Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Жидкостное и водяное охлаждение

Одним из наиболее радикальных методов охлаждения ПК является жидкостное охлаждение. Жидкости способны намного быстрее передавать тепло, чем воздух, поэтому, по мере того как процессоры выделяют все больше и больше тепла, системы жидкостного охлаждения оказываются все более предпочтительными, особенно в условиях ограниченного пространства внутри корпуса.

Существует несколько вариантов систем жидкостного охлаждения:

■     тепловые трубки;

■     водяное охлаждение;

■     криогенное охлаждение.

Каждая из перечисленных схем предполагает использование жидкости или пара для поглощения тепла, выделяемого процессором или другими компонентами, а также для отвода данного тепла к теплообменнику, который, как правило, передает тепло окружающей среде. Итак, все системы жидкостного охлаждения в том или ином виде используют и воздушное охлаждение; отличие состоит в том, что теплообменник, отдающий тепло воздуху, расположен на расстоянии от компонентов ПК, которые необходимо охладить. При этом появляется возможность использовать теплообменник (радиатор) гораздо большего размера, чем в том случае, если бы его приходилось закреплять на процессоре или других микросхемах; это еще одна причина, по которой системы жидкостного охлаждения оказываются намного эффективнее.

Из всех существующих систем жидкостного охлаждения наиболее предпочтительно применять тепловые трубки; сегодня они используются некоторыми компаниями при производстве ПК. Водяное и особенно криогенное охлаждение представляет интерес только для поклонников экстремального разгона, которые согласны платить немалые деньги, а также мириться с определенными недостатками, характерными для этих двух схем охлаждения.

Тепловые трубки

Тепловые трубки изобретены сотрудником Лос-Аламосской национальной лаборатории Джорджем Гровером в 1963 году. Тепловую трубку можно описать как проводник тепла, предназначенный для эффективного перемещения тепла из одной точки в другую.

Типичная тепловая трубка представляет герметичную трубку определенной структуры с двойными стенками. В процессе производства из трубки сначала удаляется воздух, после чего она заполняется специальной жидкостью и герметизируется. Тип жидкости и низкое давление внутри трубки обеспечивают закипание жидкости при относительно малых температурах. Когда трубка нагревается с одного конца, жидкость изменяет свое состояние на парообразное, поглощая при этом немало тепла. Пар поднимается к другому концу трубки, где конденсируется, превращается в жидкость, выделяя при этом тепло, после чего по внутренним стенкам трубки быстро стекает к ее исходному концу благодаря капиллярным явлениям (рис. 21.15).



Рис. 21.15. Внутренняя структура и основные принципы работы тепловой трубки

Итак, основной принцип работы тепловой трубки состоит в изменении фазового состояния жидкости, которое сопровождается поглощением тепла, в передаче тепла и последующем обратном преобразовании газа в жидкость, которое сопровождается выделением тепла. Энергия, необходимая для изменения фазового состояния, называется латентной теплотой парообразования. Например, латентная теплота парообразования воды составляет около 540 кал/г. В большинстве тепловых трубок используется вода, аммиак или метанол. Тип жидкости определяется условиями, при которых должна работать тепловая трубка. Например, обычно вода закипает при 100°C (212°F); однако в тепловой трубке из-за очень малого давления вода закипает практически при комнатной температуре. Благодаря такому явлению, как теплота парообразования, тепловая трубка обладает теплопроводностью, которая в 10–10000 раз выше, чем у медной проволоки таких же диаметра и длины.

Однако сами по себе тепловые трубки не используются. Одним концом они закрепляются на процессоре или другом тепловыделяющем устройстве, а другим — на обычном радиаторе, часто активном. На рис. 21.16 представлен пример радиатора, оснащенного тепловыми трубками, который использует компания Shuttle при производстве малогабаритных компьютерных систем.

В данном случае также можно использовать вентилятор для обдува ребер радиатора, через которые проходят тепловые трубки.

