Computerkühlsysteme. Offene Verdunstungssysteme

Anlagen, bei denen Trockeneis, flüssiger Stickstoff oder Helium als Kältemittel (Arbeitsflüssigkeit) verwendet werden und in einem speziellen offenen Behälter (Glas) verdampfen, der direkt auf dem gekühlten Element installiert ist. Sie werden vor allem von Computer-Enthusiasten zur extremen Übertaktung von Geräten („Overclocking“) genutzt. Sie ermöglichen die Erzielung niedrigster Temperaturen, haben jedoch eine begrenzte Betriebszeit (erfordern ein ständiges Nachfüllen des Glases mit Kältemittel).

Ein Verdampfer ist ein Wärmetauscher, der in einem gekühlten Raum, einer Kammer oder einem Kühlfach installiert ist und für die Kühlung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums sorgt. Im Innenvolumen des Verdampfers siedet das Kältemittel bei niedriger Temperatur und nimmt dabei die Wärme des gekühlten Mediums auf. Je nach Art des zu kühlenden Mediums unterscheidet man Verdampfer zur Kühlung flüssiger Wärmeträger und zur Kühlung von Luft. Wässrige Lösungen von NaCl- und CaCl2-Salzen werden häufig als Zwischenwärmeträger bei negativen Temperaturen verwendet. Diese Lösungen, sogenannte „Salzlösungen“, haben eine minimale (eutektische) Temperatur: -21,20 °C für NaCl, -550 °C für CaCl2. Es gibt Verdampfer mit natürlicher Luftzirkulation und Luftkühler (mit erzwungener Luftbewegung durch einen Ventilator).

Das Sieden des Kältemittels im Verdampfer erfolgt, wenn Wärme vom gekühlten Medium durch eine feste hermetische Trennwand, die sogenannte Wärmeübertragungsfläche der Verdampfer, übertragen wird. Es besteht aus wärmeleitenden Materialien, beispielsweise Kupferrohren. Um die Wärmeübertragung zu intensivieren, ist die mit der gekühlten Luft in Kontakt stehende Oberfläche der Verdampferrohre gerippt. Die Verrippung der Oberfläche erfolgt meist durch das Aufreihen dünnwandiger Metallplatten auf Rohre mit einem gewissen Abstand zwischen ihnen. 17

Die einfachste Bauweise sind offene Verdampfer. Der Verdampfer besteht aus einem mit einem Wärmeträger gefüllten Tank mit rechteckigem Querschnitt, in dessen Inneren sich die Verdampferplatten befinden.

Beim Einsatz von Plattenverdampfern zur Kühlung von Wasser ist eine Erweiterung möglich Funktionalität Geräte. Der Abstand zwischen den Paneelen vergrößert sich und beim Abkühlen des Wassers bildet sich eine Eisschicht auf der Außenfläche der Paneele. Die Eisschicht fungiert als Wärmespeicher. Der Nachteil offener Plattenverdampfer ist eine erhebliche Korrektur von Platten und Tanks, d. h. Elemente, die vom Kühlmittel benetzt werden und mit der Umgebungsluft in Kontakt kommen. Ein geschlossenes Kühlmittelkreislaufsystem weist höhere Leistungseigenschaften auf. Die Außenfläche der Rohre ist eine Wärmeübertragungsfläche, durch die die Wärme des in den Rohren strömenden Kühlmittels auf das im Ringraum siedende Kältemittel übertragen wird. Die Rohrböden werden mit Deckeln verschlossen und im Deckel befinden sich Abzweigrohre für den Zu- und Ablauf des Wärmeträgers (Wasser, Sole). Über das Ventil wird flüssiges Kältemittel (Ammoniak) in den Ringraum des Verdampfers geleitet. Die Schwimmersteuerung hält den Kältemittelstand auf einer Höhe von ca. 0,8 mm Durchmesser. Verdampfer dieser Art haben nur einen Rohrboden, an dem U-Rohre befestigt sind. Das Kältemittel siedet in den Rohren und das abgekühlte Kühlmittel wird durch den Ringraum gepumpt. Um die Wärmeübertragung beim Sieden des Kältemittels zu intensivieren, ist im Rohrinneren ein spezieller Einsatz eingebaut, der die Funktion von Innenrippen übernimmt. 18

Kaskadenverdampfungssysteme.

Zwei oder mehr Freon-Einheiten, die in Reihe geschaltet sind. Um niedrigere Temperaturen zu erreichen, muss Freon mit einem niedrigeren Siedepunkt verwendet werden. Bei einer einstufigen Kältemaschine ist es in diesem Fall erforderlich, den Betriebsdruck durch den Einsatz leistungsstärkerer Kompressoren zu erhöhen. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, den Kühler der Anlage mit einem anderen Freon zu kühlen (d. h. deren sequentielle Einbeziehung), wodurch der Arbeitsdruck im System sinkt und der Einsatz herkömmlicher Kompressoren möglich wird. Kaskadensysteme ermöglichen wesentlich niedrigere Temperaturen als Einzelkaskadensysteme und können im Gegensatz zu offenen Verdampfungssystemen kontinuierlich arbeiten. Allerdings sind sie auch am schwierigsten herzustellen und anzupassen. Es dient dem Wärmeaustausch zwischen zwei Kühlmitteln. Vor allem, wenn man CO2 als eines davon verwendet. Kaskaden kombinieren einen Kondensator und einen Verdampfer (überflutet). Aufgrund ihrer hohen thermischen Effizienz eignen sich Wärmetauscher hervorragend für Kaskadenprozesse. Sie können für einen minimalen Temperaturunterschied zwischen den kondensierenden und verdampfenden Medien sorgen und so die laufenden Betriebskosten senken:

 Kältemittel NH3, CO2, R404, R134a, Propan, Methan usw.;

 Leistungsbereich 5-10.000 kW;

 Kompakte Größe + geringer Kältemittelverbrauch;

 Hoher Wärmeübergangskoeffizient;

 Geringe Druckverluste;

 Fähigkeit, verschiedene Materialien zu verwenden.

