Охлаждение компьютера,

что надо знать

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Охлаждение компьютера и его узлов это многогранная проблема включающая в себя как проблемы охлаждения узлов, так и теплообмена внутри компьютера и вывод тепла за пределы корпуса. И все они связаны и определяют в конечном итоге возможность устойчивой работы компьютера в заданном температурном диапазоне внешней среды.
Причем на охлаждение компьютеров накладывает свой отпечаток и то, что максимальная температура охлаждаемых полупроводниковых приборов не должна приближаться к 85 - 100 °С. Теория говорит, чем больше температура нагретого тела тем легче его охлаждать.

Охлаждение компьютера, как и вообще радиоаппаратуры, проблема которая волнует сейчас многих. Потому что современные электронные устройства имеют достаточно высокое тепловыделение. Что касается компьютеров, их высокое тепловыделение в первую очередь обусловлено высокой производительностью его узлов, и их растущим количеством. Эта тенденция распространяется не только на специализированные ПК для систем проектирования и обработки графики, они проявляются и на компьютерах для дома.

Тепловой барьер ...

Мы знаем про тепловой барьер самолетов, в словарях пишут:

БАРЬЕР ТЕПЛОВОЙ
Критический нагрев конструкции летательного аппарата при полете с большой скоростью в атмосфере, в результате чего может произойти его разрушение.

... в электронике

Нечто подобное существует и в электронике для тепловыделяющих объектов.

Только здесь:

Тепловой барьер
Нагрев элементов приводящий к нарушению функционирования устройства или снижению его ресурса, надежности.
или
Температура, установленная производителем, при которой происходит автоматическое отключение устройства с целью предотвращения его выхода из строя.

Тепловой барьер существует для компьютера или каждого из его узлов.

Тепловой барьер компьютера - это температура воздуха в корпусе которая приводит компьютер к неработоспособному состоянию (зависанию, перезагрузке, снижению ресурса). Иногда последнее происходит из-за превышения "теплового барьера" его узлов. Которые, в большинстве своем, сейчас имеют встроенные средства защиты от перегрева (теплового барьера).

Для компьютера чем меньше размеры его корпуса тем меньше его "тепловой барьер". Тепловой барьер отодвигает в сторону большего тепловыделения его вентиляция.

"Тепловой барьер" чипов

Выделение тепла главными чипами компьютера (процессорами) стабилизировалось на уровне когда современные системы охлаждения еще способны обеспечить их работоспособность. Любое дальнейшее увеличение их производительности без кардинального изменения элементной базы натыкается на "тепловой барьер чипа".

Этот "тепловой барьер" установился для чипов большой площади (более 100 мм²) с большими градиентами (более 50°С) по поверхности на уровне 35 - 40 Вт/см²

Параметр	Предельная величина для чипов на Si
Тепловой барьер	< 100°С
Тепловой поток	35 -40 Вт/см²

в секунду (меньшее значение для Intel, большее для AMD). Дальнейшее его увеличение, на данных конструктивах, невозможно без повышения его температуры и в результате снижения ресурса чипа.

Тепловыделение компьютеров

Современные компьютеры имеют разнообразную элементную базу, конфигурацию и назначение.

С точки зрения тепловыделения компьютеры можно поделить на несколько категорий:

Категория	Мощность выделяемого тепла, Вт	Требуемый для охлаждения объем воздуха м³/мин	Конструктив***	Назначение
Переносные компьютеры (Ноутбук, нетбук, планшет)	<50	до 0,2	нет стандарта	Документы*
Компьютер для офиса	< 200	до 1,3	десктоп - башня	Документы, бухгалтерия
Компьютер для дома	250 -:- 300****	1,5 - 2,5	все типы	Документы, игры, графика, видео
Компьютер для игр и симуляторов	до 450	до 3	обычно большая башня	Игры с 3D графикой
Рабочие станции для обработки потоков информации и проектных работ	> 450	> 3	обычно корпуса повышенного объема	Обработка видео, CAD, 3D моделирование
Промышленные сервера	от 300	от 2,5	19"	Данные**
Компьютер для разгона	>450	> 3	большой	эксперимент

* хотя производители и пишут "игровой ноутбук", ".... планшет" играть в игры предназначенные для специального игрового компьютера на этих компьютерах нельзя, а смотреть кино и играть в облегченные версии игр можно только несколько часов. Наверное поэтому у игроманов они не в почете.

