Горячие потроха.

в разделе "Охлаждение компьютера" на сайте

www.electrosad.ru

или что можно сделать для охлаждения вашей системы.

Жара!

Нет пока еще жара не на улице, а в Вашем системном блоке (СБ). Разве 32°С не жара? Как показывает практика и многочисленные публикации, сейчас при температуре воздуха в помещении 20°С это обычная температура для компьютера. При этом температура не самого крутого процессора еще на 25-35°С выше и приближается к предельной для процессора фирмы Intel  66-78°С. Разброс температуры определяется конструктивными особенностями корпуса (если у вас температура на нижнем пределе вам повезло с СБ), конкретным аппаратным обеспечением и загрузкой процессора. Особенно это проявляется сейчас, когда Intel и AMD штурмуют новые высоты производительности. Процессор Intel с ядром Prescott 3,4 ГГц выполненный по 90 нм технологическому процессу (ТП) имеет тепловыделение 103 Вт. Процессор Pentium D 930 (3 ГГц) при 65 нм ТП имеет мощность тепловыделения 130 Вт. Не отстают nVidia, AVI, производители памяти и HDD, достигнутые скорости процессоров тянут за собой всех производителей комплектующих, повышение их скоростных характеристик тоже связано с ростом тепловыделения.

Посмотрим оценку тепловыделения компьютеров, условно разбитых на три группы по особенностям применения и потребности в ресурсах.

В таблице даны параметры тепловыделения для  достаточно напряженной работы компьютера. Основными источниками тепловыделения являются материнская плата и расположенные на ней - процессор, видеокарта и память (в сумме более 50% общего тепловыделения). А непосредственно на материнской плате, основными источниками тепла являются: процессор, чипсет северного моста с тепловыделением до 10-15 Вт, многофазный преобразователь источника питания ядра процессора, AGP видеокарты, модулей памяти с тепловыделением 10-25 Вт, остальные элементы 5-10 Вт можно принять равномерно распределенными по материнской плате.

Большая часть тепловыделяющих элементов расположена в районе процессора.

Температура воздуха в системном блоке, а в нем и находятся все перечисленные в таблице узлы, более 36°С и процессора более 60°С говорит о том, что пора принимать меры по улучшению его вентиляции.

Это конечно при условии, что он стоит не в ящике и имеется доступ воздуха ко всем вентиляционным отверстиям корпуса, и стоит он тыльной частью не ближе двух диаметров вытяжных вентиляторов от стенки. В описанном здесь случае охлаждение проблема скорее хозяина, чем СБ. (См рисунок 1.)

Почему всего блока, а не конкретно процессора?

Потому что температура узлов СБ, в том числе и процессора определяется не только и не столько крутым кулером, сколько температурой охлаждающего его воздуха. Когда вы ставите в имеющийся СБ кулер с отводимой мощностью в полтора раза выше, чем стоял ранее температура процессора снижается только на 10-20%. Дело в том, что крутой кулер отводит большую мощность, но в результате повышается температура воздуха в системном блоке и реальная отводимая кулером мощность растет не пропорционально, а медленнее.

Рисунок 1.

Более того, часто нагретый воздух выводится рядом с вентиляционными отверстиями  и часть его снова поступает в СБ. И даже если его немного это увеличивает температуру воздуха в нем.

Чем выше температура воздуха в системном блоке, а это и есть охлаждающий агент, тем выше температура узла при данной мощности его тепловыделения.

Получается, чтобы снизить температуру узлов установленных в системном блоке необходимо снижать температуру воздуха в нем вплоть до температуры наружного воздуха в помещении. Это позволяет сделать только эффективная вентиляция системного блока.

Единственным устройством для принудительного вентилирования стандартного СБ является вентилятор блока питания (далее для сокращения просто БП).

Параметры, характеризующие работу осевого вентилятора, описаны в *****. Упрощения принятые там позволяют легко выполнять графические построения, чем  проверить эффективность различных схем размещения вентиляторов.

Расчеты, проведенные по стандартной методике расчета тепловых режимов негерметичной РЭА с принудительным охлаждением показывают, что для охлаждения системного блока в исполнении Midi Tower с мощностью тепловыделения 400 Вт и нагреве воздуха при теплосъеме даже на несколько градусов (+2°С, не говоря уже о стандартной +9 - 12°С) достаточно расхода охлаждающего воздуха с температурой +20°С до 0,6-0,8 м3/мин.

Здесь:

1 – коэффициент заполнения СБ = 0,4, температура перегрева охлаждающего воздуха – 2°С, 2-6 – Коэффициент заполнения СБ от 0,2 до 0,7(через 0,1), температура перегрева – 9 °С. Все графики для СБ в исполнении  Midi Tower.

Это как раз производительность одного стандартного вентилятора диаметром 80 мм, с числом оборотов  2600 – 3000 об/мин.

Так в чем же дело? Почему имеющийся вентилятор не обеспечивает вентиляции?