ABSCHLUSS

Der Fortschritt steht nicht still. Entwicklung Computertechnologie auf der Welt verbessert sich nicht von Tag zu Tag, sondern von Stunde zu Stunde. Es entstehen immer fortschrittlichere Computer mit einer leistungsstarken Komponente. Die Wärmeableitungskapazität von Zentraleinheiten und Grafikkartenprozessoren nimmt zu. Für die Kühlung sind natürlich effizientere Systeme erforderlich. Die Luftkühlung wird durch andere, fortschrittlichere und manchmal exotische Systeme ersetzt. Sie sind in der Lage, die von leistungsstarken Geräten erzeugte Wärmeenergie zu bändigen und so eine Überhitzung des Personalcomputers zu verhindern. 20

Ein Computersystem besteht aus elektronischen Komponenten wie der Zentraleinheit, dem RAM, der Hauptplatine und mehr. Diese elektronischen Komponenten erzeugen viel Wärme, insbesondere die CPU, was immer Anlass zur Sorge gibt Übermäßige Hitze kann den Betrieb der CPU beeinträchtigen und zu schwerwiegenden Fehlfunktionen und sogar Schäden führen. Indem Sie überschüssige Wärme durch Kühlung und Belüftung ableiten, sorgen Sie dafür, dass Ihre Komponenten bei sicheren Betriebstemperaturen arbeiten (der sichere Temperaturbereich variiert von Hersteller zu Hersteller). Überhitzung verkürzt die Lebensdauer von Computerkomponenten und Peripheriegeräten und kann zu Datenverlust und damit zu irreparablen Schäden führen.
Zur Kühlung von Computerkomponenten werden verschiedene Kühlsysteme eingesetzt.

Offene Verdunstungssysteme

Luftkühlsysteme

Wasserkühlsysteme

Computerkühlsystem- eine Reihe von Mitteln zum Abführen von Wärme von Computerkomponenten, die sich während des Betriebs erwärmen.

Wärme kann schließlich entsorgt werden:

1. Zur Atmosphäre (Kühlerkühlsysteme):
   1. Passive Kühlung(Wärme wird dem Heizkörper durch Wärmestrahlung und natürliche Konvektion entzogen)
   2. Aktive Kühlung (Wärmeabfuhr vom Kühler erfolgt durch Strahlung (Strahlung) von Wärme und erzwungene Konvektion (Blasen durch Lüfter))
2. Zusammen mit dem Kühlmittel (Durchflusswasserkühlsysteme)
3. Aufgrund des Phasenübergangs des Kühlmittels (offene Verdampfungssysteme)

Je nach Art der Wärmeabfuhr von Heizelementen werden Kühlsysteme unterteilt in:

1. Luft-(aerogene) Kühlsysteme
2. Flüssigkeitskühlsysteme
3. Freon-Installation
4. Offene Verdunstungssysteme

Es gibt auch kombinierte Kühlsysteme, die Elemente von Systemen kombinieren verschiedene Arten:

1. Wasserkühler
2. Systeme mit Peltier-Elementen

Luftkühlsysteme

Das Funktionsprinzip besteht in der direkten Wärmeübertragung von der Heizkomponente zum Heizkörper aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Materials oder mithilfe von Wärmerohren (oder deren Varianten, wie z. B. einem Thermosiphon und einer Verdampfungskammer). Der Heizkörper strahlt durch Wärmestrahlung Wärme an den umgebenden Raum ab und überträgt Wärme durch Wärmeleitung an die Umgebungsluft, wodurch eine natürliche Konvektion der Umgebungsluft entsteht. Um die vom Heizkörper abgestrahlte Wärme zu erhöhen, wird die Oberfläche des Heizkörpers geschwärzt.

Die Oberflächen der Heizkomponente und des Strahlers haben nach dem Schleifen eine Rauheit von etwa 10 µm und nach dem Polieren etwa 5 µm. Diese Rauheiten verhindern, dass sich die Oberflächen eng berühren, was zu einem dünnen Luftspalt mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit führt. Um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, wird der Spalt mit Wärmeleitpasten gefüllt.

Die derzeit gebräuchlichste Art von Kühlsystemen. Unterscheidet sich durch hohe Universalität – an den meisten Computerkomponenten sind Heizkörper mit hoher Wärmeableitung angebracht. Die Kühleffizienz hängt von der effektiven Wärmeableitungsfläche des Kühlkörpers, der Temperatur und der Geschwindigkeit des durch ihn strömenden Luftstroms ab. Komponenten mit relativ geringer Wärmeableitung (Chipsätze, Leistungstransistoren, RAM-Module) sind in der Regel mit einfachsten Passivstrahlern ausgestattet. Bei einigen Computerkomponenten, insbesondere bei Festplatten, ist es schwierig, einen Kühler zu installieren, daher werden sie durch Anblasen eines Lüfters gekühlt. Auf den Zentral- und Grafikprozessoren sind meist aktive Radiatoren (Kühler) verbaut. Passive Luftkühlung der Zentral- und GPU erfordert die Verwendung spezieller Kühlkörper mit hoher Wärmeableitungseffizienz bei geringer Geschwindigkeit des vorbeiströmenden Luftstroms und wird zum Bau eines geräuschlosen Personalcomputers verwendet.

