Системы водяного охлаждения – блеф, миф, бизнес?

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Вода давно применяется в системах охлаждения (СВО). Сейчас бизнес настойчиво внедряет в среду продвинутых пользователей ПК мнение, об огромных преимуществах систем водяного охлаждения одновременно расширяя модельный ряд систем водяного охлаждения для ПК, в просторечии «водянок». Попробуем разобраться в их эффективности с минимумом формул. Обращаю ваше внимание, что  приведенная здесь формула не может служить для расчета СВО, но позволяет сделать приблизительную оценку и сравнение эффективности систем.

 
 

Не удивительно, что СВО имеют высокий потенциал.

Сравним физические свойства воды и воздуха.

Значения удельной теплоёмкости

Вещество Удельная теплоёмкость
Дж·кг
-1·K-1
воздух (сухой) 1005
вода 4183

 

Значения удельного веса

Параметр при t
град.С
Уд. вес
кг/м3
Вещество
Воздух 20 1,204
Вода 20 998,23

 

Видим, что у воды вчетверо большая теплоемкость и самое главное удельный вес воды в 830 раз больше воздуха. Это значит, что 1 л воды может отвести при нагреве, на одинаковую температуру, более чем в 3300 раз большую мощность, чем аналогичный объем воздуха.

 

Обратите внимание!

1л воздуха и 1л воды! Но для прокачки 1 л воды надо затратить почти в 800 большую энергию.

 

Другими словами объемная эффективность отвода тепла в 3300 раз больше у воды по отношению к воздуху при прочих равных условиях.

Это понятно из формулы описывающей процесс теплообмена:

 

W = Lпр (tух - tпр) ρпр С (Вт)

 

Где:

W – отводимые избытки тепла Вт,

tух – температура теплоносителя на выходе охлаждаемого объема,

tпр –температура теплоносителя на входе в охлаждаемый,

ρпр – удельный вес теплоносителя на входе в систему в кг/м3,

С – теплоемкость теплоносителя в Дж/кг град,

Lпр – объем поступающего теплоносителя м3/сек.

 

Обратите внимание для получения данного преимущества нужно обеспечить прокачку одинакового объема теплоносителя!

 

НО!

 

Для прокачки воздуха с объемным расходом 0,1 м3/сек достаточно мощности привода около 7 Вт, но для прокачки воды, с аналогичным расходом, уже более 5000 Вт.

Не стоит забывать, что уровень шума пропорционален мощности привода.

 

В стационарных промышленных установках мощность это не проблема.

Да и нужен ли такой расход воды в системах охлаждения ПК?

Конечно, нет!

 

Не вдаваясь в тонкости, для примера попробуем прикинуть, какой выигрыш дает применение воды по сравнению с воздухом применительно к реальным цифрам расходов.

Из формулы:

W = Lпр (tух - tпр) ρпр С (Вт)

 

находим, для разности температур выходящего и входящего теплоносителя Δt=10 град.С:

 

Условия Δt
град.С
Расход Lпр Уд. вес ρпр Теплосъем Вт

Воздух

10 5 м3/мин (8,3*10-2
м3/сек)
1,204 кг/м3 1008 Вт

Вода

10 5л/мин
(8,3*10-5
м3/сек)
998,23 кг/м3 3465 Вт
 

В рассмотренном случае мощность помпы имеет мощность соизмеримую с мощностью привода вентилятора.

 

Вот теперь получена реальная цифра - согласно расчетам - получен выигрыш почти в 3,5 раза. это уже совсем не 3300 раз, как при равных объемных расходах.

Нельзя сказать, что это многократный выигрыш.

Нельзя сказать, и что это соизмеримые значения.

Но это не порядок, два - которые заставят всех стройными рядами броситься переходить на СВО.

На мой взгляд это тот необходимый запас, который может быть потеряны, если при сборке нарушается технология или режим работы системы.

Да это же подтверждается и множеством тестирований, согласно которым эффективность современных СВО идет примерно наравне с качественными кулерами на тепловых трубках, а иногда и отстает.

 

Одним из критичных узлов СВО является помпа

Поскольку трубопроводы имеют достаточно большое гидравлическое сопротивление, помпа должна создавать избыточное давление для его преодоления. Поэтому применение помп где такого параметра как избыточное давление просто нет в характеристиках – я бы не рекомендовал.

Нельзя забывать, что добавление в воду (теплоноситель) ПАВ (для повышения текучести) и антисептиков (для защиты от микрофлоры) снижает теплосъем за счет снижения плотности и теплоемкости раствора. Примерно то 10 до 30% (в зависимости от физических свойств и количества этих добавок).

 

Но можно сделать СВО и без помпы

Как мне справедливо указал Александр (приславший критический отзыв об этой статье), СВО могут работать и без помпы.

