Системы жидкостного охлаждения. Часть 1

1 · 2

Системы жидкостного охлаждения

Давно уже канули в Лету те времена, когда компьютеру не требовались специализированные системы охлаждения.
По мере роста тактовых частот центрального и графического процессоров последние сначала стали обрастать пассивными радиаторами, а впоследствии потребовали установки вентиляторов.
Сегодня уже ни один ПК не обходится без специальных кулеров для охлаждения процессора, видеокарты и северного моста чипсета.
Нередко специализированные кулеры устанавливаются и на жесткие диски, а в самом корпусе для принудительной конвекции помещаются дополнительные вентиляторы.

Делать нечего — с законами физики не поспоришь, и рост тактовых частот и производительности ПК неизбежно сопровождается повышением энергопотребления и, как следствие, выделением тепла.
Это, в свою очередь, заставляет производителей создавать новые, более эффективные системы охлаждения.
К примеру, не так давно стали появляться системы охлаждения на основе тепловых трубок, которые сегодня широко используются для создания систем охлаждения ноутбуков.

Наряду с традиционными системами охлаждения на основе радиаторов с вентиляторами, все большее распространение получают жидкостные системы охлаждения, которые используются в качестве альтернативы воздушных систем.
Однако здесь необходимо сделать одно важное замечание: несмотря на все заверения производителей о необходимости использования жидкостных систем охлаждения для обеспечения нормального температурного режима, в действительности это условие вовсе не является обязательным при штатном режиме работы ПК.

Собственно, все современные процессоры рассчитаны именно на воздушное охлаждение, причем для этого вполне достаточно штатного кулера, поставляемого в боксовом варианте процессора.
Видеокарты вообще продаются вместе со штатной воздушной системой охлаждения, что исключает необходимость использования альтернативных средств охлаждения.

Более того, возьму на себя смелость утверждать, что современные воздушные системы охлаждения обладают определенным запасом и что поэтому многие производители даже снижают без ущерба производительности скорость вращения вентиляторов, создавая таким образом малошумящие комплекты для охлаждения процессоров и видеокарт.
Вспомним хотя бы наборы для создания бесшумных ПК компании ZALMAN — в этих устройствах используются вентиляторы с низкими оборотами, которых, тем не менее, вполне достаточно.

О том, что традиционные воздушные системы охлаждения вполне справляются с возложенной на них задачей, свидетельствует хотя бы тот факт, что ни один отечественный производитель ПК не устанавливает жидкостных систем охлаждения в свои серийные модели.
Во-первых, это дорого, а во-вторых, в этом нет особой необходимости.
А страшные рассказы о том, что по мере повышения температуры процессора падает его производительность, что обусловлено технологией Throttle, — это, по большому счету, выдумки.

Зачем же тогда вообще нужны альтернативные жидкостные системы охлаждения?
Дело в том, что до сих пор речь шла о штатном режиме работы ПК.
Если же посмотреть на проблему охлаждения с позиции разгона, то выясняется, что штатные системы охлаждения могут и не справиться со своими задачами.
Вот тут-то на выручку и приходят более эффективные жидкостные системы охлаждения.

Другое применение жидкостных систем охлаждения — это организация теплоотвода в ограниченном пространстве корпуса.
Таким образом, подобные системы находят применение в том случае, когда корпус недостаточно велик, чтобы организовать в нем эффективное воздушное охлаждение.

При охлаждении системы жидкостью подобная жидкость циркулирует по гибким трубкам малого диаметра.
В отличие от воздушных магистралей, трубкам для жидкости можно задать практически любые конфигурации и направления.
Занимаемый ими объем гораздо меньше, чем воздушные каналы, при такой же или гораздо большей эффективности.

Примерами таких компактных корпусов, где традиционное воздушное охлаждение может оказаться неэффективным, могут служить различные варианты barebone-систем или ноутбуков.

Устройство систем жидкостного охлаждения

Рассмотрим, что представляют собой жидкостные системы охлаждения.
Принципиальная разница между воздушным и жидкостным охлаждением заключается в том, что в последнем случае для переноса тепла вместо воздуха используется жидкость, обладающая большей, по сравнению с воздухом, теплоемкостью.
Для этого вместо воздуха через радиатор прокачивается жидкость — вода или другие подходящие для охлаждения жидкости.
Циркулирующая жидкость обеспечивает гораздо лучший теплоотвод, чем поток воздуха.

Второе различие заключается в том, что жидкостные системы охлаждения гораздо компактнее традиционных воздушных кулеров.
Именно поэтому первыми стали применять жидкостное охлаждение на серийных устройствах производители ноутбуков.

