Делаем компьютер тише. Обзор систем охлаждения, корпусов и термопаст

9. На что монтировать вентиляторы

Чтобы убрать вибрации, вентиляторы монтируют с помощью резиновых антивибрационных креплений.

Вступление

Наверняка каждый пользователь хоть раз да задумывался о сборке в своем ПК системы жидкостного охлаждения компонентов. Но не каждый решался на этот шаг. Кому-то подобное было не по карману, кто-то не находил времени или сил. Есть и такие, которых одно только упоминание о наличии внутри компьютера воды, может бросить в дрожь.

В первую очередь жидкостное охлаждение интересно оверклокерам, особенно таким, кто предпочитает выжимать все соки из процессора и видеокарты, получая максимальную производительность за меньшие деньги. Либо получать за максимальные деньги еще большую производительность.

В любом случае, для сборки ПК с жидкостным охлаждением потребуется продуманный корпус, в котором можно беспроблемно разместить компоненты СЖО. В первую очередь это касается радиатора. Конечно, его можно вынести наружу, так будет даже лучше в плане эффективности охлаждения, но тогда мы лишимся компактности и потеряем в эстетике.

Напомним, что ранее мы уже изучили как большие модели класса Full Tower и Ultra Tower, предназначенные для производительного ПК, так и компактные решения, рассчитанные на установку материнских плат Mini-ITX/Micro-ATX, а также корпуса, ориентированные на тишину. А совсем недавно был рассмотрен сегмент среднегабаритных моделей.

Заточенные под СЖО решения, как правило, почти все наделены посадочным местом под радиатор на верхней панели корпуса. Советуем выбирать из моделей корпусов, в которых сверху можно установить трехсекционный радиатор как минимум типоразмера 360 мм под 120 мм вентиляторы, а еще лучше, если это будет 420 мм радиатор под 140-миллиметровые вертушки.

Стоит учесть, что нужно достаточно свободного пространства под верхней крышкой корпуса, где по возможности умещался бы радиатор как минимум толщиной 45 мм (без учета толщины вентиляторов). Теплорассеиватели меньшей толщины – 30 мм, наиболее распространены и дешевы, но обладают меньшей теплорассеивающей способностью по сравнению с 45 мм моделями.

В таком случае вы вряд ли сможете охлаждать процессор вкупе с видеокартой, наслаждаясь при этом тишиной. Радиатор толщиной 45 мм – золотая середина; если он трехсекционный, то обеспечит нормальное охлаждение и процессора, и видеокарты, при сохранении низкого уровня шума.

Существуют и более толстые теплорассеиватели, они хоть и эффективнее, но хуже продуваются при низких оборотах вентиляторов, а потому не особенно подходят для любителей тишины. Лучше всего подобрать корпус, у которого свободное расстояние между верхней панелью и верхней кромкой материнской платы не менее 70 мм.

Как правило, для охлаждения процессора и видеокарты достаточно одного трехсекционного радиатора толщиной 45 мм, размещенного сверху. Продув радиатора следует осуществлять снизу-вверх. И ни в коем случае не наоборот, нам же не нужен горячий воздух внутри корпуса?

⇡#тестирование

Полностью тестовый стенд выглядит следующим образом:

• Центральный процессор Intel Core i5-8600K, 3,6 (4,3) ГГц, 6/6 ядер/потоков, 95 Вт TDP.
• Материнская плата ASRock Fatal1ty Z370 Gaming-ITX/ac.
• Видеокарта NVIDIA GeForce GTX 1060 6 Гбайт.
• Оперативная память DDR4-2666, 2 × 8 Гбайт.
• Твердотельный накопитель Kingston SA400S37/120G 120 Гбайт.
• Блок питания FSP Dagger 600 Вт.
• Корпус Thermaltake Core G3.
• Система охлаждения «Теркон-КТТ» термопаста ARCTIC MX-4.

На твердотельный накопитель была установлена Windows 10 Pro x64. Тестирование эффективности системы охлаждения проводилось в корпусе, установленном вертикально, в полностью собранном состоянии. Центральный процессор в течение 30 минут нагружался при помощи программы LinX 0.7.0.

