Sisteme de răcire pe computer: pasiv, activ, lichid, freon, răcitor de apă, evaporare deschisă, în cascadă, răcire Peltier

În timpul funcționării computerului, unele dintre componentele sale devin foarte fierbinți, iar dacă căldura generată nu este îndepărtată suficient de repede, atunci computerul pur și simplu nu va putea funcționa din cauza încălcării caracteristicilor normale ale principalelor sale componente semiconductoare.

Îndepărtarea căldurii din părțile de încălzire ale computerului este cea mai importantă sarcină pe care o rezolvă sistemul de răcire a computerului, care este un set de instrumente specializate care funcționează continuu, sistematic și armonios pe toată perioada în care computerul este utilizat activ.

În timpul funcționării sistemului de răcire al computerului, se utilizează căldura generată de trecerea curenților de funcționare prin elementele cheie ale computerului, în special prin elementele unității sale de sistem.Cantitatea de căldură generată în acest caz depinde de resursele de calcul ale computerului și de sarcina actuală a acestuia în raport cu toate resursele disponibile mașinii.

În orice caz, căldura este recuperată în atmosferă. În cazul răcirii pasive, căldura este îndepărtată din părțile încălzite printr-un radiator direct în aerul din jur prin convecție convențională și radiație infraroșie. În răcirea activă, pe lângă convecție și radiația infraroșie, se folosește suflarea cu un ventilator, ceea ce crește intensitatea convecției (această soluție se numește „răcitor”).

Există, de asemenea, sisteme de răcire cu lichid în care căldura este mai întâi transferată de un purtător de căldură și apoi utilizată din nou în atmosferă. Există sisteme de evaporare deschise în care căldura este îndepărtată datorită tranziției de fază a lichidului de răcire.

Deci, conform principiului eliminării căldurii din părțile de încălzire ale computerului, există sisteme de răcire: răcire cu aer, răcire cu lichid, freon, evaporare deschisă și combinate (pe baza elementelor Peltier și răcitoare de apă).

Sistem pasiv de răcire cu aer

Echipamentele care nu sunt încărcate termic nu necesită deloc sisteme speciale de răcire. Echipamentul fără încărcare termică este unul în care fluxul de căldură pe centimetru pătrat al suprafeței încălzite (densitatea fluxului de căldură) nu depășește 0,5 mW. În aceste condiții, supraîncălzirea suprafeței încălzite în raport cu aerul din jur nu va fi mai mare de 0,5 ° C, maximul obișnuit pentru un astfel de caz este de +60 ° C.

Dar dacă parametrii termici ai componentelor în modul normal de funcționare depășesc aceste valori (în timp ce generarea de căldură se menține, totuși, relativ scăzută), atunci pe astfel de componente sunt instalate numai radiatoare, adică dispozitive pentru îndepărtarea pasivă a căldurii , așa-numitele sisteme de răcire pasive.

Când puterea cipului este scăzută sau când cerințele de capacitate de calcul ale sistemului sunt limitate în mod constant, de regulă, doar un radiator este suficient, chiar și fără ventilator. Radiatorul este selectat individual în fiecare caz.

Practic sistemul de racire pasiva functioneaza in felul urmator.Caldura este transferata direct de la componenta de incalzire (cip) la radiator datorita conductibilitatii termice a materialului sau cu ajutorul conductelor termice (termosifon sau camera de evaporare sunt diferite fundamentale). solutii cu conducte termice).

Funcția radiatorului este de a radia căldură în spațiul înconjurător prin radiație infraroșie și de a transfera căldura pur și simplu prin conductibilitatea termică a aerului din jur, ceea ce contribuie la apariția curenților naturali de convecție. Pentru a radia căldura pe întreaga suprafață a radiatorului cât mai intens posibil, suprafața radiatorului devine neagră.

Mai ales astăzi (în diverse echipamente, inclusiv computere), sistemul de răcire pasivă este larg răspândit. Un astfel de sistem este foarte flexibil, deoarece caloriferele pot fi montate cu ușurință pe majoritatea componentelor calduroase. Cu cât suprafața efectivă de disipare a căldurii de la radiator este mai mare, cu atât răcirea este mai eficientă.

Factorii importanți care afectează eficiența răcirii sunt viteza fluxului de aer care trece prin radiator și temperatura (în special diferența de temperatură față de mediu).

Mulți oameni știu că înainte de a monta un radiator pe o componentă, este necesar să aplicați pastă termică (ex. KPT-8) pe suprafețele de împerechere. Acest lucru se face pentru a crește conductibilitatea termică în spațiul dintre componente.

Inițial, problema este că suprafețele radiatorului și componenta pe care se montează, după producția și șlefuirea din fabrică, mai au rugozitate de ordinul a 10 microni, iar chiar și după lustruire rămân aproximativ 5 microni de rugozitate. Aceste neregularități împiedică suprafețele de conectare să fie presate împreună cât mai strâns posibil, fără spațiu, rezultând un spațiu de aer cu conductivitate termică scăzută.

