Оптимальный корпус ПК

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Хотите иметь тихий, не занимающий много

места, экономичный ПК? Тогда Вам прямой

путь к «ABACUS»!

У каждого свой подход и требования к оценке, какой корпус лучше подходит для сборки ПК.
Моддерам требуется оригинальное дизайнерское решение переливающееся разными цветами с фасадом напоминающим морду чудовища, автомобиля, ...
Оверклокерам корпус в котором работает разогнанный процессор, видеокарта, память, ..., без снятия всех крышек.
И всем хочется иметь небольшой и тихий, но с мощным процессором, крутой видео картой, 4 гигабайт оперативной памяти и блоком питания «с запасом» 650 -850 Вт, компьютер.

 
 

Тепловыделение в корпусе крутого компьютера сейчас может превышать 500 Вт.

Как эти желания вяжутся с законами физики?

Наиболее широкое применение в ПК сейчас получили системы воздушного охлаждения, а последнее время все более пропагандируются системы водяного охлаждения. Несколько слов них скажу ниже, но надо помнить основным и конечным в любой системе теплообмена теплоносителем для охлаждения узлов ПК является воздух.

 

Современные тенденции в развитии элементной базы ПК

Одновременно с ростом производительности ПК наблюдается постоянный рост потребляемой им мощности и соответственно тепловыделения.

На производительном компьютере тепловыделение увеличивается из-за:

  1. роста тактовых частот, в том числе, обмена по шине памяти, - для памяти, чипсета (и другим шинам);

  2. роста числа ключей (транзисторов, ячеек - для памяти) - для чипов северного и южного моста, CPU и процессора видео карты, памяти;

  3. увеличения потребляемой узлами ПК мощности — для питающих их инверторов.


Или другими словами, рост производительности компьютера напрямую связан с ростом потребляемой им мощности и ростом тепловыделения.

 

Процессоры

- мощность потребления процессоров достигла 130 Вт. И при переходе на более тонкие технологии она не падает в связи с усложнением структуры процессоров, ростом числа транзисторов. Типовой мощностью для настольных ПК сейчас можно считать 65-100 Вт. Такое тепловыделение отрицательно сказывается на температуре воздуха в корпусе (она может превышать на 12-25 град.С температуру наружного воздуха).
(При больших тепловыделениях возникают проблемы с перегревом отдельных областей кристалла процессора)

Видеокарты

- не смотря на применение видео процессоров выполняемых по более тонким технологиям, растет потребляемая мощность. Она растет за счет роста тактовых частот видео процессора, скорости обмена данными между видео процессором и оперативной памятью. Потребляемая видеокартой мощность лежит в диапазоне 50 - 250 Вт. (пример182/236Вт (NVIDIA GeForce GTX 280/260)). Это увеличивает тепловую нагрузку в корпусе ПК.

Растет площадь плат видеокарт. Это частично обусловлено и ростом объема оперативной памяти встроенной в видеокарту. Увеличение размеров видеокарты отрицательно сказывается на аэродинамическом сопротивлении корпуса, поскольку она перекрывает доступ охлаждающему воздуху к процессору и БП.

Есть корпуса, где расстояние между видеокартой и корзиной для HDD составляет 20-30 мм (при том что там еще проложены и кабели HDD, FDD, CDROM).

Память

- существует тенденция по увеличению объема оперативной памяти необходимой современным ОС. Например Windows Vista требуется для нормальной работы уже 4 Гб. Этот объем памяти DDR2 потребляет около 30 - 70 Вт (в зависимости от частоты шины). Это так же увеличивает тепловую нагрузку в корпусе ПК.

Чипсеты

- Увеличение скорости обмена процессора с памятью увеличивает потребляемую чипсетом мощность северный/южный мост — до 15/45 Вт. В связи с увеличением скоростей передачи информации по шинам растет потребляемая мощность и чипсета южного моста. Это тоже увеличивает тепловую нагрузку в корпусе ПК.

