Računalniški hladilni sistemi: pasivno, aktivno, tekoče, freonsko, vodno hlajenje, odprto izhlapevanje, kaskadno, Peltierjevo hlajenje

Med delovanjem računalnika se nekatere njegove komponente zelo segrejejo in če se ustvarjena toplota ne odstrani dovolj hitro, računalnik preprosto ne bo mogel delovati zaradi kršitve normalnih lastnosti njegovih glavnih polprevodniških komponent.

Odvajanje toplote od grelnih delov računalnika je najpomembnejša naloga, ki jo rešuje računalniški hladilni sistem, ki je skupek specializiranih orodij, ki delujejo neprekinjeno, sistematično in usklajeno ves čas aktivne uporabe računalnika.

Med delovanjem hladilnega sistema računalnika se izkorišča toplota, ki nastane pri prehajanju delovnih tokov skozi ključne elemente računalnika, predvsem skozi elemente njegove sistemske enote.Količina proizvedene toplote je v tem primeru odvisna od računalniških virov računalnika in njegove trenutne obremenitve glede na vse vire, ki so stroju na voljo.

V vsakem primeru se toplota pridobiva v ozračju. Pri pasivnem hlajenju se toplota odvaja iz ogrevanih delov skozi radiator neposredno v okoliški zrak s konvencionalno konvekcijo in infrardečim sevanjem. Pri aktivnem hlajenju se poleg konvekcije in infrardečega sevanja uporablja tudi pihanje z ventilatorjem, ki poveča intenzivnost konvekcije (ta rešitev imenujemo «hladilnik»).

Obstajajo tudi sistemi za hlajenje s tekočino, kjer toploto najprej prenese toplotni nosilec in nato ponovno uporabi v atmosferi. Obstajajo odprti izparilni sistemi, kjer se toplota odvaja zaradi faznega prehoda hladilne tekočine.

Torej, po principu odstranjevanja toplote iz grelnih delov računalnika obstajajo hladilni sistemi: zračno hlajenje, tekočinsko hlajenje, freon, odprto izhlapevanje in kombinirani (na osnovi Peltierjevih elementov in vodnih hladilnikov).

Sistem pasivnega zračnega hlajenja

Oprema, ki ni toplotno obremenjena, sploh ne potrebuje posebnih hladilnih sistemov. Toplotno neobremenjena oprema je tista, pri kateri toplotni tok na kvadratni centimeter ogrevane površine (gostota toplotnega toka) ne presega 0,5 mW. Pod temi pogoji pregrevanje ogrevane površine glede na okoliški zrak ne bo višje od 0,5 ° C, običajni maksimum za tak primer je +60 ° C.

Če pa toplotni parametri komponent v normalnem načinu njihovega delovanja presegajo te vrednosti (pri tem pa ohranjajo relativno nizko proizvodnjo toplote), potem so na takšne komponente nameščeni samo radiatorji, to je naprave za pasivno odvajanje toplote. , tako imenovani pasivni hladilni sistemi.

Kadar je moč čipa nizka ali ko so zahteve po računski zmogljivosti sistema stalno omejene, praviloma zadostuje le hladilnik, tudi brez ventilatorja. Radiator je izbran v vsakem primeru posebej.

V bistvu pasivni hladilni sistem deluje na naslednji način: toplota se zaradi toplotne prevodnosti materiala ali s pomočjo toplotnih cevi (termosifon ali uparjalna komora razlikujeta po osnovnih principih) prenaša neposredno iz grelne komponente (čipa) na hladilnik. rešitve s toplotnimi cevmi).

Funkcija radiatorja je oddajanje toplote v okoliški prostor z infrardečim sevanjem in prenos toplote preprosto s toplotno prevodnostjo okoliškega zraka, kar prispeva k nastanku naravnih konvekcijskih tokov. Da bi čim intenzivneje sevali toploto po celotni površini radiatorja, površina radiatorja postane črna.

Predvsem danes (v različni opremi, vključno z računalniki) je pasivni sistem hlajenja zelo razširjen. Takšen sistem je zelo prilagodljiv, saj lahko radiatorje enostavno montiramo na večino toplotno intenzivnih komponent. Večja kot je efektivna površina odvajanja toplote iz radiatorja, učinkovitejše je hlajenje.

Pomembna dejavnika, ki vplivata na učinkovitost hlajenja, sta hitrost pretoka zraka skozi hladilnik in temperatura (zlasti temperaturna razlika v okolju).

Mnogi vedo, da je treba pred montažo hladilnika na komponento na spojne površine nanesti termalno pasto (npr. KPT-8). To se naredi za povečanje toplotne prevodnosti v prostoru med komponentami.

Na začetku je težava v tem, da imajo površine radiatorja in komponente, na katero je nameščen, po tovarniški izdelavi in ​​brušenju še vedno hrapavost reda velikosti 10 mikronov, tudi po poliranju pa ostane približno 5 mikronov hrapavosti. Te nepravilnosti preprečujejo, da bi se povezovalne površine čim tesneje stisnile skupaj brez reže, kar ima za posledico zračno režo z nizko toplotno prevodnostjo.