Тепловые трубки имеют целый ряд преимуществ. Они герметичны и не содержат никаких движущихся частей, поэтому не требуют дополнительного ухода. При правильном конструировании тепловые трубки могут даже выдержать замораживание, однако они не будут работать до тех пор, пока жидкость не оттает. Кроме того, тепловые трубки весьма компактны, благодаря чему их удобно использовать в малоформатных системах. Именно поэтому для охлаждения компонентов практически всех портативных компьютеров с начала 1990-х годов используются тепловые трубки. Тепловые трубки полезны не только для охлаждения, но и как дополнение к обычным радиаторам. Благодаря внедрению в радиатор тепловых трубок распределение тепла значительно улучшается. Пример радиатора, оснащенного двумя тепловыми трубками, позволяющими намного быстрее передавать тепло в верхнюю часть радиатора, показан на рис. 21.17.



Рис. 21.17. Материнская плата, использующая охлаждение с помощью тепловых трубок набора микросхем и регулятора напряжения

Тепловые трубки можно использовать не только в качестве отдельного решения для охлаждения системы, но и для расширения возможностей традиционных теплоотводов. Внедренные в радиатор тепловые трубки позволяют улучшить распределение тепла в самом радиаторе. На рис. 21.18 показан радиатор с двумя тепловыми трубками, позволяющими улучшить теплопередачу от нижней части теплоотвода к верхней.

Рис. 21.18. Радиатор с тепловыми трубками, улучшающими температурное распределение

Водяное охлаждение

Несмотря на простоту концепции реализация водяного охлаждения является довольно сложной процедурой. Основная идея заключается в обеспечении циркуляции воды мимо процессора или других компонентов, благодаря чему они охлаждаются гораздо эффективнее. Однако практическая реализация намного сложнее, из-за чего системы водяного охлаждения используются только в экстремальных ситуациях.

Системы водяного охлаждения состоят из нескольких основных компонентов.

■     Ватерблоки. Изготовлены из металла и оснащены разъемами для подключения шлангов; закрепляются на процессоре, а иногда на графическом процессоре и даже микросхеме северного моста.

■     Шланги и штуцеры. Используются для соединения всех компонентов в системе.

■     Резервуар. Применяется для хранения воды, используемой для охлаждения компонентов, а также охлаждения воды для рециркуляции.

■     Помпа. Используется для перемещения потока воды в системе.

■     Хладагент. Представляет собой жидкость, как правило воду, которая прокачивается через ватерблоки для охлаждения компонентов системы.

Схема системы водяного охлаждения, в которой используются внешние резервуар и помпа, представлена на рис. 21.19.

В одних системах используются помпы и резервуары, устанавливаемые внутри системного блока. В других же предполагается закрепление резервуара или помпы на корпусе сверху. Разместить помпу и резервуар внутри весьма проблематично, так как подобные компоненты занимают довольно много места.

Хотя системы водяного охлаждения и обеспечивают очень хорошие результаты, обслуживать их крайне сложно. Основной недостаток — необходимость в помпе; если помпа перестанет работать, система очень быстро перегреется. Кроме того, использование воды приводит к коррозии поверхности помпы, водяных блоков и резервуаров. В воде могут также появиться водоросли и другие загрязняющие вещества. И наконец, каждая трубка — это потенциальный источник утечки воды, попадание которой внутрь системы крайне нежелательно. Поэтому, как уже отмечалось, системы водяного охлаждения требуют регулярного профилактического обслуживания.

Загрязнение и коррозия — основные недостатки систем водяного охлаждения. Приобретая первую подобную систему охлаждения, многие используют в ней обычную воду, хотя всем автомобилистам хорошо известно, что при этом загрязнение и коррозия не заставят себя долго ждать. Поэтому имеет смысл использовать хладагенты на основе этиленгликоля, со­держащие специальные добавки, которые предотвращают возникновение коррозии. Однако в любом случае хладагент рекомендуется регулярно заменять, а ватерблоки, помпу и резервуар регулярно проверять на предмет загрязнения и коррозии.



Рис. 21.19. Система водяного охлаждения Zalman с внешним резервуаром и помпой

Стоимость хорошей системы водяного охлаждения может составить несколько сотен долларов, что гораздо больше стоимости самых лучших систем воздушного охлаждения с тепловыми трубками. Однако системы водяного охлаждения придают компьютеру очень солидный вид. Возможно, поэтому очень часто используются прозрачные трубки, а к хладагенту добав­ляются красители.

