Искусство охлаждения,

Процессор и ..

Охлаждение ПК

Статьи

Полезные советы

Ссылки

Электроника

Linux

Список литературы

Проекты, идеи

Основой оптимального охлаждения всех узлов современного ПК является грамотно спроектированная система вентиляции его корпуса. Я расскажу здесь о рекомендациях Intel и об идеях заложенных в конструкцию описанного на сайте экстремального корпуса.

 

Что необходимо для эффективного охлаждения современного компьютера? Особенно если вам необходим низкий уровень шума.
Для этого нужно выполнить, по крайней мере, два требования.

Первое

– обеспечить низкие потери давления в системе вентиляции корпуса. Это необходимо чтобы обеспечить нужный для данного тепловыделения воздухообмен при минимальной скорости вращения ротора вентилятора. Последнее дает возможность получить низкий уровень шума вентилятора.

Второе

– организовать в корпусе ПК воздушные потоки так, чтобы они омывали нагревающиеся узлы. Это обеспечит подачу к ним охлаждающего воздуха с температурой приближающейся температуре воздуха за пределами корпуса. Использовать для этого воздуховоды не допускается, поскольку они являются дополнительным источником шума и эффективность применения воздуховодов низка по причине их повышенного сопротивления. На каждые два диаметра длины воздуховода (два калибра) потери в нем удваиваются.

 

Сначала посмотрим рекомендации форума IDF по проблемам охлаждения ПК проходивший в 2002 году в Москве по http://www.ferra.ru/online/cooling/s20793/print/. Его рекомендации используются с минимальными отклонениями производителями корпусов ПК вплоть до настоящего времени. Поэтому рассмотрим существующие рекомендации.

Корпорация Intel рекомендовала применять следующую схему, назвав ее «идеология воздуховодов»:

 

Эта схема с небольшими изменениями у производителей считается оптимальной. Хотя за это время мощности тепловыделения узлов ПК выросли более чем в два раза.

Даже при беглом взгляде видны несколько проблемных зон, где воздушные потоки испытывают повышенное сопротивление.

Цифрой 1 помечена зона повышенного сопротивления в районе слотов плат расширения на системной плате. Если в ней установлены одна, две платы, что сейчас бывает практически всегда, возникает проблема. Эта гребенка позволяет проходить воздуху только между платами в слотах и крышкой корпуса.

Зона под цифрой 2 особый случай. На верхнем рисунке это просто узость, затрудняющая прохождение воздушного потока, но тот, кто сам собирал ПК, знает, через нее или в непосредственной близости от нее обычно проходят все кабели от системной платы к DVD, HDD, FDD. Хорошо если это SATA у HDD, а как с плоскими шлейфами у CD-DVD, FDD? Кроме этого пучок проводов от системной платы к индикаторам и органам управления ПК.

Попробуйте для самопроверки найти еще хотя бы одну зону, где циркуляция воздуха затруднена. Даже не имея богатого опыта Вы найдете по крайней мере одну такую зону.

На форуме так же обсуждался проект фирмы «Эксимер», компьютеры моделей FS1 и FS2, где для организации потоков использовались специальные воздуховоды. Но прошло 5 лет и даже упоминания об этих моделях не осталось в Интернет. Да это и понятно эти конструкции дороги из-за применения дополнительных воздуховодов и их крепления в корпусе, а самое главное они затрудняют подачу воздуха к остальным нагревающимся узлам и доступ для обслуживания элементов ПК. Еще применяются на некоторых корпусах воздуховоды к кулеру процессора, которые подают к нему холодный воздух со стороны боковой крышки.

Предлагаемые Intel схемы охлаждения еще как-то могли обеспечить вывод за пределы корпуса ПК 100-150 Вт тепловыделений, но даже в этом случае температура в корпусе составляла от 12 до 17 °С . Это и требовало подачи к кулеру процессора холодного воздуха. Рекомендованная схема в типовых корпусах имела потери давления на входе и выходе до 90% от давления создаваемого вентилятором, и только оставшаяся часть работала на обеспечение охлаждения.

Посмотрите расходную характеристику вентилятора или двух параллельно включенных вентиляторов на рисунке ниже, на ней можно оценить расход прокачиваемого через корпус ПК воздуха. Расход воздуха на низком импедансе (сопротивлении) много выше чем у системы с высоким сопротивлением. Рисунок из статьи на этом сайте "Схемы включения вентиляторов для охлаждения системных блоков персональных компьютеров."

Применение «горячих» процессоров потребовало не только установки воздуховодов на процессор, но и установки в корпус дополнительных высокооборотных вентиляторов с высоким уровнем шума.

Проблему шума и вентиляции одновременно позволяют полностью решить корпуса с малым аэродинамическим сопротивлением и организованными воздушными потоками в корпуса ПК, в которых выполняются приведенные выше требования.
 

Корпус с малым аэродинамическим сопротивлением.

Это, прежде всего большие корпуса.

Не хотите мириться с большим корпусом – терпите шум, издаваемый множеством вентиляторов маленького!