Hladilniki z največjo velikostjo in aktivno površino so običajno nameščeni na CPE in GPE. Če je treba sestaviti tihi računalnik, potem so glede na nizko hitrost pretoka zraka potrebni posebni zelo veliki radiatorji, za katere je značilna povečana učinkovitost odvajanja toplote.

Sistem aktivnega zračnega hlajenja

Za izboljšanje hlajenja, za intenzivnejši pretok zraka skozi radiator, se dodatno uporabljajo ventilatorji. Radiator, opremljen z ventilatorjem, se imenuje hladilnik. Hladilniki so nameščeni na grafičnih in centralnih procesorjih računalnika. Če na nekatere komponente, kot je trdi disk, ni mogoče namestiti hladilnika ali ni priporočljivo, se uporabi preprosto izpihovanje ventilatorja brez hladilnika.To je čisto dovolj.

Tekočinski hladilni sistem

Tekočinski hladilni sistem deluje na principu prenosa toplote od hlajene komponente do radiatorja s pomočjo delovne tekočine, ki kroži po sistemu. Takšna tekočina je običajno destilirana voda z baktericidnimi in antigalvanskimi dodatki ali antifriz, olje, druge posebne tekočine in v nekaterih primerih tekoča kovina.

Takšen sistem nujno vključuje: črpalko za kroženje tekočine in radiator (vodni blok, hladilna glava) za odvzem toplote grelnemu elementu in prenos na delovno tekočino. Toploto nato odvaja hladilno telo (aktivni ali pasivni sistem).

Poleg tega ima sistem za hlajenje s tekočino rezervoar delovne tekočine, ki kompenzira njeno toplotno raztezanje in povečuje toplotno vztrajnost sistema. Rezervoar je primeren za polnjenje in priročno je tudi odvajanje delovne tekočine skozi njega. V takem sistemu so potrebne potrebne cevi in ​​cevi. Opcijsko je na voljo senzor pretoka tekočine.

Delovna tekočina ima dovolj visoko toplotno kapaciteto, da zagotavlja visoko učinkovitost hlajenja pri nizki hitrosti kroženja in visoko toplotno prevodnost, ki minimizira temperaturno razliko med uparjalno površino in steno cevi.

Freonski hladilni sistem

Ekstremno overclocking procesorja zahteva negativno temperaturo hlajenega elementa med njegovim neprekinjenim delovanjem. Za to so potrebne freonske instalacije. Ti sistemi so hladilne enote, pri katerih je uparjalnik nameščen neposredno na komponento, iz katere je treba zelo hitro odvajati toploto.

Slabosti freonskega sistema so poleg kompleksnosti še: potreba po toplotni izolaciji, obvezen boj s kondenzom, težave pri hlajenju več komponent hkrati, velika poraba energije in visoka cena.

Hladilnik vode

Waterchiller je hladilni sistem, ki združuje freonsko enoto in tekočinsko hlajenje. Tukaj se antifriz, ki kroži v sistemu, dodatno ohladi v toplotnem izmenjevalniku s pomočjo freonskega bloka.

V takem sistemu dobimo negativno temperaturo s pomočjo freonske enote, tekočina pa lahko hkrati hladi več komponent. Običajni freonski hladilni sistem tega ne omogoča. Slabosti vodnega hladilnika so potreba po toplotni izolaciji celotnega sistema, pa tudi zapletenost in visoki stroški.

Odprt sistem hlajenja z izhlapevanjem

Odprti sistemi za hlajenje s paro uporabljajo delovno tekočino - hladilno sredstvo, kot je helij, tekoči dušik ali suh led. Uparjanje delovne tekočine poteka v odprtem kozarcu, ki je nameščen direktno na grelni element, ki ga je treba zelo hitro ohladiti.

Ta metoda spada med amaterje in jo uporabljajo predvsem ljubitelji, ki potrebujejo ekstremno overclocking ("overclocking") razpoložljive opreme. S to metodo lahko dosežete najnižjo temperaturo, vendar je treba kozarec s hladilnim sredstvom redno dopolnjevati, to pomeni, da ima sistem časovno omejitev in zahteva stalno pozornost.

Kaskadni hladilni sistem

Kaskadni hladilni sistem pomeni hkratno zaporedno vključitev dveh ali več freonov. Za doseganje nižjih temperatur se uporablja freon z znižanim vreliščem.Če je freonski stroj enostopenjski, je treba delovni tlak povečati z močnimi kompresorji.

Vendar obstaja alternativa - hlajenje radiatorja freonskega bloka z drugim podobnim blokom. Tako se lahko zmanjša delovni tlak v sistemu in od kompresorjev ni več potrebna velika moč, lahko se uporabijo običajni kompresorji. Kaskadni sistem kljub svoji zahtevnosti omogoča doseganje nižje temperature kot pri klasični freonski instalaciji, v primerjavi z odprtim evaporacijskim sistemom pa lahko takšna instalacija deluje neprekinjeno.

Peltierjev hladilni sistem

V hladilnem sistemu s Peltierjevim elementom montira se s hladno stranjo na površino, ki jo hladimo, vroča stran elementa pa med delovanjem zahteva intenzivno hlajenje iz drugega sistema. Sistem je razmeroma kompakten.