Porównanie chłodzeń

Podzespół systemu komputerowego, dla którego przeznaczony jest układ chłodzenia.

W naszych czasach najbardziej rozpowszechnione są dwa rodzaje układów chłodzenia – do procesora i do obudowy. Dostępne są również inne rozwiązania - do kart graficznych, pamięci RAM, dysków twardych M.2 SSD itp.; jednak w większości przypadków takie podzespoły komputerowe albo bardzo rzadko wymagają specjalnych układów chłodzenia (typowym przykładem są dyski twarde), albo są w nie początkowo wyposażone (karty graficzne).

Układy chłodzenia procesorów najczęściej mają postać aktywnej chłodnicy lub układu chłodzenia wodą (patrz "Rodzaj"). Przy tym, w obu przypadkach konstrukcja zwykle przewiduje podłoże - płytkę stykową przylegającą bezpośrednio do procesora. Ciepło z podłoża przekazywane jest do jednostki chłodzącej za pomocą rurek cieplnych (w chłodnicach) lub obiegu z cyrkulującym nośnikiem ciepła (w układach cieczowych). Dla procesorów produkowane są również radiatory - przeznaczone są one głównie do procesorów o niskim poborze mocy i niskim rozpraszaniu ciepła; przy montażu takiego elementu należy zwrócić szczególną uwagę na jakość chłodzenia obudowy.

Układy chłodzenia do obudów z kolei są wykonywane wyłącznie w postaci wentylatorów, gdyż ich zadaniem nie jest chłodzenie ściśle określonego podzespołu, lecz wyprowadzenie gorącego powietrza z całej obudowy.

— Wentylator. Wentylator klasyczny - silnik z łopatkami, zapewniający przepływ powietrza; w skład wchodzą również zestawy składające się z kilku wentylatorów. W każdym razie nie należy mylić takich urządzeń z chłodnicami (patrz niżej) — wentylatory nie mają radiatorów. Prawie wszystkie rozwiązania tego typu są przeznaczone do obudów (patrz „Przeznaczenie”), tylko kilka modeli jest zaprojektowanych do „nadmuchu” dysków twardych lub chipsetów.

— Radiator. Wykonany z materiału przewodzącego ciepło o specjalnym żebrowanym kształcie. Taki kształt cechuje się dużą powierzchnię kontaktu z powietrzem, dzięki czemu zapewnia dobrą wymianę ciepła. Radiatory nie zużywają energii i działają absolutnie bezgłośnie, lecz nie są zbyt wydajne. Dlatego w czystej postaci są niezwykle rzadkie, a takie modele są przeznaczone albo do podzespołów komputerowych o małej mocy i niskim rozpraszaniu ciepła (energooszczędne procesory, dyski twarde itp.), albo do montażu aktywnej chłodnicy (patrz poniżej) z zakupionych osobno wentylatora i chłodnicy (ten wariant spotykany jest wśród rozwiązań dla kart graficznych).

— Chłodnica aktywna. Urządzenie w postaci radiatora z zainstalowanym wentylatorem; Jednocześnie w wielu modelach radiator nie ma bezpośredniego kontaktu z chłodzonym elementem, lecz jest połączony z nim za pomocą rurek cieplnych, podczas gdy powietrze wydmuchiwane jest na bo...ki (tzw. układ wieżowy, który jest szczególnie popularny w systemach CPU; więcej szczegółów można znaleźć w rozdziale „Wydmuch przepływu powietrza”). W każdym razie takie konstrukcje z jednej strony są stosunkowo proste i niedrogie, a z drugiej dość skuteczne, co czyni je niezwykle popularnymi. W szczególności w tej konfiguracji produkowana jest większość rozwiązań dla procesorów (w tym wieżowe i boxowe) i chłodnice na ogół mogą być używane do prawie każdego elementu systemu, z wyjątkiem obudowy.

— Chłodzenie wodą. Systemy chłodzenia wodnego składają się z trzech głównych części: bloku wodnego, który styka się bezpośrednio z chłodzonym elementem (zazwyczaj procesorem), chłodnicy zewnętrznej i pompy (oddzielnej lub wbudowanej w chłodnicę). Elementy te są połączone wężami, przez które krąży woda (lub inny podobny nośnik ciepła) - zapewnia to wymianę ciepła. Blok chłodzący to zazwyczaj chłodnica - system wentylatorów i radiatorów, który rozprasza energię cieplną w otaczającym powietrzu. Systemy wodne są zauważalnie wydajniejsze od chłodnic aktywnych (patrz wyżej), nadają się nawet do bardzo mocnych i „gorących” procesorów, z którymi tradycyjne chłodnice z trudem sobie radzą. Z drugiej strony ten rodzaj chłodzenia jest dość nieporęczny i trudny w montażu, a do tego nie jest tani.

