Datoru dzesēšanas sistēmas: pasīvās, aktīvās, šķidruma, freona, ūdens dzesētāja, atvērtas iztvaikošanas, kaskādes, Peltjē dzesēšanas sistēmas

Datora darbības laikā daži tā komponenti ļoti sakarst, un, ja radītais siltums netiek pietiekami ātri noņemts, dators vienkārši nespēs strādāt, jo tiek pārkāptas tā galveno pusvadītāju komponentu parastās īpašības.

Siltuma noņemšana no datora apsildes daļām ir vissvarīgākais uzdevums, ko risina datora dzesēšanas sistēma, kas ir specializētu rīku kopums, kas darbojas nepārtraukti, sistemātiski un harmoniski visu datora aktīvās lietošanas laiku.

Datora dzesēšanas sistēmas darbības laikā tiek izmantots siltums, ko rada darba strāvu pāreja caur galvenajiem datora elementiem, īpaši caur tā sistēmas bloka elementiem.Radītā siltuma daudzums šajā gadījumā ir atkarīgs no datora skaitļošanas resursiem un tā pašreizējās slodzes attiecībā pret visiem mašīnai pieejamajiem resursiem.

Jebkurā gadījumā siltums tiek atgūts atmosfērā. Pasīvajā dzesēšanā siltums no apsildāmajām daļām caur radiatoru tiek noņemts tieši apkārtējā gaisā, izmantojot parasto konvekciju un infrasarkano starojumu. Aktīvajā dzesēšanā papildus konvekcijai un infrasarkanajam starojumam tiek izmantota pūšana ar ventilatoru, kas palielina konvekcijas intensitāti (šo risinājumu sauc par «dzesētāju»).

Ir arī šķidruma dzesēšanas sistēmas, kur siltumu vispirms pārnes siltumnesējs un pēc tam atkal izmanto atmosfērā. Ir atvērtas iztvaikošanas sistēmas, kurās siltums tiek noņemts dzesēšanas šķidruma fāzes pārejas dēļ.

Tātad, saskaņā ar siltuma noņemšanas principu no datora sildīšanas daļām, ir dzesēšanas sistēmas: gaisa dzesēšana, šķidruma dzesēšana, freons, atvērtā iztvaikošana un kombinētās (pamatojoties uz Peltjē elementiem un ūdens dzesētājiem).

Pasīvā gaisa dzesēšanas sistēma

Iekārtām, kas nav noslogotas ar siltumu, vispār nav nepieciešamas īpašas dzesēšanas sistēmas. Netermiski noslogotas iekārtas ir tādas, kurās siltuma plūsma uz apsildāmās virsmas kvadrātcentimetru (siltuma plūsmas blīvums) nepārsniedz 0,5 mW. Šādos apstākļos apsildāmās virsmas pārkaršana attiecībā pret apkārtējo gaisu nebūs augstāka par 0,5 ° C, parastais maksimums šādā gadījumā ir +60 ° C.

Bet, ja komponentu termiskie parametri normālā darbības režīmā pārsniedz šīs vērtības (saglabājot siltumenerģiju salīdzinoši zemu), tad uz šādiem komponentiem tiek uzstādīti tikai radiatori, tas ir, ierīces pasīvai siltuma noņemšanai. , tā sauktās pasīvās dzesēšanas sistēmas.

Ja mikroshēmas jauda ir zema vai kad sistēmas skaitļošanas jaudas prasības ir pastāvīgi ierobežotas, parasti pietiek tikai ar radiatoru, pat bez ventilatora. Radiatoru katrā gadījumā izvēlas individuāli.

Pamatā pasīvā dzesēšanas sistēma darbojas šādi: siltums tiek nodots tieši no sildelementa (mikroshēmas) uz radiatoru materiāla siltumvadītspējas dēļ vai ar siltuma cauruļu palīdzību (termosifons vai iztvaikošanas kamera ir atšķirīgs fundamentāls risinājumi ar siltuma caurulēm).