Выше на скриншоте наглядно показано, почему тестировать системный блок «Глава» вообще не интересно. Система охлаждения при температуре в помещении 27,8 градусов Цельсия не позволила двухъядерному Core i3-7100 нагреться выше 65 градусов Цельсия в LinX.

А это значит, что при выполнении офисных приложений центральный процессор всегда будет холодным. Скучно — и в целом прогнозируемо. Вот с Core i5-8600K КТТ компании «Теркон» явно придется попотеть. Как показывают наши тесты, этот чип не отличается холодным нравом.

Обратите внимание на одну очень важную особенность тестирования. Мы имеем дело с полностью пассивной системой охлаждения ЦП, поэтому эффективность работы этого устройства серьезно зависит от температуры окружающей среды, а также от наличия сквозняков в помещении.

Даже в самых суровых условиях (хотя бы в этом году лето в Москве оказалось жарким) контурные тепловые трубки «Теркон» справляются со своей задачей. Полчаса стресс-теста в LinX 0.7.0 — и температура самого горячего ядра Core i5-8600K поднялась до 92 градусов Цельсия. Система работает полностью стабильно, сброса тактовой частоты нет.

Обратите внимание, что Core i5-8600K под нагрузкой работает на тактовой частоте 4,3 ГГц, хотя по умолчанию при загрузке всех шести ядер этот чип должен функционировать на частоте 4,1 ГГц. Это маленькие хитрости производителей. Подобные «фокусы» вы могли видеть в сравнительном тесте материнских плат на базе чипсета Z270 Express, но раз система даже при температуре в помещении 27,8 градуса Цельсия оказалась полностью стабильной, то я решил ничего не менять в BIOS ASRock Fatal1ty Z370 Gaming-ITX/ac.

При снижении температуры окружающей среды система охлаждения «Теркон», что совсем не удивительно, стала работать еще эффективнее. Температура самого горячего ядра 6-ядерника в других условиях снизилась до 85 и 81 °C соответственно. Если честно, меня такие результаты очень впечатлили.

Наш тестовый стенд получил не полностью пассивное охлаждение — все же вентиляторами оснащены видеокарта и блок питания. Однако обдув околосокетного пространства во время испытаний не осуществлялся. В недавнем сравнительном тестировании дешевых H310-плат мы выяснили, что экономия на конвертере питания и отсутствие даже пассивного охлаждения на элементах цепи приводит к их перегреву и, как следствие, нестабильной работе центрального процессора.

Даже если в компьютере используется младший 6-ядерник Core i5-8400. Материнская плата ASRock Fatal1ty Z370 Gaming-ITX/ac — пример устройства с отличной подсистемой питания и с отличной же системой охлаждения. Как такового обдува в Thermaltake Core G3 нет, но нет и перегрева конвертера питания.

Это хорошо видно по снимкам с тепловизора, сделанным при комнатной температуре 27,8 градуса Цельсия. Максимальный показатель нагрева элементов материнской платы составил всего 67 градусов Цельсия под нагрузкой в программе LinX. Так что если вас заинтересовала СО «Теркон» и вы планируете на ее основе собрать игровой ПК, то ни в коем случае не экономьте на материнской плате.

Сам радиатор, который должен отводить тепло от контурных теплотрубок, нагревается до 40-48 градусов Цельсия. Если расположиться рядом с Thermaltake Core G3, то такой нагрев становится заметным.

Естественно, абсолютное большинство программ не нагружает центральный процессор так, как это делают приложения уровня LinX и Prime95. Получается, если система работает стабильно во время стресс-тестирования, то она будет работать стабильно всегда. Например, в играх Core i5-8600K вообще не может разогреть систему «Теркон».

Запас прочности у СО «Теркон» приличный. Его, в частности, хватило, чтобы еще несколько разогнать Core i5-8600K. В BIOS материнской платы в режиме Offset напряжение CPU было увеличено на 0,05 В, множитель поднят на две единицы и выставлен пятый уровень Load-Line Calibration.