** особенностью серверов является при тепловыделении на уровне производительной рабочей станции его геометрические размеры определяются другими стандартами и посадочными местами стойки. Это определяет более тяжелый тепловой режим.

*** Конструктив — понятие, включающее в себя набор требований к механическому исполнению объектов. Понятие конструктива не накладывает прямых ограничений на функциональные, электрические или какие-либо ещё свойства.

**** Для такого компьютера уже существует широкий выбор корпусов, которые способны пропустить через себя 0,5 м³/мин и более воздуха. Но 0,5 м³/мин это расчетная величина при эффективной теплопередаче (коэффициент теплопередачи =1). Реально это недостижимая величина и коэффициент теплопередачи узлов в корпусе ПК имеет величину от 0,3 до 0,7. Это значит, что полученное значение объема прокачиваемого воздуха надо разделить на величину реального коэффициента теплопередачи. В результате необходимый для охлаждения узлов объем воздуха возрастает до 2,5 -:- 1,5 м³/мин. Такой расход может обеспечить стандартный вентилятор диаметром 120 мм при 2500 об/мин.

Это разделение весьма условно, можно спорить о границах категорий потому что единичные модели выпадают из этих границ, но общая масса компьютеров хорошо в них вписывается.

Отдельно стоят промышленные серверы и ПК для экспериментов с разгоном узлов.

Особенность серверов конструкция корпусов, предназначенных для монтажа в стойки (шкафы), что определяет их уменьшенные габариты по сравнению с компьютерами при таком же или часто большем тепловыделении.

Серверные корпуса 19"

Серверные корпуса 19" предназначены для сборки промышленных компьютеров и монтируются в специально предназначенные для этого шкафы и стойки. Высота таких корпусов измеряется в Юнитах. Минимальная высота для корпуса 1U (юнит), максимальная 8U не считая редко встречающегося специального оборудования.
Высота корпуса 1U (всего 43,5мм), такие корпуса 1U серверов были специально разработаны для максимального размещения их в серверных стойках. Количество таких корпусов, помещающихся в одну стойку может достигать 45 штук. Ширина стандартного корпуса 19" 435мм а глубина может быть от ультракоротких в (330 мм) до корпусов вмещающих в себя 4-х процессорные системы глубиной 650 мм.

Самостоятельная, с нуля, сборка серверов в корпусах 1U не рекомендуется, так как обеспечить требуемые параметры охлаждения довольно сложно.

Стойки с серверами обычно монтируются в специально оборудованном помещении и к ним не предъявляются требования к уровню шума.

Компьютеры для разгона и длительной работы в этом режиме имеют ту особенность, что при суммарной мощности тепловыделения соизмеримой с мощностью хорошего компьютера (более 450 Вт) они имеют повышенное локальное тепловыделение, в районе процессора, памяти, видеокарты.

Тепловой барьер корпуса

Корпус компьютера тоже имеет свой тепловой барьер.

Если рассматривать корпус как замкнутый объем не имеющий вентиляции (например планшет), то способность такого корпуса отводить тепло определяется площадью его теплоотводящей поверхности из расчета 1 Вт отводимого тепла на 15-20 см²поверхности.

Это значит что существует зависимость тепловыделения такого корпуса и его размерами (площадью поверхности задействованной для теплообмена).

Принудительная вентиляция снимают требования большого размера корпуса. И чем больше воздушный поток, тем меньше это ограничение, потому что основная часть тепла выводится через поступающий в корпус воздух.

Известны случаи когда температура воздуха в корпусах с плохим воздухообменом повышалась до 35 и даже 45°С.