Flüssigkeitskühlsysteme

Das Funktionsprinzip besteht in der Übertragung von Wärme von einer Heizkomponente an einen Kühler mithilfe eines im System zirkulierenden Arbeitsmediums. Als Arbeitsflüssigkeit wird am häufigsten destilliertes Wasser verwendet, oft mit Zusätzen, die eine bakterizide und/oder antigalvanische Wirkung haben; manchmal Öl, Frostschutzmittel, flüssiges Metall oder andere spezielle Flüssigkeiten.

Das Flüssigkeitskühlsystem besteht aus:

• Pomp – Pumpe zur Zirkulation des Arbeitsmediums
• Kühlkörper (Wasserblock, Wasserblock, Kühlkopf) – ein Gerät, das dem gekühlten Element Wärme entzieht und sie an das Arbeitsmedium überträgt
• Kühler zur Ableitung der Wärme des Arbeitsmediums. Kann aktiv oder passiv sein
• Ein Reservoir mit einem Arbeitsmedium, das dazu dient, die Wärmeausdehnung des Fluids auszugleichen, erhöht die thermische Trägheit des Systems und verbessert den Komfort beim Befüllen und Entleeren des Arbeitsmediums
• Schläuche oder Rohre
• (Optional) Flüssigkeitsdurchflusssensor

Die Flüssigkeit muss eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben, um den Temperaturunterschied zwischen der Rohrwand und der Verdampfungsoberfläche zu minimieren, und eine hohe spezifische Wärmekapazität, um eine höhere Kühleffizienz bei einer geringeren Flüssigkeitszirkulationsrate im Kreislauf zu erreichen.

Freon-Installationen

Ein Kühlgerät, bei dem der Verdampfer direkt am zu kühlenden Bauteil montiert ist. Solche Systeme ermöglichen es, im Dauerbetrieb negative Temperaturen an der gekühlten Komponente zu erreichen, was für eine extreme Übertaktung von Prozessoren notwendig ist.

Mängel:

• Die Notwendigkeit einer Wärmedämmung des kalten Teils des Systems und die Bekämpfung von Kondensat (dies ist ein häufiges Problem bei Kühlsystemen, die bei Temperaturen unter der Umgebungstemperatur betrieben werden)
• Schwierigkeiten beim Kühlen mehrerer Komponenten
• Erhöhter Stromverbrauch
• Komplexität und Kosten

Wasserkühler

Systeme, die Flüssigkeitskühlsysteme und Freon-Installationen kombinieren. In solchen Systemen wird das im Flüssigkeitskühlsystem zirkulierende Frostschutzmittel mithilfe einer Freon-Einheit in einem speziellen Wärmetauscher gekühlt. Diese Systeme ermöglichen die Nutzung negativer Temperaturen, die mit Hilfe von Freon-Anlagen erreichbar sind, zur Kühlung mehrerer Komponenten (bei herkömmlichen Freons ist die Kühlung mehrerer Komponenten schwierig). Zu den Nachteilen solcher Systeme zählen ihre große Komplexität und Kosten sowie die Notwendigkeit einer Wärmeisolierung des gesamten Flüssigkeitskühlsystems.

Offene Verdunstungssysteme

Anlagen, bei denen Trockeneis, flüssiger Stickstoff oder Helium als Kältemittel (Arbeitsflüssigkeit) verwendet werden und in einem speziellen offenen Behälter (Glas) verdampfen, der direkt auf dem gekühlten Element installiert ist. Sie werden vor allem von Computer-Enthusiasten zur extremen Übertaktung von Geräten („Overclocking“) genutzt. Sie ermöglichen die Erzielung niedrigster Temperaturen, haben jedoch eine begrenzte Betriebszeit (erfordern ein ständiges Nachfüllen des Glases mit Kältemittel).

Kaskadenkühlsysteme

Zwei oder mehr Freon-Einheiten, die in Reihe geschaltet sind. Um niedrigere Temperaturen zu erreichen, muss Freon mit einem niedrigeren Siedepunkt verwendet werden. Bei einer einstufigen Kältemaschine ist es in diesem Fall erforderlich, den Betriebsdruck durch den Einsatz leistungsstärkerer Kompressoren zu erhöhen. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, den Kühler der Anlage mit einem anderen Freon zu kühlen (d. h. deren sequentielle Einbeziehung), wodurch der Arbeitsdruck im System sinkt und der Einsatz herkömmlicher Kompressoren möglich wird. Kaskadensysteme ermöglichen wesentlich niedrigere Temperaturen als Einzelkaskadensysteme und können im Gegensatz zu offenen Verdampfungssystemen kontinuierlich arbeiten. Allerdings sind sie auch am schwierigsten herzustellen und anzupassen.