Radiatoarele cu cea mai mare dimensiune și zonă activă sunt de obicei montate pe procesoare și GPU. Dacă este necesară asamblarea unui computer silențios, atunci, având în vedere viteza redusă de trecere a aerului, sunt necesare radiatoare speciale foarte mari, caracterizate printr-o eficiență crescută a disipării căldurii.

Sistem activ de răcire cu aer

Pentru a îmbunătăți răcirea, pentru a face fluxul de aer prin calorifer mai intens, se folosesc suplimentar ventilatoare. Un radiator echipat cu un ventilator se numește răcitor. Coolerele sunt instalate pe grafica și pe procesoarele centrale ale computerului. Dacă nu este posibil să instalați un radiator pe unele dintre componente, cum ar fi un hard disk, sau nu este recomandat, atunci se folosește o simplă explozie a ventilatorului fără radiator.Este destul.

Sistem de racire cu lichid

Sistemul de răcire cu lichid funcționează pe principiul transferului de căldură de la componenta răcită la radiator cu ajutorul unui fluid de lucru care circulă în sistem. Un astfel de lichid este de obicei apă distilată cu aditivi bactericide și anti-galvanici sau antigel, ulei, alte lichide speciale și, în unele cazuri, metal lichid.

Un astfel de sistem include în mod necesar: o pompă pentru circulația fluidului și un radiator (bloc de apă, cap de răcire) pentru a elimina căldura din elementul de încălzire și a o transfera în fluidul de lucru. Căldura este apoi disipată de un radiator (sistem activ sau pasiv).

În plus, sistemul de răcire cu lichid are un rezervor de fluid de lucru, care compensează dilatarea termică a acestuia și crește inerția termică a sistemului. Rezervorul este convenabil de umplut și este, de asemenea, convenabil să goliți fluidul de lucru prin el. Într-un astfel de sistem, sunt necesare furtunurile și țevile necesare. Opțional poate fi disponibil un senzor de debit de lichid.

Fluidul de lucru are o capacitate termică suficient de mare pentru a asigura o eficiență ridicată de răcire la viteză de circulație scăzută și o conductivitate termică ridicată, ceea ce reduce la minimum diferența de temperatură dintre suprafața de evaporare și peretele conductei.

Sistem de racire cu freon

Overclockarea extremă a procesorului necesită o temperatură negativă a elementului răcit în timpul funcționării sale continue. Pentru aceasta sunt necesare instalații cu freon. Aceste sisteme sunt unitati frigorifice in care evaporatorul este montat direct pe componenta din care caldura trebuie indepartata intr-un ritm foarte mare.

Dezavantajele sistemului cu freon, pe langa complexitatea sa, sunt: ​​nevoia de izolare termica, lupta obligatorie cu condensul, dificultatea de a raci mai multe componente in acelasi timp, consumul mare de energie si pretul ridicat.

Răcitor de apă

Waterchiller este un sistem de răcire care combină o unitate cu freon și răcirea cu lichid. Aici, antigelul care circulă în sistem este răcit în continuare într-un schimbător de căldură folosind un bloc de freon.

Într-un astfel de sistem, cu ajutorul unei unități freon se obține o temperatură negativă, iar lichidul poate răci simultan mai multe componente. Un sistem convențional de răcire cu freon nu permite acest lucru. Dezavantajele unui răcitor de apă sunt nevoia de izolare termică a întregului sistem, precum și complexitatea și costul ridicat.

Sistem de răcire prin evaporare deschis

Sistemele de răcire cu vapori deschise utilizează un fluid de lucru - un agent frigorific cum ar fi heliu, azot lichid sau gheață carbonică. Lichidul de lucru este evaporat într-un pahar deschis, care este montat direct pe elementul de încălzire, care trebuie răcit foarte repede.

Această metodă aparține amatorilor și este folosită în principal de pasionații care au nevoie de overclockare extremă („overclocking”) a echipamentelor disponibile. Folosind această metodă, puteți obține cea mai scăzută temperatură, dar sticla cu agent frigorific va trebui să fie completată în mod regulat, adică sistemul are o limită de timp și necesită o atenție constantă.

Sistem de racire in cascada

Un sistem de răcire în cascadă înseamnă includerea consecutivă simultană a doi sau mai mulți freoni. Pentru a obține temperaturi mai scăzute, se folosește freon cu un punct de fierbere redus.Dacă mașina cu freon este cu o singură etapă, atunci este necesar să creșteți presiunea de lucru cu compresoare puternice.

Dar există o alternativă - răcirea radiatorului unui bloc de freon cu un alt bloc similar. Astfel, presiunea de funcționare în sistem poate fi redusă și nu mai este necesară putere mare de la compresoare, putându-se folosi compresoare convenționale. Sistemul în cascadă, în ciuda complexității sale, permite atingerea unei temperaturi mai scăzute decât în ​​cazul unei instalații convenționale cu freon, iar în comparație cu un sistem de evaporare deschis, o astfel de instalație poate funcționa continuu.

Sistem de racire Peltier

În sistemul de răcire cu un element Peltier se monteaza cu partea sa rece pe suprafata de racit, in timp ce partea calda a elementului necesita racire intensiva de la un alt sistem in timpul functionarii acestuia. Sistemul este relativ compact.