— Zestaw do chłodzenia cieczą. Zestaw do samodzielnego montażu układu chłodzenia cieczą (wodą). Różnica między takimi rozwiązaniami a konwencjonalnym chłodzeniem wodnym (patrz wyżej) polega na tym, że w tym przypadku cały system dostarczany jest w postaci zestawu części, z których użytkownik musi sam zmontować gotowy układ chłodzenia cieczą (podczas gdy w tradycyjnych systemach wodnych sprawa ogranicza się zwykle do podłączenia węży i napełnienia chłodziwem). To znacznie rozszerza możliwości użytkownika w zakresie instalacji: możesz samodzielnie wybrać poszczególne niuanse układu, wymienić niektóre standardowe części, dodać do struktury elementy stron trzecich itp. Z drugiej strony sama instalacja okazuje się znacznie bardziej skomplikowane niż w przypadku tradycyjnych układów wodnych. W związku z tym, zestawów chłodzenia cieczą produkuje się stosunkowo niewiele i są one przeznaczone głównie dla modderów-entuzjastów, którzy lubią eksperymentować z wyglądem i konstrukcją swoich komputerów.

— Backplate. Jednolita metalowa płytka, będąca mocowaniem układu chłodzenia. Służy do zapobiegania wyginaniu się płyty głównej lub karty graficznej przy instalacji układu odprowadzania ciepła, a także zapewnia pasywne chłodzenie tylnej strony modułów, z którymi sąsiaduje.

— Blok wodny VRM. Blok wodny zapewniający wydajne chłodzenie elementów podsystemu zasilania procesora VRM (Voltage Regulator Module).

— Blok wodny CPU. Wymiennik ciepła wykonany z miedzi lub niklu, przeznaczony do odprowadzania ciepła z procesora przez chłodziwo. Stosowany w komputerowych układach chłodzenia wodą. Najczęściej bloki wodne procesora są dostarczane z uchwytem pod niektóre platformy procesorowe.

— Blok wodny GPU. Bloki chłodzenia cieczą, zapewniające najbardziej efektywne odprowadzanie ciepła z karty graficznej. Podobne rozwiązania są wypuszczane dla określonej grupy kart graficznych na jednym procesorze graficznym. Bloki wodne GPU składają się z dwóch głównych części: górnej, w której znajduje się radiator ze stopu miedzi, plastikowej nakładki z kanałami na ciecz oraz obudowa usztywniająca konstrukcję, a także metalowej płytki na dole bloku na odwrotną stronę płytki drukowanej.

— Zestaw uchwytów. Zestaw uchwytów do montażu układów chłodzenia na elementach płyty głównej komputera. Wypuszczane pod określone wersji gniazda.

Liczba wentylatorów w konstrukcji układu chłodzenia. Większa liczba wentylatorów zapewnia wyższą wydajność (pod warunkiem, że pozostałe parametry są identyczne); z drugiej strony odpowiednio zwiększają się wymiary i hałas podczas pracy. Ponadto zauważamy, że jeżeli inne cechy są podobne, mniejsza liczba dużych wentylatorów jest uważana za bardziej zaawansowany wariant niż większa liczba małych; zobacz "Średnica wentylatora", aby uzyskać szczegółowe informacje.

Średnica wentylatora(ów) stosowanego w układzie chłodzenia.

Ogólnie rzecz biorąc, większe wentylatory są uważane za bardziej zaawansowane niż małe: wytwarzają one silny przepływ powietrza przy stosunkowo niskich prędkościach i niskim poziomie hałasu. Z drugiej strony duża średnica to duże gabaryty, waga i cena. Jeżeli chodzi o konkretne wartości, to modele mające40 i mm, 60 mm, są uważane miniaturowymi, 80 mm i 92 mm, - średnimi 120 mm i 135 / 140 mm, - dużymi, a w najbardziej wydajnych układachdo obudówwystępują wentylatory nawet200 mm.

