Computerkølesystemer: Passive, Aktive, Flydende, Freon, Vandkøler, Åben Fordampning, Kaskade, Peltier Køling

Under driften af ​​computeren bliver nogle af dens komponenter meget varme, og hvis den genererede varme ikke fjernes hurtigt nok, vil computeren simpelthen ikke være i stand til at fungere på grund af overtrædelsen af ​​de normale egenskaber for dens vigtigste halvlederkomponenter.

Fjernelse af varme fra computerens varmedele er den vigtigste opgave, som computerens kølesystem løser, som er et sæt specialiserede værktøjer, der fungerer kontinuerligt, systematisk og harmonisk i hele den tid, computeren bruges aktivt.

Under driften af ​​computerkølesystemet udnyttes den varme, der genereres ved passage af driftsstrømme gennem computerens nøgleelementer, især gennem elementerne i dens systemenhed.Mængden af ​​varme, der genereres i dette tilfælde, afhænger af computerens computerressourcer og dens aktuelle belastning i forhold til alle de ressourcer, som maskinen har til rådighed.

Under alle omstændigheder genvindes varmen i atmosfæren. Ved passiv køling fjernes varmen fra de opvarmede dele gennem en radiator direkte ud i den omgivende luft ved konventionel konvektion og infrarød stråling. Ved aktiv køling bruges udover konvektion og infrarød stråling blæser med blæser, hvilket øger konvektionsintensiteten (denne løsning kaldes en «køler»).

Der findes også væskekølesystemer, hvor varmen først overføres af en varmebærer og derefter bruges igen i atmosfæren. Der er åbne fordampningssystemer, hvor varme fjernes på grund af kølevæskens faseovergang.

Så ifølge princippet om at fjerne varme fra computerens varmedele er der kølesystemer: luftkøling, væskekøling, Freon, åben fordampning og kombineret (baseret på Peltier-elementer og vandkølere).

Passivt luftkølesystem

Udstyr, der ikke er varmebelastet, kræver slet ikke specielle kølesystemer. Ikke-varmebelastet udstyr er et udstyr, hvor varmefluxen pr. kvadratcentimeter af den opvarmede overflade (varmefluxtæthed) ikke overstiger 0,5 mW. Under disse forhold vil overophedningen af ​​den opvarmede overflade i forhold til den omgivende luft ikke være højere end 0,5 ° C, det sædvanlige maksimum for et sådant tilfælde er +60 ° C.

Men hvis de termiske parametre for komponenterne i den normale funktionsmåde overstiger disse værdier (mens varmeproduktionen dog holdes relativt lav), er der kun installeret radiatorer på sådanne komponenter, det vil sige enheder til passiv varmefjernelse , de såkaldte passive kølesystemer.

Når chippens effekt er lav, eller når systemets krav til computerkapacitet konstant er begrænset, er som regel kun en heatsink tilstrækkelig, selv uden en ventilator. Radiatoren vælges individuelt i hvert enkelt tilfælde.

Grundlæggende fungerer det passive kølesystem på følgende måde: Varmen overføres direkte fra varmekomponenten (chippen) til kølepladen på grund af materialets varmeledningsevne eller ved hjælp af varmerør (termosyfon eller fordampningskammer er forskellige fundamentale løsninger med varmerør).

Radiatorens funktion er at udstråle varme i det omgivende rum gennem infrarød stråling og overføre varme blot gennem den omgivende lufts termiske ledningsevne, hvilket bidrager til forekomsten af ​​naturlige konvektionsstrømme. For at udstråle varme over hele radiatorens område så intensivt som muligt, bliver radiatorens overflade sort.

Især i dag (i forskelligt udstyr, herunder computere) er det passive kølesystem udbredt. Et sådant system er meget fleksibelt, da radiatorer nemt kan monteres på de fleste varmekrævende komponenter. Jo større det effektive varmeafledningsområde fra radiatoren er, jo mere effektiv er kølingen.

Vigtige faktorer, der påvirker køleeffektiviteten, er hastigheden af ​​luftstrømmen, der passerer gennem kølepladen, og temperaturen (især temperaturforskellen til omgivelserne).

Mange mennesker ved, at inden man monterer en heatsink på en komponent, er det nødvendigt at påføre termisk pasta (f.eks. KPT-8) på de parrende overflader. Dette gøres for at øge den termiske ledningsevne i rummet mellem komponenterne.

I første omgang er problemet, at overfladerne på radiatoren og den komponent, den er installeret på, efter fabriksproduktion og slibning stadig har en ruhed i størrelsesordenen 10 mikron, og selv efter polering er der ca. 5 mikron ruhed tilbage. Disse uregelmæssigheder forhindrer forbindelsesfladerne i at blive presset sammen så tæt som muligt uden et mellemrum, hvilket resulterer i en luftspalte med lav varmeledningsevne.

