Datorkylsystem: passiva, aktiva, flytande, freon, vattenkylare, öppen förångning, kaskad, Peltierkylning

Under driften av datorn blir några av dess komponenter mycket varma, och om den genererade värmen inte avlägsnas tillräckligt snabbt, kommer datorn helt enkelt inte att kunna fungera på grund av brott mot de normala egenskaperna hos dess huvudsakliga halvledarkomponenter.

Att ta bort värme från datorns värmedelar är den viktigaste uppgiften som datorns kylsystem löser, vilket är en uppsättning specialiserade verktyg som fungerar kontinuerligt, systematiskt och harmoniskt under hela den tid som datorn används aktivt.

Under driften av datorns kylsystem utnyttjas värmen som genereras av passage av driftströmmar genom datorns nyckelelement, speciellt genom elementen i dess systemenhet.Mängden värme som genereras i detta fall beror på datorns beräkningsresurser och dess aktuella belastning i förhållande till alla resurser som är tillgängliga för maskinen.

Värmen återvinns i alla fall i atmosfären. Vid passiv kylning avlägsnas värmen från de uppvärmda delarna genom en radiator direkt in i den omgivande luften genom konventionell konvektion och infraröd strålning. Vid aktiv kylning, förutom konvektion och infraröd strålning, används blåsning med en fläkt, vilket ökar konvektionsintensiteten (denna lösning kallas en «kylare»).

Det finns även vätskekylsystem där värmen först överförs av en värmebärare och sedan återanvänds i atmosfären. Det finns öppna evaporativa system där värme avlägsnas på grund av kylvätskans fasövergång.

Så, enligt principen att ta bort värme från värmedelarna i datorn, finns det kylsystem: luftkylning, vätskekylning, Freon, öppen förångning och kombinerad (baserat på Peltier-element och vattenkylare).

Passivt luftkylningssystem

Utrustning som inte är värmebelastad kräver inga speciella kylsystem alls. Icke värmebelastad utrustning är en utrustning där värmeflödet per kvadratcentimeter av den uppvärmda ytan (värmeflödestätheten) inte överstiger 0,5 mW. Under dessa förhållanden kommer överhettningen av den uppvärmda ytan i förhållande till den omgivande luften inte att vara högre än 0,5 ° C, det vanliga maximum för ett sådant fall är +60 ° C.

Men om de termiska parametrarna för komponenterna i det normala driftläget överstiger dessa värden (medan värmegenereringen hålls relativt låg), installeras endast radiatorer på sådana komponenter, det vill säga enheter för passiv värmeavlägsning , de så kallade passiva kylsystemen.

När kretsens effekt är låg, eller när systemets krav på beräkningskapacitet ständigt är begränsade, räcker i regel bara en kylfläns, även utan en fläkt. Radiatorn väljs individuellt i varje fall.

I grund och botten fungerar det passiva kylsystemet på följande sätt: Värmen överförs direkt från värmekomponenten (chipet) till kylflänsen på grund av materialets värmeledningsförmåga eller med hjälp av värmerör (termosyfon eller förångningskammare är olika grundläggande lösningar med värmerör).

Radiatorns funktion är att utstråla värme till det omgivande utrymmet genom infraröd strålning och överföra värme helt enkelt genom den omgivande luftens värmeledningsförmåga, vilket bidrar till uppkomsten av naturliga konvektionsströmmar. För att så intensivt som möjligt utstråla värme över hela radiatorns yta blir radiatorns yta svart.

Speciellt idag (i olika utrustningar, inklusive datorer) är det passiva kylsystemet utbrett. Ett sådant system är mycket flexibelt, eftersom radiatorer enkelt kan monteras på de flesta värmeintensiva komponenter. Ju större det effektiva området för värmeavledning från kylaren är, desto effektivare blir kylningen.

Viktiga faktorer som påverkar kylningseffektiviteten är hastigheten på luftflödet som passerar genom kylflänsen och temperaturen (särskilt temperaturskillnaden till omgivningen).

Många vet att innan man monterar en kylfläns på en komponent är det nödvändigt att applicera termisk pasta (t.ex. KPT-8) på de matchande ytorna. Detta görs för att öka värmeledningsförmågan i utrymmet mellan komponenterna.

Inledningsvis är problemet att ytorna på radiatorn och komponenten den är installerad på, efter fabrikstillverkning och slipning, fortfarande har en grovhet i storleksordningen 10 mikron, och även efter polering återstår cirka 5 mikron grovhet. Dessa ojämnheter förhindrar att anslutningsytorna pressas ihop så tätt som möjligt utan mellanrum, vilket resulterar i en luftspalt med låg värmeledningsförmåga.