Ten parametr należy rozpatrywać w kontekście tego, czy wentylator zmieści się do obudowy komputera. Standardowe wentylatory do obudów są dostępne w grubości rzędu 25 mm. Chłodnice niskoprofilowe o grubości około 15 mm przeznaczone są do obudów o niewielkich gabarytach, gdzie niezwykle ważna jest oszczędność miejsca. Wentylatory o dużej grubości (30-40 mm) charakteryzują się wysoką wydajnością chłodzenia dzięki zwiększonym wymiarom wirnika. Są jednak głośniejsze od standardowych modeli przy tej samej prędkości i nie zawsze mieszczą się normalnie w obudowie, czasem stykając się z innymi elementami.

Rodzaj łożyska zastosowanego w wentylatorach (wentylatorze) układu chłodzenia.

Łożysko jest częścią pomiędzy obrotową osią wentylatora a nieruchomą podstawą, która podtrzymuje oś i zmniejsza tarcie. W nowoczesnych wentylatorach występują następujące typy łożysk:

- Ślizgowe. Działanie tych łożysk opiera się na bezpośrednim kontakcie dwóch stałych powierzchni, starannie wypolerowanych w celu zmniejszenia tarcia. Takie części są proste, niezawodne i trwałe, lecz ich sprawność jest raczej niska - toczenie, a tym bardziej hydrodynamiczna i magnetyczna zasada działania (patrz niżej) zapewniają znacznie mniejsze tarcie.

- Toczne. Nazywane również „łożyskami kulkowymi”, ponieważ „pośrednikami” między osią obrotu a stałą podstawą są kulki (rzadziej - wałki cylindryczne), zamocowane w specjalnym pierścieniu. Gdy oś się obraca, takie kulki toczą się między nią a podstawą, dzięki czemu siła tarcia jest bardzo niska - zauważalnie mniejsza niż w łożyskach ślizgowych. Z drugiej strony konstrukcja okazuje się droższa i bardziej złożona, a pod względem niezawodności jest nieco gorsza zarówno od łożysk ślizgowych, jak i bardziej zaawansowanych urządzeń hydrodynamicznych (patrz poniżej). Choć łożyska toczne są w naszych czasach dość rozpowszechnione, to jednak generalnie są one znacznie mniej powszechne niż wyżej wymienione odmiany.

- Hydrodynamiczny .... Łożyska tego typu wypełnione są specjalnym płynem; obracając się tworzy on warstwę, po której ślizga się ruchoma część łożyska. W ten sposób można uniknąć bezpośredniego kontaktu między twardymi powierzchniami i znacznie zmniejszyć tarcie w porównaniu z poprzednimi odmianami. Ponadto łożyska te są ciche i bardzo niezawodne. Wśród ich wad można zaznaczyć stosunkowo wysoki koszt, jednak w praktyce punkt ten często okazuje się niewidoczny na tle kosztu całego układu. Dlatego ten wariant jest w naszych czasach niezwykle popularny, występuje on w układach chłodzenia na wszystkich poziomach - od niedrogich po zaawansowane.

- Centrowanie magnetyczne . Łożyska oparte na zasadzie lewitacji magnetycznej: oś obrotu jest „zawieszona” w polu magnetycznym. W ten sposób można (podobnie jak w hydrodynamicznych) uniknąć kontaktu między powierzchniami stałymi i dodatkowo zmniejszyć tarcie. Uważane są za najbardziej zaawansowany rodzaj łożysk, są niezawodne i ciche, lecz są drogie.

Najwyższa prędkość obrotowa jaką obsługuje wentylator układu chłodzenia; w przypadku modeli bez regulatora prędkości (patrz poniżej), podawana jest prędkość nominalna. W „najwolniejszych” współczesnych wentylatorach maksymalna prędkość nie przekracza 1000 obr./min, w „najszybszych” może to być do 2500 obr./min, a nawet więcej.

Należy pamiętać, że parametr ten jest ściśle powiązany ze średnicą wentylatora (patrz wyżej): im mniejsza średnica, tym wyższe muszą być obroty, aby osiągnąć żądane wartości przepływu powietrza. W takim przypadku prędkość obrotowa wpływa bezpośrednio na poziom hałasu i wibracji. Dlatego uważa się, że najlepiej jest zapewnić wymaganą objętość powietrza dużymi i stosunkowo „wolnymi” wentylatorami; a stosowanie „szybkich” małych modeli ma sens w przypadku, gdy kompaktowość ma kluczowe znaczenie. Przy porównaniu prędkości modeli tej samej wielkości - wyższe obroty mają pozytywny wpływ na wydajność, lecz zwiększają nie tylko poziom hałasu, ale także wzrost ceny i zużycia energii.