А дело в том, что не проблема обеспечить данный расход в свободном пространстве, но когда вентилятор установлен в СБ ситуация резко меняется.  Реальный расход в несколько раз падает, что определяется аэродинамическим сопротивлением (импедансом) СБ. Рассчитать его практически невозможно, обычно его измеряют на специальных стендах. Значения импеданса, опубликованные в различных изданиях настолько сильно разняться, что практической пользы не имеют. Это происходит от того, что конкретно не оговариваются конструкции корпуса СБ, которые оказывают, главное влияние на величину параметра.

Температуры характерные для данной мощности тепловыделения в СБ,  характерны для высокого импеданса имеющего величину от 0,19 мм H₂O/CFM (6,75 мм H₂O/(м³/мин)) и более. И как видно из того же *****, для СБ с высоким импедансом практически невозможно обеспечить достаточную вентиляцию ни в какой, самой сложной схеме.

Напрашивается выход, чтобы иметь возможность снизить температуру воздуха в СБ, надо принять все возможные меры к снижению импеданса, а дальнейшее увеличение расхода, в случае необходимости, обеспечить за счет дополнительного вентилятора с автоматической регулировкой расхода по температуре воздуха в СБ. Эта регулировка позволяет поддерживать расход охлаждающего воздуха на необходимом уровне в большом динамическом диапазоне мощностей тепловыделения или высоких температурах воздуха. Одновременно регулировка расхода охлаждающего воздуха позволяет избавиться от избыточного шума при малом тепловыделении и снизить накопление пыли в нем.

Как выглядит СБ с высоким импедансом? Забор воздуха, в нем, осуществляется через рассеянные по поверхности отверстия, которые часто размещены рядом с вытяжным вентилятором (см. рисунок 1) и суммарная площадь которых меньше площади проходного сечения вентилятора. Кроме того, сами вытяжные вентиляторы, ставятся на перфорацию прозрачность которых от 10 до 60% от того же сечения вентилятора. Это приводит к резкому снижению расхода охлаждающего воздуха через систему, и соответственно ухудшению теплосъема. Кроме того, к перфорации, как к узлу с большим сопротивлением потоку воздуха, приложена большая часть перепада давления, и проходящий через неё воздух создает дополнительный шум. У достаточно производительных вентиляторов он слышен даже на фоне шумов системного блока.

Первый признак высокого импеданса – на расход охлаждающего воздуха не влияет даже свернутые в клубок шлейфы и кабели, заполнение СБ узлами, расположение заборных и вытяжных отверстий и даже закрытие части их.

По адресу http://www.overclockers.ru/news/newsitem.shtml помещена статья  «Вентиляция корпусов - мифы и реальность» Владимира Куваева.  Оставим обсуждение мифов, которые правдивы только для вентиляции СБ с высоким импедансом, а её рекомендации по доработке, при применении в разумных пределах, позволят улучшить проветривание застойных зон СБ и могут быть, с небольшими изменениями, применены на практике.

Что надо сделать?

Надо снизить импеданс СБ.

Для этого проведена доработка СБ типа Midi Tower на основе проведенных данных расчетов теплового режима, собственного опыта, с использованием рекомендаций Intel. Задачей было улучшить вентиляцию СБ и пустить организованные потоки охлаждающего воздуха через расположение наиболее нагретых узлов СБ, для того чтобы обеспечить подачу к ним холодного воздуха.

Концепция системы вентиляции:

•  основной забор воздуха внизу впереди, в холодной зоне,
• вывод его вверху сзади через БП. (Этим обеспечивается естественный ход нагретого воздуха вверх),
• при необходимости, дополнительный вытяжной вентилятор с автоматической регулировкой расхода расположенный рядом с БП,
• дополнительный, ограниченный 50% площади заглушки PCI слота забор воздуха для видеокарты (на современных видеокартах необходимо открыть всю заглушку),
• слабое вентилирование отсеков 3” и 5” для HDD, FDD, CD через слегка отогнутые заглушки незанятых отсеков.
• путь прохождения основного потока воздуха через расположение наиболее нагретых узлов.
•  суммарная площадь заборных отверстий до удвоенной площади вентиляторов (при большей площади, их влияния на вентиляцию становится незначительным, но имеет место избыточное накопление пыли).

Имея, описанную выше конструкцию СБ, вынужден был разобрать его вплоть до снятия БП и облицовок, вооружиться инструментом и резать, Вас хочу предостеречь от этого и просто выбрать при покупке для сборки СБ имеющий конструкцию наиболее близкую соответствующую изложенной выше концепции. Или руководствуясь ей покупать новый ПК.