Большие только потому, что для обеспечения малых потерь давления в корпусе ПК необходимо обеспечить проходные сечения в узостях имеющие размер более размера вытяжного вентилятора, а суммарное проходное сечение больше нескольких проходных сечений вентилятора.

Кроме этого такой корпус должен иметь входные и выходные отверстия большого сечения и без перфорации.

В идеальном случае выходное отверстие, куда устанавливается вытяжной вентилятор должно быть открытым проемом. В целях безопасности допускается закрывать его только декоративной решеткой из проволоки диаметром до 1,0 мм.

Эти же требования предъявляются и ко входному отверстию. С той разницей, что его размер не ограничен размером вентилятора и в целях снижения сопротивления его размер ограничивается только возможностями конструкции.

Такие корпуса имеют высокий воздухообмен. Пример здесь. Поэтому обязательным элементом их конструкции является воздушный фильтр низкого сопротивления. Пример здесь. Его применение позволяет обеспечить защиту элементов ПК от пыли и сохранить или увеличить интервал его обслуживания даже при многократно больших расходах воздуха. Особенность таких корпусов это малый перегрев охлаждающего воздуха и эффективное охлаждение.

Такой корпус описан на сайте в серии статей «Экстремальный корпус».
 

Организация воздушных потоков в корпусе ПК.

В корпусе ПК с низкими потерями можно заниматься организацией воздушных потоков. В противоположность им, в корпусе с большим аэродинамическим сопротивлением это практически невозможно, потому что среди множества проходных сечений примерно равнозначных по сопротивлению невозможно создать преобладающий воздушный поток. А часто бывает так, что там, где должен проходить основной поток воздуха сопротивление как раз выше, чем в других сечениях.

В сложном сечении, показанном на рис.1, объем воздуха V₂, V₃, V₄, V₅ распределяется пропорционально площади элементарного сечения S₂, S₃, S₄, S₅. Для упрощения рассмотрения, сечения показаны в плоскости хотя реально они могут быть расположены в двух координатах X,Y в каждом рассматриваемом сечении. Так же условно сечения разделены на отдельные элементы.

Рисунок 1.

При этом объем воздуха на выходе V_вых равен сумме объемов V₂, V₃, V₄, V₅ походящих через элементарные сечения S₂, S₃, S₄, S_5.

V_вых = V₂+V₃+V₄+V₅ = kV_вх

k – коэффициент определяющий увеличение объема воздуха при нагреве его от температуры t_вх до t_вых.

Таким образом, задавая площади элементарных сечений можно распределять объем проходящего через них воздуха в любом необходимом сечении корпуса.

А полностью пути прохождения воздушного потока определяются:

• точкой входа воздуха;
• одним из элементарных сечений (несколькими последовательными сечениями) по ходу воздушного потока;
• точкой выхода воздуха из корпуса.

Таким образом, перемещая эти точки мы можем направить воздушные потоки в необходимых нам направлениях.

Степень оптимальности организации воздушных потоков показывает следующие факты.

Если снять крышки (кожух) обычного (не оптимального) корпуса, температура в нем падает до окружающей и тепловые режимы узлов улучшаются.

В противоположность предыдущему примеру, на оптимальном корпусе воздушные потоки в закрытом корпусе эффективно охлаждают узлы. При снятии крышек или кожуха тепловые потоки нарушаются, и тепловые режимы узлов ухудшаются. Такое явление имеет место и на практике и описано в …………..

 

Подводя итоги можно сказать:

1. Даже на момент проведения форума по проблемам охлаждения (2002 год) рекомендации Intel уже с трудом обеспечивали охлаждение ПК.
2. В малоразмерных корпусах затруднен вывод выделяющегося, на элементах тепла, поэтому системы вентиляции и охлаждения для них должны рассчитываться, моделироваться на предмет обеспечения приемлемого теплового режима.
3. Обеспечить необходимый расход в малоразмерных корпусах можно только с помощью высокооборотных вентиляторов с повышенным избыточным давлением.
4. Последнее решение приводят к высокому уровню шума.
5. Всех этих недостатков лишен большой корпус с низким аэродинамическим сопротивлением.

P.S.

Следует сказать о зависимости выводимой за пределы корпуса тепловой мощности.

Я видел несколько вариаций этих формул, которые называют эмпирическими. Есть даже такие где отсутствует температурный перепад между наружным воздухом и выходящим из корпуса нагретым в нем воздухом.

Реальная формула, в полном виде выглядит так:

W = L(t_вых-t_вх)ρ_вхC  (Дж/сек или  Вт)

Здесь:
W – отводимая мощность дж/сек,
L – объем проходящего воздуха м³/сек,
ρ_вх – уд вес приточного воздуха Кг/м³,
С – теплоемкость входящего воздуха дж/Кг град,
t _вх – температура воздуха на входе град,
t_вых – температура воздуха на выходе.

Причем не следует забывать, что удельный вес и теплоемкость воздуха зависят от температуры.

ноябрь 2007 года, автор Сорокин А.Д.

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

| Процессор и его недокументированные свойства | Охлаждение ПК | Статьи | Полезные советы | Ссылки | Электроника для ПК |
| Linux | Список литературы по вопросам освещенным на сайте | Проекты, идеи | Обои |