Скажи нет перегреву!

В наше время компьютеры развиваются очень быстро. Когда-то они занимали шкаф (а еще раньше — целое помещение), а сейчас могут поместиться в нагрудном кармане. Но для увеличения мощности все равно приходится приносить в жертву размеры, энергопотребление и отводимую теплоту. Сейчас самые мощные чипы выделяют настолько много энергии, что стандартное воздушное охлаждение не всегда в силах поддерживать их рабочую температуру в допустимых пределах. Эту проблему устраняли разными способами: увеличивали площадь радиатора, использовали более теплопроводные материалы, повышали обороты вентилятора, меняли форму ребер и способ обдувания их воздухом… В результате на прилавках появлялись кулеры-монстры, обладающие либо очень высоким уровнем шумов, либо гигантскими размерами. Вполне разумным решением было бы пересмотреть взгляды на способы отвода тепла. Итак, системы охлаждения.

Разновидности
Существует множество видов охлаждения, расскажу обо всем понемногу. Выделяют следующие системы: воздушные, водяные, ватерчиллеры, криосистемы, тепловые трубки, экстремальное охлаждение (с использованием жидкого азота и тому подобного).

Воздушное охлаждение
Это самый распространенный вид охлаждения, с которым вы сталкиваетесь каждый день. В основе системы лежит теплопроводный радиатор, который рассеивает тепло в окружающей среде посредством передачи его потоку воздуха, проходящего через ребра радиатора. Чем больше площадь ребер и поток воздуха, тем выше эффективность охлаждения. Для улучшения охлаждения используют элементы Пельтье, которые устанавливаются между охлаждаемым элементом и основанием радиатора (кулера); надевают тепловые ловушки на радиатор (они обеспечивают приток холодного воздуха и лучший отвод теплого). Воздушные системы охлаждения очень просты в изготовлении, эксплуатации и установке, но их эффективность сильно зависит от внешних факторов.

Водяное охлаждение
Водяное охлаждение состоит из нескольких компонентов. Один из них — ватер­блок (рис. 1), который прикручивается (именно прикручивается!) к охлаждаемому чипу и отводит от него тепло. Выполняется обычно из меди, основание полируется до зеркального блеска. Основой блока является змеевик, по которому протекает вода. Он должен быть выполнен наиболее гладко, обладать одинаковым гидравлическим сопротивлением по всей своей длине, в нем должны отсутствовать пространственные неоднородности. Идеально его можно сделать только на заводе. В домашних условиях используют листовую медь и ватер­блок получают посредством пайки. Змеевик делают из медных трубок или перегородок. Если есть некоторая техническая база, то можно использовать фрезу и дрель. Конечно, такая конструкция далека от идеала, но тепло отводит куда более эффективно, чем обычный кулер.

Змеевик

Способы крепления — самые различные. При установке на процессор используют либо четыре отверстия, расположенных вокруг сокета, либо стандартные зубчики на разъеме, но они очень легко обламываются, поэтому предпочтителен первый вариант. Итак, в эти отверстия вставляются длинные-предлинные болты и прикручиваются к плате так, чтобы их головки были расположены с тыльной стороны материнской платы. Можно использовать и шпильки. В ватерблоке сверлятся отверстия под эти болтики, так, чтобы не была нарушена герметичность. Потом блок надевается на штырьки, сверху устанавли­ваются жесткие пружины, по одной на каждый штырек. Затем пружины затягиваются гайками. Последние закручиваются крест-накрест (также, как затягивается головка у мотоцикла).
Если же блок ставится на видеокарту, то используют хомуты, либо термоклей, либо сверлят дополнительные отверстия в плате. Аналогично поступают с чипсетом и винчестером. В общем, придется проявить смекалку и немного порисовать карандашом на бумаге.
Вода подводится с помощью трубок. Медные использовать сложно, ибо они жесткие и блок может перекосить, соответственно, вероятен некачественный тепловой контакт и сгорание чего-либо. Применяют резиновые шланги, трубки от капельницы и тому подобное. Все, что угодно, только не очень пружинистое.
Охлаждение жидкости производится либо в трубках (здесь проявляется преимущество медных), либо в отдельном радиаторе, иногда охлаждают расширительный бачок, но это не всегда рационально.
Вода накачивается водяным насосом или помпой (рис. 2). Производительность должна быть не менее 500 л/ч. Помпа должна осуществлять подъем воды не меньше чем на метр относительно самой себя. Бывают погруженные и внешние. Погруженная, как это ни странно, погружается в воду, внешняя не требует погружения и является более безопасной, но и более шумной.

Помпа

Неотъемлемой частью системы является расширительный бачок. В нем все время присутствует некоторое количество жидкости. Он необходим для того, чтобы трубки случайно не порвало и для того, чтобы в них не попал воздух. Обычно в бачок ставят погруженную помпу, заливают туда воду и герметизируют.
Все трубки подсоединяются к штуцерам. Лучше использовать медные, латунные материалы, так как они не ржавеют и неплохо переносят контакт с водой.
Соединяется все это таким образом: ватерблок с помпой, помпа с расширительным бачком, бачок с ватерблоком (рис. 3). Если в системе несколько ватерблоков, то их обычно подключают последовательно. Водяная система охлаждения позволяет получить температуру процессора всего на пять-десять градусов большую, чем температура окружающей среды, обладает высокой стабильностью.

