Системи за хлађење рачунара: пасивни, активни, течни, фреонски, водени хладњак, отворено испаравање, каскадно, Пелтиерово хлађење

Током рада рачунара, неке његове компоненте се веома загревају, а ако се створена топлота не уклони довољно брзо, онда рачунар једноставно неће моћи да ради због кршења нормалних карактеристика његових главних полупроводничких компоненти.

Одвођење топлоте са грејних делова рачунара је најважнији задатак који решава систем за хлађење рачунара, а то је скуп специјализованих алата који функционишу континуирано, систематски и хармонично током читавог времена активног коришћења рачунара.

У току рада система за хлађење рачунара користи се топлота која настаје проласком радних струја кроз кључне елементе рачунара, посебно кроз елементе његове системске јединице.Количина произведене топлоте у овом случају зависи од рачунарских ресурса рачунара и његовог тренутног оптерећења у односу на све ресурсе који су доступни машини.

У сваком случају, топлота се враћа у атмосферу. Код пасивног хлађења, топлота се одводи из загрејаних делова преко радијатора директно у околни ваздух конвенционалном конвекцијом и инфрацрвеним зрачењем. У активном хлађењу, поред конвекције и инфрацрвеног зрачења, користи се и дување вентилатором, чиме се повећава интензитет конвекције (ово решење се назива «хладњак»).

Постоје и системи за течно хлађење где се топлота прво преноси помоћу топлотног носача, а затим се поново користи у атмосфери. Постоје отворени системи за испаравање где се топлота уклања услед фазног прелаза расхладне течности.

Дакле, по принципу одвођења топлоте са грејних делова рачунара, постоје системи хлађења: ваздушно хлађење, течно хлађење, фреон, отворено испаравање и комбиновани (на бази Пелтиерових елемената и водених хладњака).

Пасивни систем ваздушног хлађења

Опрема која није топлотно оптерећена уопште не захтева посебне системе за хлађење. Опрема која није оптерећена топлотом је она код које топлотни ток по квадратном центиметру загрејане површине (густина топлотног флукса) не прелази 0,5 мВ. Под овим условима, прегревање загрејане површине у односу на околни ваздух неће бити веће од 0,5 ° Ц, уобичајени максимум за такав случај је +60 ° Ц.

Али ако термални параметри компоненти у нормалном режиму њиховог рада премашују ове вредности (а да се производња топлоте, међутим, одржава релативно ниском), онда се на такве компоненте уграђују само радијатори, односно уређаји за пасивно одвођење топлоте , такозвани пасивни системи хлађења.

Када је снага чипа мала, или када су захтеви за рачунарским капацитетима система стално ограничени, по правилу је довољан само хладњак, чак и без вентилатора. Радијатор се бира појединачно у сваком случају.

У основи, пасивни систем хлађења функционише на следећи начин.Топлота се преноси директно од грејне компоненте (чипа) на хладњак због топлотне проводљивости материјала или уз помоћ топлотних цеви (термосифон или комора за испаравање су различите основне ствари). решења са топлотним цевима).

Функција радијатора је да зрачи топлоту у околни простор путем инфрацрвеног зрачења и преноси топлоту једноставно кроз топлотну проводљивост околног ваздуха, што доприноси настанку природних конвекцијских струја. Да би топлота зрачила по целој површини радијатора што интензивније, површина радијатора постаје црна.

Посебно данас (у различитој опреми, укључујући рачунаре) је распрострањен пасивни систем хлађења. Такав систем је веома флексибилан, јер се радијатори могу лако монтирати на већину компоненти које захтевају топлоту. Што је већа ефективна површина одвођења топлоте из радијатора, то је ефикасније хлађење.

Важни фактори који утичу на ефикасност хлађења су брзина протока ваздуха који пролази кроз хладњак и температура (нарочито температурна разлика у односу на околину).

Многи људи знају да је пре монтирања хладњака на компоненту потребно нанети термалну пасту (нпр. КПТ-8) на површине које се спајају. Ово се ради како би се повећала топлотна проводљивост у простору између компоненти.

У почетку је проблем што површине радијатора и компоненте на коју се уграђује, након фабричке производње и брушења, и даље имају храпавост реда величине 10 микрона, а и након полирања остаје око 5 микрона храпавости. Ове неправилности спречавају да спојне површине буду што је могуће чвршће стиснуте једна уз другу без зазора, што резултира ваздушним зазором ниске топлотне проводљивости.