Radiatora funkcija ir izstarot siltumu apkārtējā telpā ar infrasarkano starojumu un nodot siltumu vienkārši caur apkārtējā gaisa siltumvadītspēju, kas veicina dabisko konvekcijas strāvu rašanos. Lai pēc iespējas intensīvāk izstarotu siltumu pa visu radiatora laukumu, radiatora virsma kļūst melna.

Īpaši mūsdienās (dažādās iekārtās, arī datoros) plaši izplatīta ir pasīvā dzesēšanas sistēma. Šāda sistēma ir ļoti elastīga, jo radiatorus var viegli uzstādīt uz vairuma siltumietilpīgo komponentu. Jo lielāka ir efektīva siltuma izkliedes zona no radiatora, jo efektīvāka ir dzesēšana.

Svarīgi faktori, kas ietekmē dzesēšanas efektivitāti, ir gaisa plūsmas ātrums, kas iet caur radiatoru, un temperatūra (īpaši temperatūras starpība pret vidi).

Daudzi cilvēki zina, ka pirms radiatora uzstādīšanas uz komponenta ir nepieciešams uzklāt termopastas (piem., KPT-8) uz savienojošām virsmām. Tas tiek darīts, lai palielinātu siltumvadītspēju telpā starp komponentiem.

Sākotnēji problēma ir tāda, ka radiatora un tā komponenta virsmām, uz kurām tas ir uzstādīts, pēc rūpnīcas ražošanas un slīpēšanas joprojām ir 10 mikronu lielums raupjums, un pat pēc pulēšanas paliek aptuveni 5 mikroni raupjuma. Šie nelīdzenumi neļauj savienotājvirsmas saspiest kopā pēc iespējas ciešāk bez spraugas, kā rezultātā veidojas gaisa sprauga ar zemu siltumvadītspēju.

Dziedinātāji ar lielāko izmēru un aktīvo laukumu parasti tiek uzstādīti uz CPU un GPU. Ja nepieciešams salikt kluso datoru, tad, ņemot vērā zemo gaisa plūsmas ātrumu, ir nepieciešami īpaši ļoti lieli radiatori, kam raksturīga paaugstināta siltuma izkliedes efektivitāte.

Aktīvā gaisa dzesēšanas sistēma

Lai uzlabotu dzesēšanu, lai gaiss intensīvāk plūst caur radiatoru, papildus tiek izmantoti ventilatori. Radiatoru, kas aprīkots ar ventilatoru, sauc par dzesētāju. Dzesētāji ir uzstādīti uz datora grafikas un centrālajiem procesoriem. Ja nav iespējams uzstādīt radiatoru uz dažām sastāvdaļām, piemēram, cietajam diskam, vai arī tas nav ieteicams, tad tiek izmantota vienkārša ventilatora izpūšana bez radiatora.Tas ir pilnīgi pietiekami.

Šķidruma dzesēšanas sistēma

Šķidruma dzesēšanas sistēma darbojas pēc principa, ka ar sistēmā cirkulējošā darba šķidruma palīdzību tiek pārnests siltums no atdzesētās sastāvdaļas uz radiatoru. Šāds šķidrums parasti ir destilēts ūdens ar baktericīdām un pretgalvaniskām piedevām vai antifrīzu, eļļa, citi speciāli šķidrumi un dažos gadījumos šķidrs metāls.

Šādā sistēmā obligāti ietilpst: sūknis šķidruma cirkulācijai un radiators (ūdens bloks, dzesēšanas galva), lai noņemtu siltumu no sildelementa un nodotu to darba šķidrumam. Pēc tam siltumu izkliedē radiators (aktīvā vai pasīvā sistēma).

Turklāt šķidruma dzesēšanas sistēmai ir darba šķidruma rezervuārs, kas kompensē tā termisko izplešanos un palielina sistēmas termisko inerci. Tvertni ir ērti uzpildīt un caur to ir ērti arī iztukšot darba šķidrumu. Šādā sistēmā ir nepieciešamas nepieciešamās šļūtenes un caurules. Pēc izvēles var būt pieejams šķidruma plūsmas sensors.