Что ж, при температуре окружающей среды 23,3 °C процессор абсолютно стабильно работал на частоте 4,5 ГГц. Температура самого горячего ядра 6-ядерника увеличилась до 98 градусов Цельсия. Очевидно, что контурным теплотрубкам «Теркон» вполне по силам охладить и 6-ядерный Core i7-8700K. А если процессор еще и скальпировать…

Для большей наглядности я достал со шкафа изрядно запылившийся кулер Thermalright Macho Zero, который тоже предназначен для работы в пассивном режиме. Так как это устройство не помещается в Thermaltake Core G3, то тестирование проводилось на открытом тестовом стенде при комнатной температуре 23,3 °C.

Нагрузка в виде LinX оказалась непосильной задачей для «Мачо» — при достижении 100 градусов Цельсия частота Core i5-8600K начала стремительно снижаться с 4,3 до 3,5 ГГц, то есть появился троттлинг в 100 МГц. В играх Thermalright Macho Zero проявил себя гораздо лучше, но все равно не так выразительно, как система охлаждения «Теркон».

Понятно, что установка на кулер Thermalright любого вентилятора кардинальным образом изменит ситуацию. Этот кулер в активном режиме работы способен эффективно охладить любой существующий чип для популярных платформ AMD и Intel. И все же наш небольшой эксперимент, на мой взгляд, наглядно показал, насколько контурные теплотрубки «Теркон» работают эффективнее обычного башенного кулера.

Корпуса

В объемных корпусах (Ultra-tower и Full-tower) проще организовать правильную циркуляцию воздуха, так как в них помещается больше вентиляторов и есть куда спрятать провода. Компании be quiet! и Fractal Design специализируются на производстве корпусов со звукоизоляцией. Удачные модели встречаются у SilverStone, Thermaltake, NZXT, Corsair, Nanoxia и Bitfenix.

1. Материал шумоизоляции корпуса

Шумоизоляция корпуса состоит из слоев битума и вспененного материала, которые устраняют вибрации. Слой флиса поглощает звуковые волны. Толщина слоев от 5 до 10 мм.

2. Влияние окна в корпусе на шумоизоляцию

Судя по тесту корпуса Fractal Design Define R5 с глухой стенкой и с окном, окно не влияет на шумоизоляцию. Надо учитывать, что Fractal Design выпускает качественные корпуса. Если стекло тонкое и неплотно прилегает к корпусу, то шум возрастет.

1. Вентилятор с подшипником скольжения

Подшипник скольжения состоит из цилиндрического корпуса, в который вставлена втулка из антифрикционного материала. Внутри втулки вращается вал. Вал отделен от втулки заполненным смазкой зазором.

Небольшое расстояние между валом и втулкой и/или отсутствие смазки увеличивают трение, что затрудняет запуск вентилятора, повышает износ, энергопотребление и шум. Если зазор увеличить, вал начнет колебаться.

При вертикальном положении вентилятора давление вала на втулку в разных точках различается. Вал со временем деформирует отверстие втулки – оно становится овальным. Усиливаются колебания вала и увеличивается шум. Вентиляторы с подшипником скольжения лучше использовать в горизонтальном положении, чтобы давление вала на втулку было равномерным.

10. Как отрегулировать скорость вращения вентилятора

На Алиэкспресс продаются регуляторы оборотов для нескольких вентиляторов с питанием от разъема MOLEX или SATA.

11. Форма и количество лопастей

При увеличении количества лопастей с 6 до 12, скорость воздуха возрастает на 30% (pdf).

Шума при этом становится больше (рис. 22).

2. Вентилятор с подшипником качения

Вентиляторы с подшипниками качения (шарикоподшипниками) стабильно работают в любой ориентации и меньше изнашиваются, потому что трение качения меньше трения скольжения.

3. Вентилятор с гидродинамическим подшипником

В вентиляторах с гидродинамическим подшипником вал вращается в слое жидкости, которая удерживается внутри втулки за счет возникающей во время работы разницы давлений. Это снижает трение и шум.