Здесь стоит сказать об установке дополнительного вентилятора, не забывайте каждый дополнительный вентилятор это дополнительный шум, а при мощностях тепловыделения до 200 Вт для вентиляции достаточно вентилятора блока питания при условии доработки корпуса и закрытия предназначенных для установки дополнительного вентилятора отверстий. Прочитайте *****, там выполнен графический анализ различных схем установки и выбран оптимальный вариант. Таким является вариант с двумя вытяжными вентиляторами. К преимуществам данной схемы можно отнести возможность управления оборотами дополнительного вентилятора, при низком тепловыделении в системном блоке. Управление вентилятором блока питания по температуре воздуха рекомендовать нельзя, так как изменение температуры воздуха в объеме процесс инерционный и возможен перегрев элементов блока питание. А он является узлом с высоким тепловыделением, потому что до 25% мощности потребляемой компьютером в нем переходит в тепло. Гипотетически можно рассматривать только управление по температуре его наиболее тепловыделяющих узлов.

Что сделано с СБ?

Отверстие для установки дополнительного вентилятора рядом с БП, имеющее прозрачность менее 10% (стыдно за изготовителя, сказать - 4%) представляющее собой около трех десятков отверстий диаметром 5 мм и расстоянием между их центрами 8 мм, рассверлены по периферийным отверстиям сверлом диаметром  6,3 мм. В результате ширина перемычек снизилась до 0,5-1,0 мм и их уже легко разрезать для удаления внутренней части. Металл применяемый для изготовления СБ твердый и при обработке оставляет острые кромки, поэтому работать с ним надо очень аккуратно, в перчатках.

Аналогичным образом расширено отверстие на передней металлической стенке СБ для забора воздуха. 50% перфорации на задней стенке СБ ближайшей к вентиляторам заклеена бумагой во избежании подсоса нагретого воздуха обратно в СБ. Для улучшения вентиляции в районе AGP видеокарты снята заглушка PCI 1 слота и заменена на укороченную на 50%. Отверстия на левой крышке СБ оставлены открытыми. В результате суммарная площадь отверстий для забора воздуха в СБ приблизилась к 50 см². Вентиляция застойных зон в 3” и 5” отсеках осуществляется через отогнутые на 15-20° заглушки свободных отсеков. Для снижения сопротивления воздушному потоку в СБ плоские IDE шлейфы (один для двух HDD, один для CD-RW и один для FDD) поставлены вдоль воздушного потока на его переферии, а один из них, шлейф HDD вынесен за пределы зазора между AGP видеокартой и отсеком HDD. Это пространство стало визуально свободным.

Входные вентиляционные отверстия выглядят так:

А выходные так:

В результате, по изменению температуры воздуха в СБ (см. Таблицу 2), результирующий импеданс снизился до уровня ниже среднего. И это при работе дополнительного вентилятора на 30% расхода, так как автоматическое управление увеличивает его расход до 100% только при температуре воздуха в СБ более 30°С. СБ стал реагировать изменением температуры воздуха на частичное закрытие впускного вентиляционного отверстия.

Может возникнуть вопрос, а надо ли все это при температуре всего 32°С?

Да надо, при температуре воздуха в тени выше 32°С дополнительный вентилятор выходит на 100% расхода, что обеспечивает температуру воздуха в СБ на уровне 33-34°С. Это обеспечивает его устойчивую работу жарким летом. А для «крутых» компьютеров необходимость такой вентиляции не обсуждается.

Данные в таблице 2 приведены для СБ с общей мощностью тепловыделения 188 Вт и процессором Pentium 3-650 МГц разогнанным до 800 МГц. И на нем раньше, в жару, были проблемы с устойчивостью системы. И хотя точные температурные замеры в данных условиях затруднительны, полученные результаты дают представление о результате доработки.

Таблица 2.

Установка более мощного, чем в БП дополнительного вентилятора категорически не рекомендуется на корпусах с ограниченным поступлением наружного воздуха. Блок питания имеет тепловыделение, составляющее 25% от суммарной мощности потребляемой компьютером, и сам требует хорошей вентиляции. Поэтому при установке дополнительного вентилятора большей производительности, перераспределение воздушных потоков происходит в пользу более мощного вентилятора и расход воздуха через блок питания падает. Сразу растет температура охлаждаемых узлов блока питания и воздуха на выходе блока питания.

На компьютере с общим потреблением около 200 Вт и вторым вытяжным вентилятором, имеющим расход в 1,3 раза больше вентилятора блока питания, зафиксировано повышение температуры воздуха на выходе БП на 5°С. Загрузка процессора составляла около 20%.

Направление движения главных охлаждающих воздушных потоков полученное в результате доработки СБ изображено на правом рисунке в группе "Получилось". Эта схема вентиляции показала свою эффективность, её применение позволило снизить температуру воздуха в системном блоке с 32-34°С до 27-28°С, и соответственно температура процессора снизилась на 3-5°С

Для охлаждения AGP видеокарты пришлось организовать дополнительный забор воздуха снятием планки-заглушки PCI слота, это позволяет подать холодный воздух непосредственно к её вентилятору.

Дата написания - июнь 2002 года.

Продолжение "Пыль и защита от нее"

Схема управление вентилятором описана в *****

<<Назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Дата - 2006 год. Ver.4