Источники питания процессоров, памяти, чипсета

- при КПД порядка 75%, одновременно с ростом потребления узлами ПК, запитанных от инверторов, растет и тепловыделение их ключей.  И составляет порядка (чипсет/процессор/память) — до 15-50 Вт (при КПД 25 - 5%). Это тоже приводит к увеличению тепловой нагрузки в корпусе ПК.

Кулеры

- Современные кулеры имеют низкое тепловое сопротивление (до 0,9 Град./Вт), что позволяет отводить от процессоров большую мощность и сделать их более холодными. Это увеличивает тепловую нагрузку в корпусе ПК.

Блоки питания

- общее увеличение мощности потребляемой элементами ПК требует увеличения мощности блока питания. В тепло в блоке питания переходит около 25% потребляемой от него мощности. Уже выпускаются блоки питания 750 Вт. Это так же увеличивает тепловую нагрузку в корпусе ПК.

HDD

- в современных моделях не смотря на рост их емкости потребляемая мощность не растет, поскольку пока используются однотипные приводы. Но возможность увеличить объем памяти часто приводит к установке 2-3 HDD в одном корпусе ПК.

Корпуса

- существенных изменений не наблюдается, кроме повсеместного применения второго корпусного вентилятора.
 

Сейчас тепловыделение, для хорошего ПК, может доходить до 500 Вт, а в случае крутого игрового ПК уже сейчас до 750 Вт.

По моим оценкам мощность до 750 Вт вполне по силам вывести воздушной системе охлаждения. Правда в такой системе должны быть хорошо оптимизированы система вентиляции и охлаждение отдельных узлов.

И самое главное корпус такой системы должен иметь низкое аэродинамическое сопротивление.
 

Причины проблем с охлаждением элементов ПК

Как Вы уже заметили, при повсеместном нарастании тепловой нагрузки в современных корпусах компьютеров, существенного изменения их конструкции не наблюдается. Повсеместно применяются корпуса с рекомендованной Intel более 6 лет назад конструкцией.

Конечно сейчас уже появились модели корпусов приспособленные к большому тепловыделению в нем.

Но все это очень шумные корпуса.

Уровень шума растет прежде всего из-за применения множества вентиляторов, часто высокооборотных для создания большого воздушного потока. И даже если применяются малошумные вентиляторы на 1200 - 1500 об/мин, то уровень шума компьютера падает достаточно мало из-за их большого количества в таком корпусе. Их число может достигать 6-7.
Я встречал в Internet конструкции оверклокеров, где их было более 10!

Как тут можно говорить об уровне шума?

Примером продвинутого корпуса ПК, по мнению прессы и производителя, может быть назван корпус SwordM производства фирмы Thermaltake. По крайней мере его так представляют. Его описание можно посмотреть по ссылке http://www.overclockers.ru/hardnews/26578.shtml.

Кроме супер конструкции из алюминиевых панелей с пневматическими упорами, в нем штатных 7, и возможна установка еще 4 вентиляторов диаметром 120 мм.

Еще одна особенность этого корпуса модель VD5000BNA особенная цена, на середину июля 2008 года она составляет - от 376$ до 464$ без блока питания, а модификация с системой водяного охлаждения (тоже без блока питания) от 523$ до 560$.

Не хило?

Мой компьютер, весь стоит немного меньше.

И еще немаловажный фактор - шум. В описании, так скромно, пишется  -  "Уровень шума -17 дБ(А) для каждого из 7 вентиляторов".

Это означает для всех семи вентиляторов до 33,9 дб. При установке всех 11 вентиляторов он приближается к 40 дб. Как вам нравится работать, (когда рядом шумит машина) при шуме соизмеримом с шумом средней улицы?

И это все имеет место когда есть недорогие решения проблемы. Они выполняют главное условие, обеспечивают подачу в корпус (а не к отдельным тепловыделяющим узлам) наиболее холодного, наружного воздуха.

 

Воздушное охлаждение

Чтобы отвести тепло выделившегося в корпусе ПК необходимо пропустить через корпус определенное количество воздуха. Которого надо тем больше чем меньше должен быть его нагрев (перегрев) в корпусе.