4. Вентилятор с магнитным центрированием

В конструкции с магнитным центрированием вал опирается на колпачок и удерживается на месте магнитами, поэтому вес крыльчатки меньше изнашивает подшипник. Магнитное поле притягивает вал вниз, уменьшая его колебания, и позволяет устанавливать вентилятор под любым углом.

5. Какой выбрать размер вентилятора

В корпусах используются вентиляторы разных диаметров: 120, 140, 200 мм и выше. Вентиляторы большого диаметра при одинаковой скорости вращения создают бо́льший воздушный поток (CFM) в сравнении с вентиляторами меньшего диаметра. Необходимый для отвода тепловой мощности W воздушный поток Q вычисляется по следующей формуле:

При температуре 20 °C и атмосферном давлении 101.325 кПа, плотность сухого воздуха равна 1.2 кг/м³, а удельная теплоемкость – 1 кДж/кг°C. После подстановки значений формула упрощается:

7. Как расположить вентиляторы

От величины воздушного потока, который создают вентиляторы на входе и выходе, зависит давление в корпусе. Отрицательное давление возникает, когда выталкивается больше воздуха, чем всасывается (Рис. 11). В таком случае воздух вместе с пылью втягивается в корпус через все щели.

Нейтральное давление получается, когда на входе и выходе вентиляторы создают одинаковый воздушный поток (Рис. 12).

При положительном давлении всасывается больше воздуха, чем выталкивается (Рис. 13). В корпус попадает меньше пыли, так как воздух втягивается через отверстия с пылевым фильтром.

Выбирайте между нейтральным либо положительным давлением и периодически чистите внутренность корпуса и щели, через которые вентиляторы закачивают воздух. Вентиляторы на лицевой панели корпуса должны работать на вдув, а остальные – на выдув. Периодически очищайте пылевой фильтр блока питания, если корпус стоит на полу, а блок питания расположен внизу корпуса.

В старых корпусах фильтров нет. Они продаются на Алиэкспресс (Рис. 15).

8. Как монтировать вентиляторы

Если внутри корпуса много препятствий для потоков воздуха, нужно увеличить создаваемое давление, чтобы воздух смог их преодолеть. Для этого вентиляторы монтируют последовательно (Рис. 16). Если кабели убраны и препятствий для воздуха мало, применяется параллельный монтаж.

Кулеры

Небольшой радиатор в боксовых кулерах (от англ. cooler – охладитель) не справится с теплоотводом при серьезной нагрузке, поэтому вентилятор будет работать на максимальной скорости и шуметь. Система охлаждения процессора подбирается под TDP (расчетную тепловую мощность): величину, показывающую, на отвод какой тепловой мощности он рассчитан.

Виды систем охлаждения:

Воздушная система состоит из радиатора и вентилятора. К водяной системе добавляется качающая воду помпа (Рис. 23).

Воздушные кулеры не уступают водяным системам при охлаждении ЦП (Рис. 24).

Топовый кулер на воздушном охлаждении (Cooler Master Wraith Ripper, Noctua NH-D15) стоит как «водянка» из среднего ценового диапазона с посредственными вентиляторами.

У видеокарт TDP выше, чем у центрального процессора, поэтому на них ставят водяную систему охлаждения в ущерб тишине. Значения TDP для сравнения: процессоры Intel Core i9 Comet Lake (125 Вт), AMD Ryzen Threadripper 2 (250 Вт) и видеокарты RTX 3080 (320 Вт) и RTX 3090 (350 Вт).

Термопаста

Термопаста – вещество с высокой теплопроводностью (выражается в Вт/(м*К)), которое заполняет воздушные зазоры между охлаждаемой поверхностью и радиатором для эффективной передачи тепла.

Вентилятор ЦП подключен к разъему 4-pin и его скорость автоматически меняется в зависимости от температуры процессора. Термоинтерфейс с низкой теплопроводностью (< 8 Вт/(м*K)) хуже передает тепло от процессора к радиатору, поэтому вентиляторы работают на повышенных скоростях.