Darba šķidrumam ir pietiekami augsta siltumietilpība, lai nodrošinātu augstu dzesēšanas efektivitāti pie zema cirkulācijas ātruma un augstu siltumvadītspēju, kas samazina temperatūras starpību starp iztvaikojošo virsmu un caurules sienu.

Freona dzesēšanas sistēma

Procesora galējai pārspīlēšanai nepieciešama negatīva atdzesētā elementa temperatūra tā nepārtrauktas darbības laikā. Šim nolūkam ir nepieciešamas freona instalācijas. Šīs sistēmas ir saldēšanas iekārtas, kurās iztvaicētājs ir uzstādīts tieši uz komponenta, no kura ļoti lielā ātrumā ir jānoņem siltums.

Freona sistēmas trūkumi, papildus tās sarežģītībai, ir: nepieciešamība pēc siltumizolācijas, obligāta cīņa ar kondensātu, grūtības vienlaikus atdzesēt vairākas sastāvdaļas, liels enerģijas patēriņš un augstā cena.

Ūdens dzesētājs

Waterchiller ir dzesēšanas sistēma, kas apvieno freona bloku un šķidruma dzesēšanu. Šeit sistēmā cirkulējošo antifrīzu tālāk atdzesē siltummainī, izmantojot freona bloku.

Šādā sistēmā ar freona vienības palīdzību tiek iegūta negatīva temperatūra, un šķidrums var vienlaikus atdzesēt vairākas sastāvdaļas. Parastā freona dzesēšanas sistēma to nepieļauj. Ūdens dzesētāja trūkumi ir nepieciešamība pēc visas sistēmas siltumizolācijas, kā arī sarežģītība un augstās izmaksas.

Atvērta iztvaikošanas dzesēšanas sistēma

Atvērtās tvaika dzesēšanas sistēmās tiek izmantots darba šķidrums - aukstumaģents, piemēram, hēlijs, šķidrais slāpeklis vai sausais ledus. Darba šķidrums tiek iztvaicēts atvērtā stiklā, kas ir uzstādīts tieši uz sildelementa, kas ļoti ātri jāatdzesē.

Šī metode pieder amatieriem, un to galvenokārt izmanto hobiji, kuriem nepieciešama ekstrēma pieejamā aprīkojuma pārspīlēšana ("overtaktēšana"). Izmantojot šo metodi, jūs varat iegūt zemāko temperatūru, bet stikls ar aukstumaģentu būs regulāri jāpapildina, tas ir, sistēmai ir laika ierobežojums un tai nepieciešama pastāvīga uzmanība.

Kaskādes dzesēšanas sistēma

Kaskādes dzesēšanas sistēma nozīmē divu vai vairāku freonu vienlaicīgu secīgu iekļaušanu. Lai sasniegtu zemāku temperatūru, tiek izmantots freons ar pazeminātu viršanas temperatūru.Ja freona iekārta ir vienpakāpes, tad ir nepieciešams palielināt darba spiedienu ar jaudīgiem kompresoriem.

Bet ir alternatīva - freona bloka radiatora dzesēšana ar citu līdzīgu bloku. Tādējādi var samazināt darba spiedienu sistēmā un no kompresoriem vairs nav nepieciešama liela jauda, ​​var izmantot parastos kompresorus. Kaskādes sistēma, neskatoties uz tās sarežģītību, ļauj sasniegt zemāku temperatūru nekā ar parasto freona instalāciju, un, salīdzinot ar atvērtu iztvaicēšanas sistēmu, šāda iekārta var darboties nepārtraukti.

Peltier dzesēšanas sistēma

Dzesēšanas sistēmā ar Peltjē elementu tā ir uzstādīta ar auksto pusi uz dzesējamās virsmas, savukārt elementa karstā puse darbības laikā prasa intensīvu dzesēšanu no citas sistēmas. Sistēma ir salīdzinoši kompakta.