Для диапазона тепловыделения до 600 Вт, оценить необходимый расход воздуха для вывода из корпуса ПК заданной тепловой мощности можно по графику приведенному на рис.1.
 

Рисунок 1.
 

При тепловыделении до 150 Вт (что имело место чуть меньше 10 лет назад) для отвода горячего воздуха из любого корпуса ПК (при температуре перегрева 12,5 - 15 град.С) хватало расхода около 0,5 — 0,48 м3/мин, что может обеспечить вентилятор БП 80х80 мм со скоростью вращения 3400 об/мин в типовом корпусе с высоким или средним аэродинамическим сопротивлением.

Сейчас, при тепловыделении 500 Вт, необходим уже расход 2,5 - 2 м3/мин при перегреве 10 - 12,5 град.С, а при необходимости запаса по температуре (необходимо при разгоне или при больших нагрузках на узлы ПК) и до 10 - 5 м3/мин (при температуре перегрева 2,5 — 5 град.С).

Расход 2,5 - 2 м3/мин можно обеспечить в самых новых больших корпусах за счет применения нескольких малооборотных вытяжных вентиляторов (больше 3х).

А вот обеспечить расход охлаждающего воздуха на уровне 10 - 5 м3/мин, это для современных корпусов проблема не только вентиляторов но и корпуса.

В этих случаях корпус ПК должен иметь низкое сопротивление проходящему через него воздуху или аэродинамическое сопротивление.
 

Фактор шума

Как уже говорилось выше, прямым следствием увеличения объемов прокачиваемого воздуха в любом корпусе является шум.

Шумит каждый двигатель вентилятора, шумят его лопасти и даже воздух проходя в лабиринтах, перфорациях - тоже шумит.

Но кроме того, имеет место и шум вызванный вибрацией конструкций корпуса ПК вызванная воздушными потоками (последнее особенно проявляется на «дешевых» корпусах).

Изучение вопроса показывает, что уровень шума создаваемый вентиляторами пропорционален их производительности, скорости вращения ротора, создаваемому избыточному давлению и даже длине лопастей (диаметру вентилятора).

Например зависимость уровня шума от числа оборотов описывается выражением:

ΔNш = 50lg (N1/N0)

В результате для охлаждения корпусов можно рекомендовать применение мало оборотных вентиляторов большого диаметра. Расчеты показывают, что уровень шума двух вентиляторов одинакового диаметра, с расходом равным одному высоко оборотному вентилятору, имеют меньший уровень шума.

Но эти рекомендации не относятся к конструкциям с большим сопротивлением (корпусам и кулерам), поскольку в этом случае для прокачки необходимо применять вентиляторы с большим избыточным давлением, а это всегда достаточно шумные устройства.

Пример.

Тепловыделение в корпусе ПК составляет 500 Вт.

Необходимая Вам температура перегрева воздуха — 5 град.С

Получаем необходимый расход воздуха через корпус ПК — 5 м3/мин.
 

Для обеспечения заданного расхода воздуха необходимо установить -

Два вентилятора AFB1212HH — 2800 об/мин, 2.694 м3/мин, 41.5 дБ., 7.73 мм.H2O

или

один FFB1212EHE4000об/мин, 5.380 м3/мин, 59.0 дБ, 17.78 мм.H2O.

Оба варианта дают примерно одинаковый расход 5,388/5,38. Сравним оба варианта по уровню шума.
 

Два вентилятора AFB1212HH дают суммарный уровень шума 47,5 дБ **** против 59 дБ (FFB1212EHE ).

Это и применение корпуса с низким аэродинамическим сопротивлением (в котором несущественно создаваемое вентилятором давление) позволяет рекомендовать применение схемы с двумя вентиляторами.
 

Что такое корпус низкого сопротивления?

Прежде всего это большой корпус.

Да, приходится мириться с большими размерами, если необходима Ваша комфортная (не шумная) и бесперебойная для ПК работа даже при теперешних температурах на улице до 42-45 град.С.

Но не пугайтесь, не такой это огромный корпус.