- Automatyczna (PWM). Rodzaj automatycznego regulatora stosowanego w układach chłodzenia procesorów. Zasada takiej regulacji polega na tym, że automatyka monitoruje bieżące obciążenie procesora i dostosowuje do niego tryb pracy wentylatora. Tym samym układ chłodzenia działa „na wyprzedzenie”, czyli faktycznie zapobiega podwyższeniu temperatury. Wadami takiej automatyzacji są wysoki koszt i dodatkowe wymagania dotyczące kompatybilności: funkcja PWM musi być obsługiwana przez płytę główną, a zasilanie wentylatora musi być dostarczane przez złącze 4-pinowe (patrz „Zasilanie”).

- Ręczna. Ręczna regulacja pozwalająca na ustawienie prędkości obrotowej na życzenie użytkownika. Jej główne zalety to możliwość dowolnej regulacji i niezawodność: automatyka nie zawsze reaguje optymalnie, w wydajnych układach czasami lepiej jest, aby użytkownik wziął kontrolę w swoje ręce. Z drugiej strony sterowanie ręczne jest droższe, a także trudniejsze w obsłudze – wymaga od użytkownika zwracania większej uwagi na stan układu, natomiast przy nieuwadze znacznie wzrasta prawdopodobieństwo przegrzania.

- Ręczna/automatyczna. Połączenie dwóch powyższych rodzajów: podstawowe sterowanie realizowane jest przez PWM, a ręczna służy do ograniczania maksymalnej prędkości obrotowej. Jest to dość zaawansowany rodzaj rodzaj sterowania, który rozszerza możliwości automatycznej regulacji, a jednocześnie nie wymaga stałej kontroli temperatury, jak w przypadku c...zysto ręcznej regulacji. Co prawda, takie rozwiązanie nie jest tanie.

- Adapter (rezystancyjny). W danym przypadku sterowanie prędkością odbywa się poprzez zmniejszenie napięcia dostarczanego do wentylatora. Aby to zrobić, wentylator jest podłączany do zasilacza za pomocą adaptera rezystancyjnego. Jest to rodzaj alternatywy dla ręcznej regulacji: adaptery są niedrogie. Z drugiej strony są znacznie mniej wygodne: jedynym sposobem na zmianę prędkości obrotowej przy takiej regulacji jest faktyczna zmiana adaptera, a do tego trzeba wyłączać system i włazić do obudowy.

- Termostat. Automatyczna kontrola prędkości na podstawie danych z czujnika mierzącego temperaturę chłodzonego elementu: gdy temperatura wzrasta, intensywność pracy również wzrasta i odwrotnie. Takie układy są prostsze od opisanych powyżej PWM, ponadto można je zastosować do niemal każdego elementu systemu, nie tylko do procesora. Z drugiej strony, mają one większą bezwładność i czas reakcji: jeśli PWM zapobiega nagrzewaniu z góry, to termostat jest uruchamiany w momencie podwyższenia temperatury.

Maksymalny przepływ powietrza, jaki może wytworzyć wentylator chłodzący; jest mierzony w CFM - stopach sześciennych na minutę.

Im wyższy liczba CFM, tym wydajniejszy jest wentylator. Z drugiej strony wysoka wydajność wymaga albo dużej średnicy (co wpływa na rozmiar i koszt) albo dużej prędkości (co zwiększa hałas i wibracje). Dlatego przy wyborze warto nie gonić za maksymalnym przepływem powietrza, lecz stosować specjalne formuły, które pozwalają obliczyć wymaganą liczbę CFM w zależności od rodzaju i mocy chłodzonego elementu oraz innych parametrów. Takie formuły można znaleźć w specjalnych źródłach. Jeśli chodzi o konkretne liczby, to w najskromniejszych systemach wydajność nie przekracza 30 CFM, a w najmocniejszych systemach może to być nawet 80 CFM, a nawet więcej.

Należy również pamiętać, że rzeczywista wartość przepływu powietrza przy największej prędkości jest zwykle niższa od deklarowanego maksimum; patrz "Ciśnienie statyczne", aby uzyskać szczegółowe informacje.