Systeme mit Peltier-Elementen

Das Peltier-Element zur Kühlung von Computerkomponenten wird aufgrund der Notwendigkeit, seine heiße Oberfläche zu kühlen, niemals allein verwendet. Typischerweise wird ein Peltier-Element auf der zu kühlenden Komponente montiert und die andere Oberfläche wird mit einem anderen Kühlsystem (normalerweise Luft oder Flüssigkeit) gekühlt. Da das Bauteil auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur abkühlen kann, müssen Maßnahmen zur Bekämpfung der Kondensation getroffen werden. Im Vergleich zu Freon-Installationen sind Peltier-Elemente kompakter und erzeugen keine Geräusche und Vibrationen, sind aber deutlich weniger effizient.

siehe auch

Anmerkungen

Literatur

• Scott Müller PCs aufrüsten und reparieren = PCs aufrüsten und reparieren. - 17. Aufl. - M.: "Williams", 2007. - S. 1299-1328 . - ISBN 0-7897-3404-4

Links

• Wasserkühlung zum Selbermachen für alle Computerkomponenten

Wikimedia-Stiftung. 2010 .

Kursarbeit

nach Disziplin: Betrieb von Netzwerkinfrastruktureinrichtungen

Thema: „Desktop-Kühlungs-Upgrade“

Hergestellt von einem Schüler der Gruppe D-KS-31

V. N. Reschetnikow _______________

(vollständiger Name, Unterschrift des Studierenden)

„__“ ____________ 201___

Aufsicht __________________

Otkidach Natalya Viktorovna

(Name, Unterschrift des Leiters)

Kursarbeit verteidigt

bewertet ____________________

Datum der Verteidigung „___“ ________ 201__

Jaroslawl 2017

Einführung

Einer der wichtigen Bereiche bei der Arbeit eines Personalcomputers ist sein Kühlsystem. Das System ist dafür verantwortlich, die optimale Temperatur für den Betrieb aller Komponenten aufrechtzuerhalten. Manchmal reicht aufgrund einer hohen Belastung oder Modernisierung des Computers selbst die Standardkühlung nicht aus, um die Komponenten auf die gewünschte Temperatur zu kühlen. Dafür wird eine zusätzliche Kühlung installiert oder aufgerüstet.

Beim Zusammenbau leistungsstarker Personalcomputer werden viele Kühler zur aktiven Kühlung verwendet oder zusätzliche Kupferkühler zur passiven Kühlung eingebaut, in manchen Fällen reicht dies nicht aus, für diese Fälle gibt es ein Flüssigkeitskühlsystem, das Wasser, Stickstoff oder Trockeneis als verwendet Kältemittel.

Die Relevanz des Kursprojekts

Das Kursarbeit ist relevant, da das Problem der Kühlung eines Computers mit zunehmender Leistung immer dringlicher wird, denn hohe Leistung bedeutet einen hohen Stromverbrauch, was natürlich zu einem Anstieg der Temperatur seiner Komponenten führt. Die Hauptenergieverbraucher und damit die Wärmequellen im Computer sind der Zentralprozessor, der Grafikprozessor und das Netzteil. Sie benötigen außerdem eigene Kühlsysteme.

Der Zweck des Kursprojekts

Das ultimative Ziel dieser Arbeit besteht darin, eine zusätzliche Wasserkühlung für einen Desktop-Computer zu untersuchen und zu installieren, um die darin angesammelte Wärme abzuführen und eine Überhitzung von Komponenten wie CPU, Grafikkarte und Motherboard zu verhindern.

Ziele des Kursprojekts

1. Geben Sie ein allgemeines Konzept verschiedener Kühlsysteme.

2. Beschreiben Sie die Grundprinzipien ihrer Arbeit.

3.Installieren auf Desktop-Computer Wasserkühlsystem.

Analytische Sammlung zum Thema „Kühlsystem für einen Personal Computer“

Ein Computerkühlsystem ist eine Reihe von Mitteln zum Abführen von Wärme von Computerkomponenten, die sich während des Betriebs erwärmen.

Wärme kann schließlich entsorgt werden:

Zur Atmosphäre (Kühlerkühlsysteme):

1. Passive Kühlung (Wärme wird durch Wärmestrahlung und natürliche Konvektion vom Kühler abgeführt)

2. Aktive Kühlung (die Wärmeabfuhr vom Kühler erfolgt durch Strahlung [Strahlung] von Wärme und erzwungene Konvektion [Blasen durch Lüfter])

Zusammen mit dem Kühlmittel (Flüssigkeitskühlsysteme)

Aufgrund des Phasenübergangs des Kühlmittels (Systeme der offenen Verdampfung)

Je nach Art der Wärmeabfuhr werden die Heizelemente des Kühlsystems unterteilt in:

Luft-(aerogene) Kühlsysteme

Flüssigkeitskühlsysteme

Freon-Installation

Offene Verdunstungssysteme

Es gibt auch kombinierte Kühlsysteme, die Elemente verschiedener Systemtypen kombinieren:

· Wasserkühler

Systeme mit Peltier-Elementen

Luftkühlsysteme

Passiv

Passive Systeme waren die ersten Kühlgeräte in der Entwicklung der Computerkühlung. Sie erhielten ihren Namen aufgrund des Fehlens von Bewegungsmechanismen und Energiequellen.

Ein herkömmlicher Kühler (Abb. 1) ist das gebräuchlichste passive Kühlsystem, das auf den Prinzipien des Wärmeaustauschs mit der Umgebungsluft und der natürlichen Konvektion der Luftströme (heiße Luft steigt auf, kalte Luft sinkt) arbeitet. Die Effizienz eines Heizkörpers hängt von zwei Faktoren ab: der Oberfläche und dem Herstellungsmaterial.