Но все равно размер корпуса напрямую связан с его тепловыделением.

Общие принципы охлаждения

Для того чтобы грамотно выбрать тип системы охлаждения надо знать возможности разных типов.

Специалисты оценивают:

Коэффициент теплоотдачи для применяемых в системах охлаждения типов теплообмена:

Типы теплообмена*	Коэффициент теплоотдачи Вт/м²хК
естественная конвекция	до 10
принудительная конвекция	до 100
естественная конвекция в воде	до 500
принудительная конвекция в воде	до 3000
испарительные системы на воде	до 10000

* - для нормального атмосферного давления

Все остальные типы являются промежуточными.

Поскольку естественная конвекция основана на свободном перемещении теплоносителя в объеме за счет конвективных потоков то для ее эффективности требуется пространство не препятствующее их течению и перепад температуры источника нагрева и внешней среды.

В ограниченных объемах или сечениях эти условия выполнить невозможно необходимо использовать системы с принудительной подачей теплоносителя.

Minitower Cooler Master HAF XB (RC-902XB-KKN1). Корпус с выдающейся вентиляцией для сборки игрового компьютера класса премиум.

Уже сейчас экономически целесообразно применение водяных систем охлаждения при тепловыделении более 1000 Вт. Применительно к вычислительной технике, это серверные комплексы (стойки) с числом серверов более 10.

Эффективность систем охлаждения узлов компьютера не может быть высокой уже потому что она определяется перепадом температур источника тепла и внешней среды. А вот как раз температура источника тепла (например процессора) как любого другого полупроводникового устройства низка, и не превышает на кристалле 100°С. При этом перепад температур в тепловой цепи не превышает 75°С. Этот перепад температур и ограничивает эффективность систем охлаждения.

Термоэлектрическая сборка OverFrost-480-AL-1 «Охлаждение жидкости»
Питание модулей (ТЕМ)
Напряжение 24В
Ток потребления 35А
Питание вентилятора (FAN)
Напряжение 24В
Ток потребления 2,5А
Термоэлектрические параметры
Охлаждающая способность, Токр=28°С, Delta T=0, Вт(1) 330
Условия эксплуатации
Температура окружающего воздуха 0°С … +60°С
Относительная влажность не более 98%
Исполнение
Степень защиты(2) IP21
Габаритные размеры 540 х 250 х 90 мм
Масса не более 6 кг
1.Токр. -температура окружающего воздуха. Delta T -разность температур
подаваемой жидкости и Токр..
2.По требованию заказчика термоэлектрические сборки могут быть выполнены с
различной степенью защиты до IP54, в соответствии с международным стандартом
IEC60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96).

Цена 35,7 тыс.руб

Заключение

Для данного ряда применений существует множество различных моделей корпусов от множества производителей. В большинстве своем они способны обеспечить отвод выделяемого тепла за пределы корпуса, особенно

Но не все.

Главный критерий способности корпуса обеспечить работоспособность Вашей системы это способность его конструкции и вентиляторов обеспечить необходимый объем воздуха прокачиваемого через корпус.

Не следует забывать несколько принципов:

даже при применении систем водяного охлаждения в корпусе остаются тепловыделяющие узлы которые невозможно охладить водой, поэтому корпус в любом случае должен иметь вентиляцию (обмен холодным воздухом с внешней средой).
высокая эффективность охлаждения узлов предполагает увеличенное тепловыделение в корпусе,
применение термоэлектрического охлаждения (иначе: модулей Пельтье), при правильной организации их работы, улучшает режим работы охлаждаемых узлов, но требует увеличения объемов прокачиваемого через корпус воздуха. в связи с его собственным тепловыделением.

Поэтому вентиляция корпусов ПК любого уровня должна применяться при любом тепловыделении, за исключением случает когда отвод выделяемого в корпусе тепла способен обеспечить сам корпус.

Ссылки:

Термоэлектрическая сборка "жидкость-жидкость"

август 2008 года.

Сорокин А.Д.

<<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/

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

2002-2020