Хладњаци највеће величине и активне површине обично се монтирају на ЦПУ и ГПУ. Ако је потребно саставити тихи рачунар, онда, с обзиром на малу брзину пролаза ваздуха, потребни су посебни веома велики радијатори, који се одликују повећаном ефикасношћу одвођења топлоте.

Активни систем ваздушног хлађења

Да би се побољшало хлађење, да би проток ваздуха кроз радијатор био интензивнији, додатно се користе вентилатори. Радијатор опремљен вентилатором назива се хладњак. Хладњаци су инсталирани на графику и централне процесоре рачунара. Ако није могуће инсталирати хладњак на неку од компоненти, као што је чврсти диск, или се не препоручује, онда се користи једноставно издувавање вентилатора без хладњака.То је сасвим довољно.

Систем за хлађење течности

Систем за течно хлађење ради на принципу преноса топлоте са хлађене компоненте на радијатор уз помоћ радног флуида који циркулише у систему. Таква течност је обично дестилована вода са бактерицидним и антигалванским адитивима или антифриз, уље, друге специјалне течности, ау неким случајевима и течни метал.

Такав систем обавезно укључује: пумпу за циркулацију течности и радијатор (водени блок, расхладна глава) за одузимање топлоте од грејног елемента и пренос на радни флуид. Топлота се затим одводи помоћу хладњака (активни или пасивни систем).

Поред тога, систем за хлађење течности има резервоар радног флуида, који компензује његово топлотно ширење и повећава топлотну инерцију система. Резервоар је погодан за пуњење, а такође је згодно испуштати радни флуид кроз њега. У таквом систему потребна су неопходна црева и цеви. Опционо може бити доступан сензор протока течности.

Радни флуид има довољно висок топлотни капацитет да обезбеди високу ефикасност хлађења при ниској брзини циркулације и високој топлотној проводљивости, што минимизира температурну разлику између површине која испарава и зида цеви.

Фреонски систем хлађења

Екстремно оверклоковање процесора захтева негативну температуру хлађеног елемента током његовог непрекидног рада. За ово су потребне инсталације фреона. Ови системи су расхладне јединице у којима је испаривач монтиран директно на компоненту из које се топлота мора одводити веома великом брзином.

Недостаци фреонског система, поред његове сложености, су: потреба за топлотном изолацијом, обавезна борба са кондензатом, тешкоћа у хлађењу неколико компоненти истовремено, велика потрошња енергије и висока цена.

Ватерцхиллер

Ватерцхиллер је систем за хлађење који комбинује фреонску јединицу и течно хлађење. Овде се антифриз који циркулише у систему даље хлади у измењивачу топлоте помоћу фреонског блока.

У таквом систему се уз помоћ фреонске јединице добија негативна температура, а течност може истовремено да хлади неколико компоненти. Конвенционални систем хлађења фреона то не дозвољава. Недостаци хладњака воде су потреба за топлотном изолацијом целог система, као и сложеност и висока цена.

Отворени систем за хлађење испаравањем

Отворени системи за хлађење паром користе радну течност — расхладно средство као што је хелијум, течни азот или суви лед. Радни флуид се испарава у отвореном стаклу, које се монтира директно на грејни елемент, који се мора врло брзо охладити.

Овај метод припада аматерима и углавном га користе хобисти којима је потребно екстремно оверклоковање („оверклоковање“) доступне опреме. Користећи ову методу, можете добити најнижу температуру, али стакло са расхладним средством ће морати да се редовно допуњује, односно систем има временско ограничење и захтева сталну пажњу.

Каскадни систем хлађења

Каскадни систем хлађења подразумева истовремено узастопно укључивање два или више фреона. За постизање нижих температура користи се фреон са смањеном тачком кључања.Ако је машина за фреон једностепена, онда је потребно повећати радни притисак снажним компресорима.

Али постоји алтернатива — хлађење радијатора фреонског блока са другим сличним блоком. Тако се радни притисак у систему може смањити и од компресора више није потребна велика снага, могу се користити конвенционални компресори. Каскадни систем, упркос својој сложености, омогућава постизање ниже температуре него код конвенционалне фреонске инсталације, а у поређењу са отвореним системом за испаравање, таква инсталација може радити континуирано.

Пелтиеров систем хлађења

У систему хлађења са Пелтијеовим елементом монтира се хладном страном на површину која се хлади, док врућа страна елемента захтева интензивно хлађење из другог система током свог рада. Систем је релативно компактан.