Reis. 1. Kühler

Je größer die Oberfläche der Kühlerlamellen ist, desto mehr Wärme kann an die Umgebung abgegeben werden. Aber die Temperaturen der Komponenten stiegen, und auch der Kühler wuchs und drohte, das gesamte Innenvolumen der Systemeinheit auszufüllen und den Computer in eine Heizung zu verwandeln. In diesem Moment tauchten Strahler mit wellenförmiger Lamellenform, mit mehrstufigen Lamellen, Nadelstrahlern usw. auf.

Das Material zur Herstellung der ersten Heizkörper war leicht zu verarbeitendes, günstiges und einigermaßen wärmeleitendes Aluminium. Doch während der „globalen Erwärmung der Prozessoren“ stellte sich heraus, dass die Fähigkeit von Aluminium zur Wärmeableitung nicht ausreicht. Und dann wurde teureres, aber wärmeleitenderes Kupfer verwendet. Zunächst wurden daraus nur Heizkörperkerne mit gepressten Aluminiumlamellen hergestellt, dann begann man, Heizkörper vollständig aus Kupfer herzustellen.

Als sogar Vollkupfer-Kühlkörper beeindruckende Größen und Gewichte erreichten, begann man, sogenannte Heatpipes zu verwenden, um heiße Komponenten von heißen Komponenten zu entfernen. Es handelt sich um ein geschlossenes Metallrohr (am häufigsten wird als Rohrmaterial das gleiche Kupfer verwendet) mit evakuierter Luft, in dem sich eine bestimmte Menge Flüssigkeit und ein Kapillarsystem befinden. Die am heißen Ende des Rohrs verdampfende Flüssigkeit überträgt die Wärme sofort, verteilt sie gleichmäßig über die gesamte Länge des Rohrs und kondensiert am kalten Ende und kehrt in ihren ursprünglichen flüssigen Zustand zurück. Der Wirkungsgrad von Heatpipes ist um ein Vielfaches höher als der eines Metallstabes gleichen Durchmessers, für die direkte Kühlung sind sie jedoch nicht geeignet. Wärmerohre werden nur verwendet, um Wärme an einen geräumigeren und kälteren Teil des Computergehäuses abzuleiten, wo die Möglichkeit besteht, einen massiven Kühler zu installieren, der die vom Rohr erzeugte Wärme abführt. Bei den neuesten Extreme-Motherboards sind die Heatpipe-Kühlkörper, die den Chipsatz kühlen, so positioniert, dass sie Kontakt mit der Luft außerhalb des Computergehäuses haben.

IN moderne Computer Aufgrund der hohen Wärmeableitung der Komponenten ist eine Kühlung mit passiven Systemen allein nicht möglich. Passive Kühlsysteme sind daher stets Begleiter aktiver Systeme und fungieren nur an den am wenigsten heißen Orten als autonome Kühler.

Vorteile: Wirtschaftlichkeit, zuverlässiger Betrieb, Sicherheit, kein Lärm

Nachteile: geringer Wirkungsgrad für moderne Ausrüstung

Aktiv

Luftkühlung (Abb. 2) ist immer noch die beliebteste Methode, um mit Temperaturüberschreitungen umzugehen. Der Kern dieser Methode liegt in der Organisation des richtigen Luftstroms – heiße Luft muss effektiv aus der Systemeinheit entfernt werden. Meist sind ein oder mehrere Lüfter verbaut, die den Luftstrom von der Vorderseite des Gehäuses zur Rückseite zirkulieren lassen. In einem schlecht konzipierten Luftkühlsystem kann es zu Luftstagnation oder Heißluftmigration von einer Komponente zur anderen kommen, was dazu führt, dass das Kühlsystem in ein Heizsystem umgewandelt wird.

Reis. 2. Computer-Luftkühlung

Die Regel der Luftkühlungseffizienz ist ganz einfach: Je intensiver der Luftstrom, desto besser wird die Wärme von den Heizgeräten abgeführt. Um die Blasqualität zu verbessern, können eine oder mehrere Methoden verwendet werden:

Erhöhung der Anzahl der Fans;

Erhöhung der Drehzahl des Laufrads;

Installation von Ventilatoren mit größerem Durchmesser;

Erhöhung der Anzahl der Flügel sowie Änderung ihrer Form (d. h. Austausch vorhandener Lüfter durch „fortgeschrittenere“ Modelle);

Entwicklung eines effizienteren Schemas für die Bewegung von Luftmassen;

Beseitigung von Hindernissen im Weg des Luftaustritts.

Sehr oft wird die Effizienz des Lüfters durch den Einbau eines Kühlkörpers (passives Kühlsystem) gesteigert.

Vorteile: niedrige Kosten; einfache Installation und Wartung

Nachteile: die Hauptgeräuschquelle im Computer; bescheiden im Vergleich zu anderen aktive Systeme, Leistungskennzahl; geringe Kapazität, um den ständig steigenden Kühlbedarf zu decken.

Flüssigkeitskühlsysteme

Der nächste Schritt in der Entwicklung von Kühlsystemen war die Verwendung von Flüssigkeit, um „die Temperatur heißer Stellen“ in der Systemeinheit zu senken. Als Flüssigkeit in solchen Systemen wird am häufigsten destilliertes Wasser unter Zusatz von Alkohol (um die Bildung von „Grün“ zu bekämpfen) oder Frostschutzmittel verwendet. In extremen Kühlsystemen wird Wasser oder Frostschutzmittel durch flüssigen Stickstoff ersetzt. Das Flüssigkeitskühlsystem (Abb. 3) besteht aus drei Komponenten – einem Wärmetauscher, einem Kühler und einer Pumpe, die durch Rohre zu einem geschlossenen Kreislauf verbunden sind. Der Wärmetauscher, auch Wasserblock genannt, überträgt Wärme vom Heizelement auf den Flüssigkeitsstrom, die Pumpe zirkuliert den Fluss und die Flüssigkeit wird im Kühler gekühlt. Darüber hinaus wird der gesamte Vorgang mit anderen Elementen wiederholt.

Reis. 3. Computer-Flüssigkeitskühlung

Es gibt auch pumpenlose Wasserkühlsysteme, deren Funktionsweise auf dem Verdunstungsprinzip basiert.

Die Qualität eines Flüssigkeitssystems wird durch zwei Schlüsselfaktoren bestimmt: die Geschwindigkeit der Flüssigkeitszirkulation und die Effizienz des Kühlvorgangs des Kühlers (sprich: die Größe des Kühlers).

Vorteile von CBO: nahezu geräuschloser Betrieb; hohe Kühleffizienz, keine Wärmeübertragung von einem Knoten zum anderen (wie es bei der Luftkühlung der Fall ist)

Nachteile von CBO: hohe Kosten; Komplexität der Installation, große Systemgröße, hohe Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung einer Reihe wichtiger Computerkomponenten, wenn das System drucklos ist oder die Pumpe ausfällt.

Trotz aller Unzulänglichkeiten derartiger Systeme werden sie aufgrund des permanent steigenden Kühlbedarfs neuer Computer immer weiter verbreitet.

Freon-Installationen

Kühlaggregat (Abb. 4), dessen Verdampfer direkt am zu kühlenden Bauteil montiert ist. Solche Systeme ermöglichen es, im Dauerbetrieb negative Temperaturen an der gekühlten Komponente zu erreichen, was für eine extreme Übertaktung von Prozessoren notwendig ist.

Reis. 4. Freon-Installation

Mängel:

· Die Notwendigkeit einer Wärmedämmung des kalten Teils des Systems und die Bekämpfung von Kondensat (dies ist ein häufiges Problem bei Kühlsystemen, die bei Temperaturen unter der Umgebungstemperatur betrieben werden);

· Schwierigkeiten bei der Kühlung mehrerer Komponenten;

· Erhöhter Stromverbrauch;

Komplexität und Kosten.

Wasserkühler

Systeme, die Flüssigkeitskühlsysteme und Freon-Installationen kombinieren (Abb. 5).

Reis. 5. Wasserkühler

In solchen Systemen wird das im Flüssigkeitskühlsystem zirkulierende Frostschutzmittel mithilfe einer Freon-Einheit in einem speziellen Wärmetauscher gekühlt. Diese Systeme ermöglichen die Nutzung negativer Temperaturen, die mit Hilfe von Freon-Anlagen erreichbar sind, zur Kühlung mehrerer Komponenten (bei herkömmlichen Freons ist die Kühlung mehrerer Komponenten schwierig). Zu den Nachteilen solcher Systeme zählen ihre große Komplexität und Kosten sowie die Notwendigkeit einer Wärmeisolierung des gesamten Flüssigkeitskühlsystems.

Problem mit der Computerkühlung

Der Betrieb moderner Hochleistungselektronikkomponenten, die die Grundlage von Computern bilden, geht mit einer erheblichen Wärmeabgabe einher, insbesondere wenn sie in erzwungenen Übertaktungsmodi betrieben werden. Effektive Arbeit Die Herstellung solcher Komponenten erfordert eine angemessene Kühlung, die die notwendigen Temperaturbedingungen für ihren Betrieb gewährleistet. Solche Mittel zur Aufrechterhaltung optimaler Temperaturbedingungen sind in der Regel Kühler, die auf herkömmlichen Kühlkörpern und Lüftern basieren.

Die Zuverlässigkeit und Leistung solcher Werkzeuge nimmt aufgrund der Verbesserung ihres Designs und ihrer Verwendung kontinuierlich zu die neuesten Technologien und die Verwendung verschiedener Sensoren und Steuerungen in ihrer Zusammensetzung. Dadurch können Sie solche Tools in die Komposition integrieren Computersysteme, Bereitstellung von Diagnose und Verwaltung ihrer Arbeit, um die größtmögliche Effizienz zu erreichen und gleichzeitig optimale Temperaturbedingungen für den Betrieb von Computerelementen sicherzustellen, was die Zuverlässigkeit erhöht und den Zeitraum ihres störungsfreien Betriebs verlängert.

(erhitzt durch die Arbeit von Mikroelementen wie Transistoren)

Hauptwärmequellen

IN persönlicher Computer sind: Grafikkarte, Prozessor, Elemente Hauptplatine, Mainboard, Motherboard(Prozessorleistung, Chipsatz usw.) sowie ein Netzteil. Die übrigen Elemente des PCs erwärmen sich nicht so stark wie die oben aufgeführten.

Der durchschnittliche Prozessor erzeugt 60 bis 130 Watt Wärme. Eine Standard-Gaming-Grafikkarte erwärmt sich im Betrieb auf 70-100 Grad Celsius, was völlig normal ist; das Netzteil erwärmt sich problemlos auf bis zu 60 Grad; Chipsatz in matt. das Board erwärmt sich auch auf 55-65 Grad usw.