Из чего собрать «тихий» ПК

Корпус:

Система охлаждения ЦП:

Количество вентиляторов:

Диаметр вентиляторов:

Подшипник вентилятора:

• магнитное центрирование;
• гидродинамический подшипник.

Термопаста:

• коэффициент теплопроводности > 8 Вт/(м*К).

Что еще сделать:

• кабель-менеджмент;
• регулярно чистить пылевые фильтры;
• провести «тонкую» настройку вентилятора с помощью регулятора оборотов.

***

Мы определили источник шума и как его убрать. Узнали, какие бывают подшипники, где расположить и как смонтировать вентиляторы. Научились рассчитывать воздушный поток и создавать нужное давление в корпусе. Этого вполне достаточно, чтобы собрать малошумный компьютер с эффективной системой охлаждения.

Fractal design define s

Модель Fractal Design Define S – единственный корпус этой компании, который лучше прочих подходит для сборки в нем СЖО. Производитель оптимизировал эту версию именно под «воду».

Кроме того, Define S наделен шумоизоляцией на битумной основе, которая поможет снизить шум и вибрацию от помпы и жестких дисков. Это один из лучших корпусов на рынке, оптимизированный под жидкостное охлаждение, качественный, и не сильно дорогой в цене. К тому же он доступен в московской рознице. Define S рассматривался в нашей лаборатории.

Производитель удалил в Define S все 5.25-дюймовые отсеки, а также корзины для накопителей. Последние теперь размещаются за поддоном системной платы. Как итог – огромное свободное пространство в передней части корпуса по всей высоте.

Вдобавок теперь нет препятствий в виде 5.25-дюймовых отсеков для размещения длинного радиатора СЖО на верхней панели. Заодно Define S обзавелся крепежными отверстиями для помпы DDC в передней нижней части корпуса.

Вариант грамотного размещения радиаторов СЖО показан на фотографии выше. В корпус можно установить 420-/360 мм радиатор на верхнюю панель и 360 мм на фронтальную (лично я бы не рекомендовал, если только на выдув). Тыловая панель поддерживает установку одного 140-/120 мм радиатора, снизу также можно разместить один 120 мм односекционник. Впечатляет, не правда ли?

Хотя касательно размещения радиатора СЖО на фронтальной панели возникают вопросы. Но если установить вентиляторы на фронтальный радиатор с внутренней стороны корпуса, и заставить функционировать их на выдув, тепло будет рассеиваться наружу через боковые щели на передней панели.

На этой фотографии показан наиболее правильный вариант сборки СЖО в Fractal Design Define S, сооруженный одним из умельцев. Вот только фронтальные вентиляторы стоило бы развернуть наоборот.

Технические характеристики Fractal Design Define S.

Второе — даже топовое железо может работать тихо

Одно дело тихо охладить бюджетный процессор, к примеру Core i3-10100, но совсем другое — горячего монстра Core i9-10900F. Но и это возможно, но придется выбрать качественный кулер или систему водяного охлаждения.

А вот для  эффективного охлаждения Ryzen 7 5800X уже желательна СВО. Новые Ryzen имеют совсем крошечное ядро, которое выделяет очень интенсивный тепловой поток, и это тепло быстро отвести от кристалла может только СВО.

А вот мощные видеокарты, как правило, уже имеют на борту качественную СО, которая позволяет им работать тихо. Такую, как у POWERCOLOR AMD Radeon RX 6800XT, которая занимает целых три слота. Судя по обзорам, под нагрузкой СО у этой видеокарты выдает всего 40.2 дБ(A) шума, при этом удерживая температуру ядра на 73 градусах. Ну а в простое вентиляторы останавливаются полностью.

Конструкция вентилятора

Двигатель вентилятора состоит из ротора и статора (Рис. 3). Статор – неподвижная часть, в которую с помощью вала вставляется ротор. Подшипник фиксирует вал с заданной жесткостью. К ротору прикреплены лопатки, которые при вращении втягивают и выталкивают воздух. Разберемся в устройстве подшипников, так как шум возникает чаще всего из-за них.