Kylflänsar med störst storlek och aktiv yta är vanligtvis monterade på CPU:er och GPU:er. Om det är nödvändigt att montera en tyst dator, med tanke på luftpassagens låga hastighet, behövs speciella mycket stora radiatorer, kännetecknade av ökad effektivitet för värmeavledning.

Aktivt luftkylningssystem

För att förbättra kylningen, för att göra luftflödet genom kylaren mer intensivt, används dessutom fläktar. En kylare utrustad med en fläkt kallas kylare. Kylare är installerade på datorns grafik och centrala processorer. Om det inte går att installera en kylfläns på några av komponenterna, såsom en hårddisk, eller det inte rekommenderas, så används en enkel fläktutblåsning utan kylfläns.Det räcker.

Vätskekylningssystem

Vätskekylsystemet fungerar enligt principen att överföra värme från den kylda komponenten till kylaren med hjälp av en arbetsvätska som cirkulerar i systemet. En sådan vätska är vanligtvis destillerat vatten med bakteriedödande och antigalvaniska tillsatser eller frostskyddsmedel, olja, andra specialvätskor och i vissa fall flytande metall.

Ett sådant system inkluderar nödvändigtvis: en pump för att cirkulera vätskan och en radiator (vattenblock, kylhuvud) för att ta bort värmen från värmeelementet och överföra det till arbetsvätskan. Värmen avleds sedan av en kylfläns (aktivt eller passivt system).

Dessutom har vätskekylsystemet en reservoar av arbetsvätska, som kompenserar för dess termiska expansion och ökar systemets termiska tröghet. Tanken är bekväm att fylla och det är också bekvämt att tömma arbetsvätskan genom den. I ett sådant system krävs nödvändiga slangar och rör. En vätskeflödessensor kan vara tillgänglig som tillval.

Arbetsvätskan har en tillräckligt hög värmekapacitet för att ge hög kyleffektivitet vid låg cirkulationshastighet och hög värmeledningsförmåga, vilket minimerar temperaturskillnaden mellan förångningsytan och rörväggen.

Freon kylsystem

Extrem överklockning av processorn kräver en negativ temperatur på det kylda elementet under dess kontinuerliga drift. Freoninstallationer krävs för detta. Dessa system är kylaggregat där förångaren är monterad direkt på den komponent från vilken värme måste avlägsnas i mycket hög hastighet.

Nackdelarna med freonsystemet, förutom dess komplexitet, är: behovet av värmeisolering, den obligatoriska kampen med kondensat, svårigheten att kyla flera komponenter samtidigt, den höga energiförbrukningen och det höga priset.

Vattenkylare

Waterchiller är ett kylsystem som kombinerar en Freon-enhet och vätskekylning. Här kyls frostskyddsmedlet som cirkulerar i systemet ytterligare i en värmeväxlare med hjälp av ett Freonblock.

I ett sådant system erhålls en negativ temperatur med hjälp av en freonenhet, och vätskan kan samtidigt kyla flera komponenter. Ett konventionellt Freon-kylsystem tillåter inte detta. Nackdelarna med en vattenkylare är behovet av värmeisolering av hela systemet, såväl som komplexiteten och den höga kostnaden.

Öppet evaporativt kylsystem

Öppna ångkylsystem använder en arbetsvätska - ett köldmedium som helium, flytande kväve eller torris. Arbetsvätskan förångas i ett öppet glas, som är monterat direkt på värmeelementet, som måste kylas mycket snabbt.

Denna metod tillhör amatörer och används främst av hobbyister som behöver extrem överklockning ("överklockning") av tillgänglig utrustning. Med denna metod kan du få den lägsta temperaturen, men glaset med köldmediet måste fyllas på regelbundet, det vill säga systemet har en tidsgräns och kräver konstant uppmärksamhet.

Kaskad kylsystem

Ett kaskadkylsystem innebär samtidig sekventiell inkludering av två eller flera freoner. För att uppnå lägre temperaturer används freon med reducerad kokpunkt.Om freonmaskinen är enstegs, är det nödvändigt att öka arbetstrycket med kraftfulla kompressorer.

Men det finns ett alternativ - kyla kylaren på ett freonblock med ett annat liknande block. Därmed kan drifttrycket i systemet reduceras och hög effekt krävs inte längre från kompressorerna, konventionella kompressorer kan användas. Kaskadsystemet tillåter trots sin komplexitet att uppnå en lägre temperatur än med en konventionell freoninstallation, och jämfört med ett öppet förångningssystem kan en sådan installation fungera kontinuerligt.

Peltier kylsystem

I kylsystemet med ett Peltier-element den är monterad med sin kalla sida på ytan som ska kylas, medan den varma sidan av elementet kräver intensiv kylning från ett annat system under dess drift. Systemet är relativt kompakt.