Es ist zu beachten, dass die Leistung proportional zur Erwärmung des Systems ist. Je leistungsfähiger das System ist, desto mehr Wärme wird freigesetzt.

Wärme kann zurückgewonnen werden:

1. Zur Atmosphäre (Kühlerkühlsysteme):

1. Passive Kühlung (Wärmeabfuhr vom Kühler erfolgt durch Wärmestrahlung und natürliche Konvektion)

2. Aktive Kühlung (Wärmeabfuhr vom Kühler erfolgt durch Strahlung (Strahlung) von Wärme und erzwungene Konvektion (Blasen durch Lüfter))

2.Zusammen mit dem Kühlmittel (Flüssigkeitskühlsysteme)

3. Aufgrund des Phasenübergangs des Kühlmittels (Systeme der offenen Verdampfung)

Arten von Computerkühlsystemen

1. Luftkühlsysteme (aerogene Kühlsysteme).

2.Flüssigkeitskühlsysteme

3. Freon-Installation

4. Verdunstungssysteme öffnen

Luft-(aerogene) Kühlsysteme

Das Funktionsprinzip besteht in der direkten Wärmeübertragung von der Heizkomponente zum Heizkörper aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Materials oder mithilfe von Wärmerohren. Der Heizkörper strahlt durch Wärmestrahlung Wärme an den umgebenden Raum ab und überträgt Wärme durch Wärmeleitung an die Umgebungsluft, wodurch eine natürliche Konvektion der Umgebungsluft entsteht.

Die Oberflächen der Heizkomponente und des Kühlkörpers haben nach dem Schleifen eine Rauheit von etwa 10 µm und nach dem Polieren etwa 5 µm. Diese Rauheiten ermöglichen keinen engen Kontakt der Oberflächen, was zu einem dünnen Luftspalt mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit führt. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit wird der Spalt mit Wärmeleitpasten gefüllt.

Die derzeit gebräuchlichste Art von Kühlsystemen. Es ist äußerst vielseitig – Kühlkörper werden auf den meisten Computerkomponenten mit hoher Wärmeableitung installiert. Die Kühleffizienz hängt von der effektiven Wärmeableitungsfläche des Kühlkörpers, der Temperatur und der Geschwindigkeit des durch ihn strömenden Luftstroms ab. Auf Komponenten mit relativ geringer Wärmeableitung (Chipsätze, Netzteiltransistoren, Module). Arbeitsspeicher) werden in der Regel einfachste Passivstrahler verbaut. Insbesondere bei bestimmten Computerkomponenten Festplatten Da es schwierig ist, einen Kühler zu installieren, werden sie durch Anblasen eines Lüfters gekühlt. Auf den Zentral- und Grafikprozessoren sind meist aktive Radiatoren (Kühler) verbaut. Die passive Luftkühlung von CPU und GPU erfordert den Einsatz spezieller Kühlkörper mit hoher Wärmeableitungseffizienz bei geringem Luftdurchsatz und dient dem Aufbau eines geräuschlosen Personalcomputers.

Flüssigkeitskühlsysteme

Das Funktionsprinzip besteht in der Übertragung von Wärme von einer Heizkomponente an einen Kühler mithilfe eines im System zirkulierenden Arbeitsmediums. Als Arbeitsflüssigkeit wird am häufigsten destilliertes Wasser verwendet, oft mit Zusätzen, die eine bakterizide und/oder antigalvanische Wirkung haben; manchmal Öl, Frostschutzmittel, flüssiges Metall oder andere spezielle Flüssigkeiten.

Das Flüssigkeitskühlsystem besteht aus:

Pumpen – Pumpe zur Zirkulation des Arbeitsmediums

Kühlkörper (Wasserblock, Wasserblock, Kühlkopf) – ein Gerät, das dem gekühlten Element Wärme entzieht und sie an das Arbeitsmedium überträgt

Kühler zur Ableitung der Wärme des Arbeitsmediums. Kann aktiv oder passiv sein

Ein Reservoir mit einem Arbeitsmedium, das dazu dient, die Wärmeausdehnung des Fluids auszugleichen, erhöht die thermische Trägheit des Systems und verbessert den Komfort beim Befüllen und Entleeren des Arbeitsmediums

Schläuche oder Rohre

(Optional) Flüssigkeitsdurchflusssensor

Die Flüssigkeit muss eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben, um den Temperaturunterschied zwischen der Rohrwand und der Verdampfungsoberfläche zu minimieren, und eine hohe spezifische Wärmekapazität, um eine höhere Kühleffizienz bei einer geringeren Flüssigkeitszirkulationsrate im Kreislauf zu erreichen.

Freon-Installationen

Kühlaggregat, ein Verdampfer, der direkt am zu kühlenden Bauteil montiert wird. Solche Systeme ermöglichen es, im Dauerbetrieb negative Temperaturen an der gekühlten Komponente zu erreichen, was für eine extreme Übertaktung von Prozessoren notwendig ist.