Система в сборе

Ватерчиллеры
Ватерчиллеры — это водяные системы охлаждения, в которых используется активный отвод тепла от теплопроводной жидкости. Существуют самые разнообразные способы реализации таких систем. Общим для них является наличие чиллера — модуля, отвечающего за принудительное охлаждение.
Используют две системы — одна охлаждает чип, а другая через элемент Пельтье (рис. 4) охлаждает первую систему. При подведении питания к элементу Пельтье одна его сторона начинает охлаждаться, а другая, соответственно, нагревается. Это позволяет получить минусовые температуры. Только в этом случае используют не воду, а тосол или что-нибудь подобное.

Элемент Пельтье

Приведу несколько примеров. Первый: в расширительный бачок опускается радиа­тор, ребрами в воду. На его основание устанавливается элемент Пельтье, а на элемент — обычный кулер. Таким способом можно получить температуры жидкости ниже комнатной, но еще не отрицательные. Разница температур около пяти — десяти градусов.
Второй пример: используют два ватер­блока. Через один протекает охладитель, а другой, опять же через элемент Пельтье, отводит тепло от первого. Данным методом можно получить температуры меньше 0°С, но от воды придется отказаться. Недостатком является громоздкость, ибо приходится использовать две системы водяного охлаждения, а также выпадение конденсата на трубках и ватерблоках или изморозь. Минимальные температуры — около минус десяти — минус пятнадцати градусов.

Крисоситемы
Принцип работы криосистемы похож на принцип работы холодильника. Придется вспомнить немного физики. Температура кипения жидкости повышается с увеличением давления и понижается с его уменьшением. Хладагент, например, фреон, циркулирует по системе. Проходя через компрессор, он превращается в газ высокого давления. Далее этот газ поступает в охлаждающий элемент — радиатор, там фреон охлаждается и превращается в жидкость, только низкой температуры. На радиаторе выделяется тепло. Сжиженный хладагент поступает в блок, отвечающий за охлаждение какого–либо чипа, под действием его тепла начинает кипеть и испаряться. Чем меньшее давление будет поддерживаться в этом блоке (на его выходе), тем при более низкой температуре будет вскипать фреон, соответственно, будет достигнута большая разность температур между чипом и окружающей средой. Газообразный фреон снова попадает в компрессор и процесс повторяется заново. Это общий принцип действия, на практике в систему добавляют капиллярные трубки на выходе охлаждающего элемента и клапан для регулировки подачи фреона на входе.
Криосистемы являются наиболее эффективными и позволяют получить пониженные температуры вплоть до минус тридцати градусов!

Тепловые трубки
Тепловая трубка представляет собой трубу, запаянную с двух сторон, из которой откачан воздух и в которую налита теплопроводящая жидкость — вода (рис. 5). Были разработаны, как это ни прискорбно звучит, в Америке, и где-то в пятидесятых годах запатентованы неким инженером Гоглером. В девятнадцатом веке они использовались в печах для выпечки хлеба. Хлеб не подгорал и равномерно поджаривался по всей своей поверхности. Тогда они назывались термосифоны.

Термотрубка

Работает эта штука просто. С одной стороны трубки подводят тепло, жидкость мгновенно вскипает и начинает испаряться, пары тут же достигают другой стенки сосуда, так как воздух откачан. Конденсируются на этой стенке и стекают вниз. Особенность трубки в том, что теплота практически мгновенно передается от одного конца к другому. Недостатком трубок являлась невозможность их использования в горизонтальном состоянии. Эта преграда была устранена путем использования капиллярного материала на внутренних стенках трубки и с помощью некоторых изменений конструкции. Данный способ охлаждения является пассивным и, как ни странно, эффективным. При отсутствии всяческих вентиляторов, ватерблоков и тому подобного температура процессора Athlon XP 1700+, разогнанного до 3200+, не превысила пятидесяти градусов. Следует отметить, что трубка абсолютно бесшумна. Если же использовать принудительное охлаждение, эффективность значительно повысится.

Экстрим
Жидкий азот, — думаю, что одного этого слова достаточно, чтобы понять всю серьезность системы. Делается она просто: компьютер разбирается, из него достаются материнская плата, блок питания, винчестер — в общем, все, что необходимо для работы. Далее снимается кулер с процессора, видеокарты и тому подобного, вместо него ставится небольшой тазик и закрепляется. В таз наливают жидкий азот и включают систему. Этот способ охлаждения используется только для получения тестовых данных. Тестируют вдвоем: один напарник подливает малыми порциями азот в таз, а другой производит замеры FPS в Quake или другом тесте. Именно таким образом разогнали Pentium 4 почти до 4 ГГц. Нужно проявить огромную осторожность, ибо попадание азота в жидком состоянии на кожный покров человека ничем хорошим не сопровождается.

P.S.
На прилавках магазинов вы сталкивались только с кулерами. Для России это дешево и сердито. В странах СНГ нет ни одной самодельной криосистемы охлаждения. Водяное охлаждение — редкость, но встречается. Все компоненты можно заказать через интернет, в различных студиях. Если вас заинтересовало что-либо, советую зайти на overclockers.ru — там вы найдете много полезной информации и ссылок.

Использованы иллюстрации с сайта www.overclockers.ru.


Рекомендуем почитать: