абсолютно уверены в их совместимости.
Трубки для СВО также могут быть изготовлены из различных материалов.
Полимерные трубки Tygon отличаются высокой гибкостью и хорошо подходят для контуров СВО, размещаемых в сравнительно небольших корпусах. Они недешевые, но очень удобны в эксплуатации.
Трубки Clearflex не такие гибкие, как Tygon, зато стоят примерно вполовину дешевле. Приличный средний уровень.
Виниловые трубки – самые дешевые, но они ужасно перекручиваются. По возможности их следует избегать.
Некоторые прозрачные трубки после месяца использования становятся грязно-серыми. Связано это с недостатками внутреннего покрытия трубок или какими-то другими проблемами – сказать сложно, но в любом случае, если вы собрались покупать трубки для СВО, нелишне будет ознакомиться с отзывами других пользователей.
Пружины и спиральная оплетка для трубок
Для предотвращения перекручиваний и сохранения формы дешевых трубок часто используют пружины или спиральную оплетку. Спиральная оплетка, чаще всего пластмассовая, надевается на трубки снаружи и дополнительно выполняет эстетические функции. Пружины, обычно металлические, вставляются внутрь трубок и снаружи незаметны. Пружины увеличивают гидравлическое сопротивление, но их влияние незначительно.
Покупая пружины, убедитесь, что они подходят к внутреннему диаметру трубок; соответственно, спиральная оплетка должна подходить к внешнему диаметру трубок.
Типы и параметры фитингов
В общем и целом, все фитинги можно разделить на два типа: компрессионные фитинги и фитинги типа «елочка». Фитинг «елочка» вставляется в шланг и удерживается внутри за счет выступов, форма которых отдаленно напоминает елку. Компрессионные фитинги работают почти по такому же принципу, но они к тому же снабжены накидной гайкой, зажимающей шланг снаружи (в этих же целях, то есть для более надежной фиксации шланга на фитинге, вместе с «елочками» часто дополнительно используют зажимные хомуты). Компрессионные фитинги обычно стоят от $5 до $15 за штуку, «елочки» – до $5.
При использовании «елочек» необходимо убедиться, что размер фитинга соответствует внутреннему диаметру шланга (ID). При использовании компрессионных фитингов необходимо учитывать все три поперечных размера шланга (ID, OD и толщину стенки). В противном случае может оказаться, что накидная гайка слишком мала или велика.
Еще один параметр, который необходимо учитывать при выборе фитингов, – размер резьбы фитинга, который должен совпадать с размером резьбы подключаемого компонента СВО. Чаще всего используется резьба G1/4. Однако, даже если все компоненты вашего контура имеют резьбу G1/4, при покупке фитингов лучше проверить это еще раз.
Резервуары и T-линии
Назначение резервуаров и T-линий одинаково – устранение воздушных пузырей из контура СВО – и эту функцию они выполняют сходным образом.
Функция резервуаров
Резервуар содержит дополнительный объем жидкости для СВО, что позволяет замещать воздушные пузыри в контуре жидкостью за счет ее циркуляции. Он представляет собой бак, вмещающий сравнительно большой объем жидкости, которая сохраняется в нем практически неограниченно долго – пока не высохнет. Единственный недостаток резервуаров – они стоят денег и занимают место.
Некоторые резервуары оснащаются приспособлениями для крепления помпы и другими полезными аксессуарами.
Функция T-линий
В настоящее время T-практически утратили свою актуальность, поскольку найти хороший резервуар – не проблема. Они упоминаются здесь только по той причине, что время от времени всплывают в разговорах специалистов и энтузиастов.
T-линия – это просто часть контура (обычно располагаемая на высоком уровне), состоящая из T-образного ответвления и дополнительного отрезка трубы. Она работает как мини-резервуар, но вмещает очень небольшой объем жидкости. Некоторые используют T-линии в качестве заливочных портов.
Другие компоненты СВО
Пользователи часто включают в контур СВО дополнительные элементы, как то: датчики движения потока, датчики температуры, а также специальные добавки к хладагенту. Подробное описание всех этих элементов в рамках данной статьи не представляется возможным, поэтому мы ограничимся краткой информационной справкой по наиболее часто используемым элементам, которые могут вас заинтересовать.
Датчики движения потока
Эти датчики фактически служат просто индикаторами движения хладагента, перекачиваемого помпой, по контуру СВО – скорость потока они не измеряют. Пассивный датчик обычно представляет собой гребное колесо, вращаемое потоком хладагента. Активный датчик (с обратной связью) имеет подключение к материнской плате, такое же, как у датчика скорости вращения вентиляторов.
Датчики температуры
Датчики температуры, как нетрудно догадаться, используются для измерения температуры хладагента. Они обычно имеют T-образную форму: вертикальное основание T – это собственно датчик, а через горизонтальную планку протекает поток хладагента.
Заметьте: температура хладагента – это не температура охлаждаемых компонентов ПК (температура хладагента в СВО редко поднимается выше 40 °C).
Хладагент и специальные добавки
У каждого пользователя есть свое собственное мнение о том, каким хладагентом лучше всего заправлять СВО. К тому же существуют различные добавки, улучшающие физические свойства хладагента и/или его внешний вид, и некоторые другие специфические компоненты.
Тем не менее, самый простой (и самый дешевый) вариант хладагента – это дистиллированная вода, в которую добавляется средство от зарастания контура водорослями. В качестве такого средства часто используют Biocide или устанавливают в контур серебряную спираль Silver Kill Coil.
Средство Biocide, как явствует из его названия, уничтожает живые организмы. Достаточно капнуть пару капель в каждую порцию заливаемой в контур воды – и никакие водоросли там не вырастут.
Применение спирали Silver Kill Coil еще проще. Просто установите ее в контур СВО (лучше в проточной части), и водорослей не будет. В интернете можно найти много интересной информации об этих средствах, включая отзывы пользователей.