Конечно желателен Big Tower, но в принципе необходим только корпус с увеличенной глубиной (от передней панели до задней стенки).

Глубина корпуса должна быть такая, чтобы "в свету" (как говорят специалисты) проходное сечение, в любом сечении корпуса было больше в 2-5 раз проходного сечения вытяжных вентиляторов. Это относится в том числе и к отверстиям для подачи воздуха в корпус.

Количественно такой корпус характеризуется потерями давления при прохождении воздушного потока составляющими менее 10% от давления создаваемого вытяжными вентиляторами.

Повторюсь. По этой причине, это прежде всего большой корпус с увеличенной глубиной. Но большие размеры полностью компенсируются эффективным охлаждением, небольшим уровнем шума.

В любом корпусе, можно добиваться заданного расхода охлаждающего воздуха установкой множества или достаточно мощных вентиляторов, которые создадут высокий перепад давления позволяющий обеспечить необходимый расход. Но в случае применения системы с большим количеством производительных вентиляторов с комбинированным включением (параллельно — последовательным по потоку, можно получить шумную систему с неустойчивым воздушным потоком, а значит и неустойчивым охлаждением.

Простое увеличение мощности или количества вентиляторов частично решая проблему объемов воздуха, автоматически выводит вперед проблему их шума.

В свою очередь, возросшие объемы прокачиваемого воздуха требуют очистки его от пыли, которая должна обеспечить работу ПК без чистки около года и одновременно иметь малое сопротивление воздушному потоку. Такая система должна иметь устройство контроля запыленности фильтра. Пыль это проблема в первую очередь возросших объемов проходящего воздуха, которому сопутствует увеличение отложения в корпусе ПК пыли. Поскольку перепады давления в корпусе ПК способствуют выпадению около 90% проходящей с воздушным потоком пыли внутри корпуса.

При возрастании в 10 раз объема проходящего воздуха пропорционально растет и количество пыли остающейся в корпусе.

Решение кроется в создании корпуса с низким аэродинамическим сопротивлением, и с оптимизированными воздушными потоками.

Если не вдаваться в аэродинамические расчеты, попробую дать здесь простые и понятные всем рекомендации, которые должны помочь в выборе нового корпуса или при его ревизии.. Все равно сложные расчеты не могут быть точными для настольных ПК, поскольку его наполнение постоянно меняется. Ведь большинство пользователей постоянно экспериментирует с заменой узлов ПК. Не говоря уж об установке дополнительного винчестера, переукладке или замене кабелей.

Как можно снизить аэродинамическое сопротивление?

Для этого надо:

Обеспечить проходные сечения для воздушных потоков в корпусе и на его входе должны быть больше (в несколько раз) суммарного проходного сечения вытяжных вентиляторов.

Уложить кабельное хозяйство корпуса ПК и закрепить его с помощью стяжек так чтобы обеспечить свободный проход запланированных воздушных потоков.

На входе в корпус необходимо установить пылезащитный фильтр низкого сопротивления и

обеспечить контроль его запыленности.

В малошумном корпусе с низким аэродинамическим сопротивлением должны применяться низкооборотные вытяжные вентиляторы, количество и производительность которых должны обеспечивать необходимый (согласно графику - рис. 1) расход воздуха.
 

Водяное охлаждение

В Internet циркулирует множество заверений, что водяные системы охлаждения имеют больший энергетический потенциал и много меньший шум.

Так ли это?

У воды вдвое большая теплоемкость и самое главное удельный вес воды в 830 раз больше воздуха. Это значит, что 1 м3 воды может отвести при нагреве 1658 раз большую мощность, чем аналогичный объем воздуха или другими словами эффективность отвода тепла в 1658 раз больше у воды по отношению к воздуху при прочих равных условиях.

Применение воды по сравнению с воздухом применительно к реальным цифрам расходов дает выигрыш, и согласно расчетам получен выигрыш 1,7 раза. В рассмотренном случае мощность помпы имеет мощность соизмеримую с мощностью привода вентилятора.

Что же касается шума то здесь дела обстоят по иному.