В связи с высокой стоимостью, необходимостью регулярного обслуживания, потенциальной возможностью отказа, а также достаточно большими размерами компонентов системы водяного охлаждения пока находят применение только в компьютерах поклонников экстремального разгона или используются только при экспериментах. Наверное, пройдет немало времени, прежде чем системы водяного охлаждения будут устанавливаться в серийно изготавливаемые корпоративные и домашние ПК.

Улучшенная технология жидкостного охлаждения от Intel (ALCT)

Самые горячие” процессоры способны генерировать до 130 Вт тепла и требуют установки радиаторов с тепловым сопротивлением 0,13°C/Вт и ниже. Многие высококачественные тепло-отводы для достижения этого показателя используют жидкостное охлаждение в некоторой своей форме (тепловые трубки или более традиционное жидкостное охлаждение). Однако традиционное жидкостное охлаждение выносит на повестку дня проблемы надежности и профилактического обслуживания. В результате некоторые производители теплоотводов постоянно находятся в поиске более простых решений, способных прослужить много лет и при этом требующих минимального обслуживания. Одно из таких решений было предложено компанией Intel, вариации которого можно встретить в продуктах и других крупных производителей.

Свою новую технологию Intel назвала ALCT (Advanced Liquid Cooling Technology). В сущности, это — самодостаточный жидкостный теплоотвод, не требующий обслуживания и обладающий повышенной надежностью. Он состоит из двух основных компонентов: интегрированной помпы и пластины охлаждения, а также активного радиатора с подключенным вентилятором диаметром 120 мм. Радиатор и помпа соединены несъемными резиновыми трубками. Помпа и пластина охлаждения полностью интегрированы и герметизированы. Внутренний насос приводится в движение мотором с индуктивной связью, что не требует каких-либо креплений. Все устройство заполняется при изготовлении хладагентом и герметизировано, что исключает необходимость профилактического обслуживания. Вся эта конструкция обеспечивает тепловое сопротивление 0,13°C/Вт, чего вполне достаточно для охлаждения самых мощных процессоров. На рис. 21.20 приведена конструктивная схема этого технологического решения.




Рис. 21.20. Теплоотвод с жидкостным охлаждением, сконструированный по технологии ALCT. Такие теплоотводы, не требующие обслуживания, позволят использовать высокоэффективное охлаждение в будущих системах

Криогенное охлаждение

Системы криогенного охлаждения позволяют сделать температуру процессора и других компонентов ниже комнатной и благодаря этому значительно увеличивают уровень разгона, хотя это и требует проведения дополнительного тестирования. При охлаждении до –40°C (–40°F) частоту процессора можно увеличить на 33–100%. К сожалению, подобное повыше­ние быстродействия дается достаточно большой ценой: стоимость систем криогенного охлаждения остается чрезвычайно высокой.

Ввиду высокой стоимости такие системы выпускаются немногими производителями, преимущественно это компании KryoTech и nVENTIV. В 1996 году компания KryoTech представила первую коммерческую систему криогенного охлаждения для ПК. К сожалению, ее стоимость оказалась слишком высокой, поэтому в 2002 году ее производство было прекра­щено. Компания nVENTIV, основанная в 2000 году под названием Chip-con, также представила систему криогенного охлаждения, но прекратила свое существование в 2004 году. Компания Kit Tronics (www.kit-tronuics.com) в настоящее время выпускает корпуса с интегрированными системами криогенного охлаждения nVENTIV. Еще одна компания — Asetek (www.asetek.com) — выпускает относительно недорогие активные теплоотводы VapoChill
Micro, охлаждающие только процессор и использующие хладагент R134a, а также корпуса с этой системой охлаждения.

Для снижения температуры процессора до –40° используется специальный теплоотвод, который также предотвращает образование конденсата. При этом применяются специальные непроводящие прокладки. Вы можете приобрести как корпуса, так и отдельные криогенные системы охлаждения (рис. 21.21). Стоимость таких решений колеблется от 800 до 1200 долла­ров, так что их нельзя отнести к малобюджетным. Однако, если вам просто необходима экстремально высокопроизводительная система и вы просто озабочены вопросами разгона, примите к сведению, что криогенное охлаждение является единственным доступным решением.



Рис. 21.21. Схема системы криогенного охлаждения Asetek Lightspeed

Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Жидкостное и водяное охлаждение", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2024 Дискета.info