Да конечно это вполне реально!

Но каков будет результат?

А результат соотносится примерно так же как радиатор воздушного охлаждения с естественной вентиляцией и аналогичный радиатор с принудительной вентиляцией.

1. Разница в теплосъеме будет полностью определяться расходом теплоносителя и может составлять от 2 до 10 раз.

2. Но при этом, для обеспечения эффективной работы системы с естественной циркуляцией теплоносителя требуется температурный перепад (холодный - горячий теплоноситель больше 30 -:- 50°С) и как результат мы будем иметь более высокую температуру тепловыделяющего узла. Обычно она превышает 50°С.

Все это вместе взятое лишит СВО со свободной циркуляцией вообще каких либо преимуществ по сравнению с системами воздушного охлаждения.

 

Есть еще одна сторона водяного охлаждения

Как в воздушных, так и водяных системах охлаждения конечным теплоносителем является воздух.

Т.е. СВО является только транспортировщиком тепла от источника к внешней среде.

Снятая с помощью (СВО) водяной системе охлаждения тепловая мощность, в конечном итоге все равно отводится в атмосферный воздух с помощью теплообменника, который охлаждается внешним воздухом, нагнетаемым вентилятором. Его характеристики (мощность, расход) равны аналогичными в воздушных системах охлаждения. А уровень шума одного вентилятора, заменяющего несколько меньшей производительности, всегда больше суммарного уровня шума нескольких вентиляторов с суммарной производительностью равной ему.

Еще раз обращаю Ваше внимание!

Система водяного охлаждения является промежуточным узлом, транспортирующим тепло от источника тепла к внешнему теплообменнику. И как у всяких подобных узлов существует коэффициент полезного действия (КПД), который всегда меньше единицы. Дальше тепло отводится в атмосферный воздух способом аналогичным воздушным системам охлаждения.

 

Многим кажется, что применение СВО позволяет отодвинуть внешний теплообменник от компьютера, но любое удлинение шлангов для транспортировки воды требует для сохранения заданного расхода воды - увеличения напора помпы.

 

Так что же такое вода для СВО ПК?
Блеф, миф, бизнес?

Далеко не блеф!

Водяные системы охлаждения имеют наибольший теплосъем по сравнению с другими системами, при простоте устройства и обслуживания. А при увеличении объема прокачиваемого теплоносителя они обеспечивают теплосъем недоступный другим системам. Поэтому им нет замены при мощностях тепловыделения охлаждаемого объекта 1-100 кВт.

 

Миф?

В какой -то части. По крайней мере, об их супер эффективности и низком уровне шума при тепловыделении охлаждаемого узла около 100 Вт.

Об эффективности я уже сказал, она только немного больше. (если для кого-то 300% в максимуме это огромный выигрыш, то для меня, да и практика показывает, это величина в пределах технологических погрешностей появляющихся при сборке СВО и установке теплосъемника и термоинтерфейса)

Их уровень шума больше воздушных систем охлаждения с аналогичным теплосъемом.

Неоспоримым их преимуществом является возможность наращивания отводимых от тепловыделяющих узлов мощности, которая ограничена, только расходом теплоносителя (в разумных приделах), при соответствующем наращивании затрат энергии на прокачку теплоносителя.

Но, скажете Вы, существует решение, когда теплообменник работает без применения дополнительного вентилятора, за счет естественной конвекции. Это решение многократно увеличивает поверхность теплообмена и поэтому размеры теплообменника. При этом возрастает температура возвращаемого теплоносителя и соответственно температура охлаждаемого объекта.

Такое решение в некоторых случаях может оказаться менее эффективным чем воздушная система охлаждения.

 

Скорее всего, это бизнес!

И как во всяком бизнесе к нему надо относиться внимательно и со знанием проблемы, чтобы не дать продавцу возможность сбросить пользователю неудачную конструкцию.

 

Так что же, применение СВО нецелесообразно?

Почему?

Они по крайней мере не хуже воздушных систем охлаждения. И там, где есть проблема с размещением крупногабаритных кулеров, можно заменить их более компактными водяными теплосъемниками СВО. Это позволяет создавать сравнительно малогабаритные системы.

Тем более, кто мешает Вам провести исследование СВО и сравнение ее характеристик с конкурентами. А вообще-то, я обычно применяю достаточно хорошо отработанные системы протестированные производителем и имеющие подробные технические характеристики от производителя описывающие эффективность выбранного Вам изделия.. Одним из наиболее важных параметров является тепловое сопротивление, которое напрямую дает возможность рассчитать теплосъем.

 

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

август 2008, май 2011 года.
Сорокин А.Д.

 

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

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.©

2002-2011