Mängel:

Die Notwendigkeit, den kalten Teil des Systems zu isolieren und Kondensation zu bekämpfen (dies ist ein häufiges Problem bei Kühlsystemen, die bei Temperaturen unter der Umgebungstemperatur betrieben werden)

Schwierigkeiten beim Kühlen mehrerer Komponenten

Erhöhter Stromverbrauch

Komplexität und Kosten

Offene Verdunstungssysteme

Anlagen, bei denen Trockeneis, flüssiger Stickstoff oder Helium als Kältemittel (Arbeitsflüssigkeit) verwendet werden und in einem speziellen offenen Behälter (Glas) verdampfen, der direkt auf dem gekühlten Element installiert ist. Sie werden vor allem von Computer-Enthusiasten zur extremen Übertaktung von Geräten („Overclocking“) genutzt. Sie ermöglichen die Erzielung niedrigster Temperaturen, haben jedoch eine begrenzte Betriebszeit (erfordern ein ständiges Nachfüllen des Glases mit Kältemittel).

Peltier-Halbleiterkühlschränke

Die Essenz des offenen Effekts ist also wie folgt: beim Passieren elektrischer Strom Durch den Kontakt zweier Leiter aus unterschiedlichen Materialien wird je nach Richtung zusätzlich zur Jouleschen Wärme zusätzliche Wärme abgegeben oder aufgenommen, die sogenannte Peltier-Wärme. Der Grad der Ausprägung dieses Effekts hängt weitgehend von den Materialien der ausgewählten Leiter und den verwendeten elektrischen Modi ab.

Passive Systeme

Es gibt keine lüfterlosen Kühlsysteme – die Wärme muss irgendwohin aus dem geschlossenen Gehäuse gelangen. Ein passives Kühlsystem ist gut, weil es in den meisten Fällen keinen erzwungenen Luftstrom erfordert: Der daran angeschlossene Lüfter schaltet sich nur im kritischen Modus ein.

Heatpipe, Heatpipe

Element des Kühlsystems, dessen Funktionsprinzip darauf beruht, dass sich in geschlossenen Rohren aus wärmeleitendem Metall (z. B. Kupfer) eine niedrigsiedende Flüssigkeit befindet. Die Wärmeübertragung erfolgt dadurch, dass die Flüssigkeit am heißen Ende des Rohrs verdampft, die Verdampfungswärme aufnimmt und am kalten Ende kondensiert, von wo aus sie zum heißen Ende zurückwandert.

Es gibt zwei Arten von Heatpipes: glattwandige und mit einer porösen Beschichtung auf der Innenseite. In glattwandigen Rohren kehrt die kondensierte Flüssigkeit allein unter dem Einfluss der Schwerkraft in die Verdampfungszone zurück – mit anderen Worten, ein solches Rohr funktioniert nur in einer Position, in der sich die Kondensationszone über der Verdampfungszone befindet und die Flüssigkeit dazu in der Lage ist in die Verdunstungszone abfließen. Wärmerohre mit Füllstoff (Dochte, Keramik usw.) können in nahezu jeder Position arbeiten, da die Flüssigkeit unter Einwirkung von Kapillarkräften durch ihre Poren in die Verdampfungszone zurückkehrt und die Schwerkraft dabei eine untergeordnete Rolle spielt.

Wärmerohrmaterialien und Kühlmittel werden je nach Anwendungsbedingungen ausgewählt, von flüssigem Helium für extrem niedrige Temperaturen bis hin zu Quecksilber und sogar Indium für Hochtemperaturanwendungen. Allerdings verwenden die meisten modernen Rohre Ammoniak, Wasser, Methanol und Ethanol als Arbeitsflüssigkeit.

Aktive Systeme Flügelzellenkühler

Der Molex-Stecker hat drei Drähte: schwarz (Masse), rot (positiv) und gelb (Signal). Der PC-Stecker hat vier Drähte: zwei schwarze (Masse), gelbe (+12 Volt) und rote (+5 Volt). Molex-Anschlüsse werden auf Motherboards installiert, sodass das System selbst die Lüftergeschwindigkeit steuern kann, indem es verschiedene Spannungen an das rote Kabel anlegt (normalerweise von 8 bis 12 V), und diese bei Bedarf ändern kann. Über die gelbe Signalleitung erhält das Motherboard vom Lüfter Informationen über die Geschwindigkeit seiner Flügel. Heutzutage ist dies sehr relevant geworden, da ein stehender Lüfter eines Prozessorkühlers den Prozessor beschädigen kann. Daher stellen moderne Motherboards sicher, dass der Lüfter immer läuft, und wenn er stoppt, schalten sie den Computer aus. Der Anschluss über Molex hat einen Nachteil: Es ist gefährlich, Lüfter mit einer Leistungsaufnahme von mehr als 6 Watt an Mainboards anzuschließen. Der PC-Plug-Anschluss hält Dutzenden von Watt stand, aber wenn er angeschlossen ist, können Sie nicht herausfinden, ob Ihr Lüfter funktioniert oder nicht. Heutzutage sind immer mehr Lüfter mit PC-Plug-Molex-Adaptern ausgestattet, um sie an das Netzteil anzuschließen, oder sogar mit beiden Anschlüssen gleichzeitig: PC-Plug und Molex, um Strom vom Netzteil des Computers zu erhalten und darüber zu kommunizieren das Molex-Signalkabel Hauptplatineüber die Drehzahl des Motors.

Temperaturüberwachungsprogramme

SpeedFan ist ein Programm zur Überwachung verschiedener Computersensoren, die Folgendes anzeigen: Temperatur Festplatte, Chipsatz, Prozessor, Lüfter sowie deren Geschwindigkeit, Spannung usw.

CPU-Z Kostenloses Dienstprogramm, das Informationen über die wichtigsten Hardwarekomponenten des Computers sammelt und anzeigt.

OpenHardwareMonitor

AIDA64

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SilverStone

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Thermaltake

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