Számítógépes hűtőrendszerek: passzív, aktív, folyékony, freon, vízhűtő, nyílt elpárologtatás, kaszkád, Peltier hűtés

A számítógép működése során egyes alkatrészei nagyon felforrósodnak, és ha a keletkezett hőt nem távolítják el elég gyorsan, akkor a számítógép egyszerűen nem tud működni a fő félvezető alkatrészek normál jellemzőinek megsértése miatt.

A számítógép fűtőrészeinek hőelvezetése a legfontosabb feladat, amelyet a számítógép hűtőrendszere megold, amely speciális eszközök összessége, amely a számítógép aktív használatának teljes ideje alatt folyamatosan, szisztematikusan és harmonikusan működik.

A számítógép hűtőrendszerének működése során az üzemi áramoknak a számítógép kulcsfontosságú elemein, különösen annak rendszeregységének elemein keresztül keletkező hő hasznosul.A keletkező hő mennyisége ebben az esetben a számítógép számítási erőforrásaitól és aktuális terhelésétől függ a gép rendelkezésére álló összes erőforráshoz viszonyítva.

Mindenesetre a hő visszanyerődik a légkörben. A passzív hűtés során a hőt hagyományos konvekciós és infravörös sugárzással egy radiátoron keresztül közvetlenül a környező levegőbe távolítják el a felfűtött részekből. Az aktív hűtésnél a konvekciós és infravörös sugárzás mellett ventilátoros fújást alkalmaznak, ami növeli a konvekció intenzitását (ezt a megoldást "hűtőnek" nevezik).

Vannak olyan folyékony hűtőrendszerek is, ahol a hőt először egy hőhordozó továbbítja, majd újra felhasználja a légkörben. Léteznek nyitott párologtató rendszerek, ahol a hűtőfolyadék fázisátalakulása miatt hő távozik.

Tehát a számítógép fűtőrészeiből való hő eltávolításának elve szerint vannak hűtőrendszerek: léghűtés, folyadékhűtés, freon, nyílt elpárologtatás és kombinált (Peltier-elemeken és vízhűtőkön alapul).

Passzív léghűtő rendszer

A nem hőterhelésű berendezések egyáltalán nem igényelnek speciális hűtőrendszert. Nem hőterhelt berendezés az, ahol a fűtött felület négyzetcentiméterére eső hőáram (hőáram-sűrűség) nem haladja meg a 0,5 mW-ot. Ilyen körülmények között a fűtött felület túlmelegedése a környező levegőhöz képest nem haladja meg a 0,5 ° C-ot, a szokásos maximum ilyen esetben +60 ° C.

De ha az alkatrészek termikus paraméterei normál üzemmódban meghaladják ezeket az értékeket (a hőtermelés viszonylag alacsony szinten tartása mellett), akkor az ilyen alkatrészekre csak radiátorokat szerelnek fel, azaz passzív hőelvezető eszközöket. , az úgynevezett passzív hűtőrendszerek.

Ha a chip teljesítménye alacsony, vagy a rendszer számítási kapacitásigénye folyamatosan korlátozott, általában csak egy hűtőborda elegendő, még ventilátor nélkül is. A radiátor kiválasztása minden esetben egyedileg történik.

A passzív hűtőrendszer alapvetően a következőképpen működik: a hő közvetlenül a fűtőelemből (chip) kerül a hűtőbordába az anyag hővezető képessége miatt, vagy hőcsövek segítségével (a termoszifon vagy az elpárologtató kamra más alapvető megoldások hőcsövekkel).

A radiátor feladata, hogy infravörös sugárzással hőt sugározzon a környező térbe, és egyszerűen a környező levegő hővezető képességén keresztül hőt adjon át, ami hozzájárul a természetes konvekciós áramok kialakulásához. Annak érdekében, hogy a lehető legintenzívebben sugározzon hőt a radiátor teljes területén, a radiátor felülete feketévé válik.

Különösen manapság (különböző berendezésekben, beleértve a számítógépeket is) a passzív hűtőrendszer elterjedt. Egy ilyen rendszer nagyon rugalmas, mivel a radiátorok könnyen felszerelhetők a legtöbb hőigényes alkatrészre. Minél nagyobb a radiátor hőelvezetésének effektív területe, annál hatékonyabb a hűtés.

A hűtési hatékonyságot befolyásoló fontos tényezők a hűtőbordán áthaladó légáramlás sebessége és a hőmérséklet (különösen a környezet hőmérséklet-különbsége).

Sokan tudják, hogy mielőtt hűtőbordát szerelnének egy alkatrészre, hőpasztával (pl. KPT-8) kell felkenni az illeszkedő felületeket. Ennek célja a hővezető képesség növelése az alkatrészek közötti térben.

Kezdetben az a probléma, hogy a radiátor és az azt felszerelt alkatrész felületein a gyári gyártás és csiszolás után még 10 mikronos nagyságrendű érdesség van, és polírozás után is kb 5 mikron érdesség marad. Ezek az egyenetlenségek megakadályozzák, hogy az összekötő felületek rés nélkül a lehető legszorosabban összenyomódjanak, ami alacsony hővezető képességű légrést eredményez.

A legnagyobb méretű és aktív területű hűtőbordákat általában CPU-kra és GPU-kra szerelik. Ha szükség van egy csendes számítógép összeszerelésére, akkor a légáramlás alacsony sebessége miatt speciális, nagyon nagy radiátorokra van szükség, amelyeket a hőelvezetés megnövekedett hatékonysága jellemez.