Поскольку теплопередача от теплоносителя (воды) в окружающую среду все равно осуществляется посредством воздуха, в большинстве случаев (за исключением огромных теплообменников с естественным охлаждением) для этого необходимы те же вентиляторы с той же производительностью и соответственно с тем же уровнем шума.

Отвод около 500 Вт тепла при небольшом (2-5 град.С) перегреве теплоносителя это достаточно сложная и шумная проблема. Аналогичный воздушному охлаждению расход воздуха необходимо обеспечить на внешнем теплообменнике. А это тот же уровень шума, что и у воздушного охлаждения. К этому добавляется и шум помпы, причем при работе распределительного устройства ее давление должно быть выше. А расход при параллельной работе нескольких источников тепла в несколько раз выше.

Отличительной особенностью водяной системы охлаждения наличие водяной помпы, которая должна выполнять работу по прокачке охлаждающей жидкости с заданным расходом. Это дополнительное энергопотребление и шум. Последний пропорционален производительности помпы.

В число узлов ПК, которые уже сейчас можно охлаждать водой входят:

  • центральный процессор,
  • видеокарта,
  • модули памяти,
  • чип северного моста системной логики ПК,
  • и даже HDD.
 
Заключение

Корпус должен, как уже говорилось выше, обеспечивать подачу внешнего холодного воздуха ко всем узлам компьютера с большим тепловыделением без больших энергетических затрат (минимальным количеством вентиляторов). Объем этого воздуха должен быть достаточным для поддержания заданной температуры воздуха на выходе из корпуса. (Должен обеспечивать заданный перегрев охлаждающего воздуха). Для эффективной теплоотдачи узлами ПК перегрев не должен превышать нескольких градусов.

При современном наборе комплектующих и перегреве указанном выше, расход охлаждающего воздуха может составлять до 60 - 80 м3/час.

Это возможно в корпусе с малым аэродинамическим сопротивлением. Только он может обеспечить эффективность охлаждения узлов ПК и температуру воздуха в его корпусе на уровне окружающего воздуха.

Признаки таких корпусов:

  • корпус должен иметь низкое аэродинамическое сопротивление или большая пропускная способность по охлаждающему воздуху (это привилегия больших корпусов),
  • расчетный воздушный поток должен обеспечиваться минимальным количеством вентиляторов,
  • для вентиляции корпуса необходимо применять низкооборотные вентиляторы большого диаметра,
  • в связи с возросшими объемами прокачиваемого воздуха корпус ПК должен иметь воздушный фильтр низкого сопротивления,
  • воздушные потоки в корпусе ПК должны быть организованы так чтобы они проходили через зону наибольшего тепловыделения,

И это тем более это большой корпус, для тех кто постоянно хочется чего-то изменить или добавить в свою систему, поэкспериментировать, а это требует запаса в корпусе по объему, мощности. Всем известны растущие запросы производителей к выделяемому объему и мощности для их новейшим моделям.

 

Маленький корпус это привилегия:

  • малого тепловыделения,

  • водяного охлаждения,

Организация водяного охлаждения усложняется когда оно применяется к нескольким охлаждаемым узлам, появляются задачи распределить потоки охлаждающей жидкости пропорционально тепловыделению узлов. При этом, появляется множество трубок подачи теплоносителя и сложная распределительно - регулирующая арматура.

Решить проблему распределения расходов воды по веткам, как это пытаются делать некоторые, с помощью тройников и крестовин невозможно.

Эта арматура должна располагаться за пределами корпуса, поскольку необходимо отрегулировать расход охлаждающей жидкости через каждый источник тепла.

Конечно возможны конструкции с заранее настроенным фиксированным распределителем находящимся внутри корпуса ПК, в этом случае число внешних трубок уменьшится до двух. Но эти ПК должны собираться и настраиваться при изготовлении (на заводе), что полностью лишает ПК гибкости конфигурации.

Но за все эти мытарства холодный и небольшой (относительно) корпус ПК.

август 2008 года.
Сорокин А.Д.

 

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.©

2002-2012