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. Jednoczęściowa 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.

Kierunek, w którym strumień powietrza wychodzi z chłodnicy aktywnej (patrz „Rodzaj”).

Parametr ten dotyczy przede wszystkim modeli używanych z procesorami, warianty mogą być następujące:

— W bok (rozpraszanie). Ten format pracy jest typowy dla chłodnic o tzw. konstrukcji wieżowej. W takich modelach wentylator jest instalowany prostopadle do podłoża stykającego się z procesorem, dzięki czemu strumień powietrza porusza się równolegle do płyty głównej. Zapewnia to maksymalną wydajność: ogrzane powietrze nie wraca do procesora i innych elementów systemu, lecz jest rozpraszane w obudowie (i prawie natychmiast wychodzi na zewnątrz, jeśli komputer ma przynajmniej jeden wentylator obudowy). Główną wadą tego wariantu jest wysoka wysokość konstrukcji, która może skomplikować jej umieszczenie w niektórych obudowach. Jednak w większości przypadków ten punkt nie jest kluczowy – zwłaszcza jeśli chodzi o potężny układ chłodzenia przeznaczony do zaawansowanego systemu z wydajnym „gorącym” procesorem. Tak więc to właśnie rozpraszanie poprzeczne jest obecnie najpopularniejszym wariantem - zwłaszcza w chłodnicach o maksymalnym TDP 150 W i wyższym (choć mniej wydajne modele często używają tego układu).

— W dół (na płytę główną). Ten format pracy pozwala na „ułożenie” wentylatora wraz z radiatorem prosto na płycie głównej, znacznie zmniejszając wysokość całej chłodnicy (w porównaniu do modeli wykorzystujących nadmuch boczny). Z drugiej strony ten format pracy nie...jest zbyt wydajny – wszak zanim rozproszy się po obudowie, gorące powietrze znów obdmuchuje płytę z procesorem. Tak więc w dzisiejszych czasach ten wariant jest stosunkowo rzadki i występuje głównie w chłodnicach o małej mocy i dopuszczalnym TDP do 150 W. A na takie modele należy zwracać uwagę głównie wtedy, gdy w obudowie jest mało miejsca, a niska wysokość chłodnicy jest ważniejsza niż wysoka wydajność.

Maksymalny TDP zapewniany przez układ chłodzenia. Należy pamiętać, że parametr ten jest podawany tylko dla rozwiązań wyposażonych w radiatory (patrz „Rodzaj”); dla wentylatorów wykonywanych osobno o sprawności decydują inne parametry, przede wszystkim wartości przepływu powietrza (patrz wyżej).

TDP można opisać jako ilość ciepła, którą układ chłodzenia jest w stanie usunąć z obsługiwanego podzespołu. W związku z tym, do normalnej pracy całego układu konieczne jest, aby TDP układu chłodzenia nie było niższe niż rozpraszanie ciepła tego elementu (dane dotyczące rozpraszania ciepła są zwykle podane w szczegółowej specyfikacji komponentu). A najlepiej wybrać chłodnice z rezerwą mocy co najmniej 20 - 25% - da to dodatkową gwarancję w przypadku wymuszonych trybów pracy i sytuacji awaryjnych (w tym zanieczyszczenia obudowy i spadku efektywności wymiany powietrza).

Jeśli chodzi o konkretne liczby, to najskromniejsze współczesne układy chłodzenia zapewniają TDP do 100 W, najbardziej zaawansowane — do 250 W i nawet więcej.

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.

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.

Najniższa prędkość, przy której może działać wentylator chłodzący. Jest wskazywana tylko dla modeli z regulatorem prędkości (patrz poniżej).

Im niższa prędkość minimalna (przy tym samym maksimum) - tym szerszy jest zakres regulacji prędkości i tym bardziej możesz spowolnić wentylator, gdy duża wydajność nie jest potrzebna (takie spowolnienie pozwala zmniejszyć zużycie energii i poziom hałasu). Z drugiej strony szeroki zakres ma odpowiedni wpływ na koszt.

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.