В плане конструкции системы принудительной циркуляции жидкости по замкнутому контуру системы жидкостного охлаждения можно разделить на два типа: внутренние и внешние.
При этом отметим, что никакого принципиального различия между внутренними и внешними системами не существует.
Разница заключается лишь в том, какие функциональные блоки находятся внутри корпуса, а какие — снаружи.

Принцип действия жидкостных систем охлаждения достаточно прост и напоминает систему охлаждения в автомобильных двигателях.

Холодная жидкость (как правило, дистиллированная вода) прокачивается через радиаторы охлаждаемых устройств, в которых она нагревается (отводит тепло).
После этого нагретая жидкость поступает в теплообменник, в котором обменивается теплом с окружающим пространством и охлаждается.
Для эффективного теплообмена с окружающим пространством в теплообменниках, как правило, используются вентиляторы.

Все компоненты конструкции соединяются между собой гибкими силиконовыми шлангами диаметром 5-10 мм.
Для того чтобы заставить жидкость циркулировать по замкнутому корпусу, используется специальный насос - помпа.
Структурная схема такой системы показана на рис. 1.

Системы жидкостного охлаждения
Рис. 1. Общая схема жидкостного охлаждения с помпой

Посредством систем жидкостного охлаждения тепло отводится от центральных процессоров и графических процессоров видеокарт.
При этом жидкостные радиаторы для графических и центральных процессоров имеют некоторые различия.
Для графических процессоров они меньше по размеру, однако принципиально ничем особенным друг от друга не отличаются.
Эффективность жидкостного радиатора определяется площадью контакта его поверхности с жидкостью, поэтому для увеличения площади контакта внутри жидкостного радиатора устанавливают ребра или столбчатые иголки.

Во внешних жидкостных системах охлаждения внутри корпуса компьютера размещается только жидкостный радиатор, а резервуар с охлаждающей жидкостью, помпа и теплообменник, помещенные в единый блок, выносятся за пределы корпуса ПК.

Внутренние системы жидкостного охлаждения

Классическим примером внутренней жидкостной системы охлаждения может служить система CoolingFlow Space2000 WaterCooling Kit компании CoolingFlow (www.coolingflow.com), показанная на рис. 2.

Системы жидкостного охлаждения
Рис. 2. Система жидкостного охлаждения CoolingFlow Space2000 WaterCooling Kit

Данная система предназначена только для охлаждения процессора, на котором устанавливается жидкостный радиатор Space2000 SE+ waterblock.
Помпа совмещена с резервуаром для жидкости емкостью 700 мл.

Другим примером системы жидкостного охлаждения с помпой, устанавливаемой внутрь корпуса ПК, может служить система Poseidon WCL-03 (рис. 3) компании 3RSystem (www.3rsystem.co.kr).

Система Poseidon WCL-03 предназначена для жидкостного охлаждения процессора или чипсета.

Системы жидкостного охлаждения
Рис. 3. Система жидкостного охлаждения Poseidon WCL-03

Poseidon WCL-03 представляет собой два функциональных блока.
Первый блок — это емкость для воды с габаритами 90Ѕ25Ѕ30 мм, совмещенная с радиатором теплообменника размером 134Ѕ90Ѕ22 мм (рис. 4), а второй — жидкостный радиатор процессора, совмещенный с помпой (рис. 5).
Радиатор процессора выполнен из алюминия и имеет размеры 79Ѕ63Ѕ8 мм при весе 82 г.

Системы жидкостного охлаждения
Рис. 4. Емкость для воды, совмещенная с радиатором теплообменника системы Poseidon

Системы жидкостного охлаждения
Рис. 5. Радиатор процессора, совмещенный с помпой системы Poseidon WCL-03

Еще одним примером внутренней системы жидкостного охлаждения является система TherMagic CPU Cooling System компании Evergreen Technologies (рис. 6).
Как следует из названия, эта система предназначена для охлаждения процессора, а состоит она из двух функциональных блоков: жидкостного радиатора процессора, выполненного из меди, и блока теплообменника, совмещенного с помпой.

Системы жидкостного охлаждения
Рис. 6. Система жидкостного охлаждения процессора TherMagic CPU Cooling System

Теплообменник — это довольно внушительных размеров пластиковый корпус квадратного сечения, по обеим сторонам которого расположены вентиляторы, прогоняющие воздух сквозь устройство.

Внутри корпуса теплообменника расположены миниатюрная помпа, качающая жидкость по системе, и крупный медный радиатор с ребрами большой площади (рис. 7).

Системы жидкостного охлаждения
Рис. 7. Строение теплообменника системы TherMagic CPU Cooling System

Теплообменник крепится к стандартному посадочному месту, предназначенному для дополнительного вентилятора в корпусе компьютера; горячий воздух выдувается наружу.


1 · 2