Aktív léghűtő rendszer

A hűtés javítása és a levegő áramlásának fokozása érdekében a radiátoron keresztül ventilátorokat is használnak. A ventilátorral felszerelt radiátort hűtőnek nevezzük. A hűtőket a számítógép grafikus és központi processzoraira telepítik. Ha egyes alkatrészekre, például merevlemezre nem lehet hűtőbordát szerelni, vagy nem ajánlott, akkor egyszerű hűtőborda nélküli ventilátorfújást alkalmazunk.Ez bőven elég.

Folyékony hűtőrendszer

A folyékony hűtőrendszer azon az elven működik, hogy a rendszerben keringő munkafolyadék segítségével a hűtött alkatrészről a radiátorra továbbítja a hőt. Ilyen folyadék általában desztillált víz, baktericid és galvanikus gátló adalékokkal vagy fagyállóval, olajjal, egyéb speciális folyadékokkal, esetenként folyékony fémmel.

Egy ilyen rendszer szükségszerűen tartalmaz: egy szivattyút a folyadék keringetésére és egy radiátort (vizes blokk, hűtőfej), hogy elvonja a hőt a fűtőelemtől és átadja azt a munkaközegnek. A hőt ezután egy hűtőborda (aktív vagy passzív rendszer) vezeti el.

Ezenkívül a folyékony hűtőrendszerben van egy munkafolyadék-tartály, amely kompenzálja a hőtágulást és növeli a rendszer hőtehetetlenségét. A tartályt kényelmesen meg lehet tölteni, és kényelmes a munkafolyadék leeresztése is. Egy ilyen rendszerben szükség van a szükséges tömlőkre és csövekre. Folyadékáramlás-érzékelő opcionálisan rendelhető.

A munkafolyadék kellően nagy hőkapacitással rendelkezik ahhoz, hogy alacsony keringési sebesség mellett magas hűtési hatékonyságot és magas hővezető képességet biztosítson, ami minimálisra csökkenti a párolgó felület és a csőfal közötti hőmérsékletkülönbséget.

Freon hűtőrendszer

A processzor extrém túlhajtásához a hűtött elem negatív hőmérséklete szükséges a folyamatos működés során. Ehhez freon telepítésre van szükség. Ezek a rendszerek olyan hűtőegységek, amelyekben az elpárologtató közvetlenül arra az alkatrészre van felszerelve, amelyről a hőt nagyon nagy sebességgel kell eltávolítani.

A freonos rendszer hátrányai a komplexitáson túlmenően: a hőszigetelés szükségessége, a kondenzvízzel való kötelező küzdelem, a több alkatrész egyidejű hűtésének nehézsége, a magas energiafogyasztás és a magas ár.

Vízhűtő

A Waterchiller egy hűtőrendszer, amely egyesíti a freon egységet és a folyadékhűtést. Itt a rendszerben keringő fagyállót tovább hűtik egy hőcserélőben egy freonblokk segítségével.

Egy ilyen rendszerben egy freonegység segítségével negatív hőmérsékletet kapunk, és a folyadék egyszerre több komponenst is hűthet. A hagyományos freon hűtőrendszer ezt nem teszi lehetővé. A vízhűtő hátrányai a teljes rendszer hőszigetelésének szükségessége, valamint a bonyolultság és a magas költségek.

Nyissa meg az elpárologtató hűtőrendszert

A nyitott gőzhűtő rendszerek munkafolyadékot használnak – hűtőközeget, például héliumot, folyékony nitrogént vagy szárazjeget. A munkafolyadék elpárologtatása egy nyitott üvegben történik, amely közvetlenül a fűtőelemre van felszerelve, amelyet nagyon gyorsan le kell hűteni.

Ez a módszer az amatőrökhöz tartozik, és főként olyan hobbibarátok használják, akiknek szükségük van a rendelkezésre álló berendezések extrém túlhajtására ("túlhúzására"). Ezzel a módszerrel érheti el a legalacsonyabb hőmérsékletet, de a hűtőközeggel ellátott üveget rendszeresen fel kell tölteni, vagyis a rendszernek időkorlátja van, és állandó figyelmet igényel.

Kaszkád hűtőrendszer

A kaszkádhűtési rendszer két vagy több freon egyidejű, egymás utáni beépítését jelenti. Alacsonyabb hőmérséklet eléréséhez csökkentett forráspontú freont használnak.Ha a freongép egyfokozatú, akkor az üzemi nyomást erős kompresszorokkal kell növelni.

De van egy alternatíva - egy freonblokk radiátorának hűtése egy másik hasonló blokkal. Így csökkenthető az üzemi nyomás a rendszerben, és már nincs szükség nagy teljesítményre a kompresszoroktól, hagyományos kompresszorok használhatók. A kaszkádrendszer bonyolultsága ellenére lehetővé teszi alacsonyabb hőmérséklet elérését, mint a hagyományos freonos rendszerrel, és a nyitott elpárologtató rendszerhez képest egy ilyen telepítés folyamatosan működhet.

Peltier hűtőrendszer

A hűtőrendszerben Peltier elemmel hideg oldalával a hűtendő felületre van felszerelve, míg az elem meleg oldala más rendszertől intenzív hűtést igényel működése során. A rendszer viszonylag kompakt.