Heatsinks med den største størrelse og det aktive område er normalt monteret på CPU'er og GPU'er. Hvis det er nødvendigt at samle en lydløs computer, er der på grund af luftpassagens lave hastighed brug for specielle meget store radiatorer, kendetegnet ved øget effektivitet af varmeafledning.

Aktivt luftkølesystem

For at forbedre afkølingen, for at gøre luftstrømmen gennem radiatoren mere intens, bruges der desuden blæsere. En radiator udstyret med en ventilator kaldes en køler. Kølere er installeret på computerens grafik og centrale processorer. Hvis det ikke er muligt at installere en heatsink på nogle af komponenterne, såsom en harddisk, eller det ikke anbefales, så bruges en simpel blæserudblæsning uden heatsink.Det er nok.

Væskekølesystem

Væskekølesystemet fungerer efter princippet om at overføre varme fra den afkølede komponent til radiatoren ved hjælp af en arbejdsvæske, der cirkulerer i systemet. En sådan væske er normalt destilleret vand med bakteriedræbende og anti-galvaniske tilsætningsstoffer eller frostvæske, olie, andre specielle væsker og i nogle tilfælde flydende metal.

Et sådant system inkluderer nødvendigvis: en pumpe til at cirkulere væsken og en radiator (vandblok, kølehoved) for at fjerne varmen fra varmeelementet og overføre det til arbejdsvæsken. Varmen spredes derefter af en heatsink (aktivt eller passivt system).

Derudover har væskekølesystemet et reservoir af arbejdsvæske, som kompenserer for dets termiske udvidelse og øger systemets termiske inerti. Tanken er praktisk at fylde, og det er også praktisk at dræne arbejdsvæsken gennem den. I et sådant system kræves de nødvendige slanger og rør. En væskeflowsensor kan fås som ekstraudstyr.

Arbejdsvæsken har en tilstrækkelig høj varmekapacitet til at give høj køleeffektivitet ved lav cirkulationshastighed og høj varmeledningsevne, hvilket minimerer temperaturforskellen mellem fordampningsoverfladen og rørvæggen.

Freon kølesystem

Ekstrem overclocking af processoren kræver en negativ temperatur på det afkølede element under dets kontinuerlige drift. Til dette kræves freoninstallationer. Disse anlæg er køleenheder, hvor fordamperen er monteret direkte på den komponent, hvorfra varme skal fjernes med meget høj hastighed.

Ulemperne ved freonsystemet er ud over dets kompleksitet: behovet for termisk isolering, den obligatoriske kamp med kondensat, vanskeligheden ved at afkøle flere komponenter på samme tid, det høje energiforbrug og den høje pris.

Vandkøler

Waterchiller er et kølesystem, der kombinerer en Freon enhed og væskekøling. Her bliver frostvæsken, der cirkulerer i systemet, yderligere afkølet i en varmeveksler ved hjælp af en Freon-blok.

I et sådant system opnås en negativ temperatur ved hjælp af en freonenhed, og væsken kan samtidig afkøle flere komponenter. Et konventionelt Freon-kølesystem tillader ikke dette. Ulemperne ved en vandkøler er behovet for termisk isolering af hele systemet samt kompleksiteten og høje omkostninger.

Åbent fordampningskølesystem

Åbne dampkølesystemer bruger en arbejdsvæske - et kølemiddel som helium, flydende nitrogen eller tøris. Arbejdsvæsken fordampes i et åbent glas, som monteres direkte på varmelegemet, som skal afkøles meget hurtigt.

Denne metode tilhører amatører og bruges hovedsageligt af hobbyister, der har brug for ekstrem overclocking ("overclocking") af det tilgængelige udstyr. Ved hjælp af denne metode kan du få den laveste temperatur, men glasset med kølemidlet skal genopfyldes regelmæssigt, det vil sige, at systemet har en tidsbegrænsning og kræver konstant opmærksomhed.

Kaskade kølesystem

Et kaskadekølesystem betyder samtidig sekventiel inklusion af to eller flere freoner. For at opnå lavere temperaturer anvendes freon med reduceret kogepunkt.Hvis freonmaskinen er et-trins, er det nødvendigt at øge arbejdstrykket med kraftige kompressorer.

Men der er et alternativ - køling af radiatoren på en freonblok med en anden lignende blok. Dermed kan driftstrykket i systemet reduceres, og der kræves ikke længere høj effekt fra kompressorerne, konventionelle kompressorer kan anvendes. Kaskadesystemet giver på trods af dets kompleksitet mulighed for at opnå en lavere temperatur end med en konventionel freoninstallation, og sammenlignet med et åbent fordampningssystem kan en sådan installation arbejde kontinuerligt.

Peltier kølesystem

I kølesystemet med et Peltier-element den monteres med sin kolde side på overfladen, der skal køles, mens den varme side af elementet kræver intensiv afkøling fra et andet system under driften. Systemet er relativt kompakt.