Первое — полностью избежать шума под нагрузкой совсем без затрат не получится

Самый простой способ сделать ПК менее раздражающим в плане шума, это максимально снизить обороты вентиляторов в простое и под низкой нагрузкой. Современные процессоры и видеокарты в простое потребляют настолько мало энергии, что вполне реально полностью стопорить вентиляторы в простое.

Регулировка вентиляторов в bios

Но совсем другое дело — бесшумное охлаждение под нагрузкой. Чтобы отвести 70 ватт тепла даже от бюджетного процессора и 120 ватт — от видеокарты, потребуются качественные кулеры. Я совсем недавно сменил кулер на более производительный, о чем написал в блоге «Впечатления от замены кулера IceHammer IH-4401A на Zalman CNPS10X Performa на Ryzen 5 1600» и он позволяет эффективно охлаждать Ryzen 5 1600 на минимальных оборотах (около 850 об/мин).

Но достичь этого стало возможным за счет снижения рабочего напряжения процессора, о чем я уже писал в блоге «Гайд: как снизить энергопотребление AMD Ryzen на 20%». Снижение напряжения очень поможет и видеокарте оставаться тихой и холодной.

Пятое — вентиляторы и их регулировка

По своему опыту скажу, что вентиляторы, которые продаются как «тихие», с оборотами около 1000 об/мин, все-таки заметно слышны. Поэтому желательно «придушить» их до 500-700 об/мин. Конечно, их воздушный поток упадет почти в два раза и это придется компенсировать, увеличивая их количество.

А вот цены на вентиляторы очень кусаются, и я не сторонник переплачивать за них. Но выбирая бюджетную модель, такую, как Powercase M14LED, нужно предусмотреть, чем мы будем регулировать их обороты. 

Нужно выбрать материнскую плату которая позволяет регулировать обороты вентиляторов с 3-х пин разъемом и достаточным количеством разъемов для них, например — MSI B450-A PRO MAX.

Я подключил к такой материнской плате четыре вентилятора и отрегулировал обороты в зависимости от температуры компонентов. При низкой температуре процессора корпусные вентиляторы у меня останавливаются полностью.

Третье — к выбору блока питания нужно подойти особенно тщательно

Если вентиляторы процессора и видеокарты мы можем легко настроить программно, то вот обороты вентилятора в блоке питания нам недоступны. Поэтому надо сразу выбрать модель, ориентированную на тихую работу. Например — Corsair RM650x, вентилятор которого стартует только при достижении нагрузкой отметки в 260 ватт, а потом работает очень тихо.

Или Be Quiet Straight Power 11, мощностью 650 ватт, обороты вентилятора которого достигают всего лишь 510 об/мин(!) при максимальной нагрузке. На этот БП у нас на сайте есть хороший обзор.

Четвертое — корпус крайне важен для тихого пк, но не стоит гнаться за «тихими» моделями

На рынке корпусов есть достаточное количество специальных моделей, заточенных на «тишину», таких, как Fractal Design Define R5 Titanium. Подобные корпуса имеют специальное покрытие стенок, антивибрационную развязку накопителей и толстый металл.

Но не обязательно гнаться за подобными корпусами, особенно если вы сторонник корпусов с мощной продуваемостью. Достаточно выбрать корпус из качественного металла, с приличным весом и виброразвязкой накопителей, и поставить в него несколько качественных вентиляторов с низкими оборотами и тишина вам гарантирована. Например — Phanteks MetallicGear NEO V2 Black.

А если у вас не будет HDD и вы обойдетесь только SSD, то система будет еще тише.

⇡#выводы

В комментариях к новостям про корпус Calyos NSG S0, о котором я рассказывал в самом начале статьи, на том или ином сайте обязательно обнаруживается скопление скептиков. Местным экспертам известно все заранее: работать не будет, перегрев обеспечен, и вообще все железо сразу же сгорит.

Однако знакомство с контурным охлаждением «Теркон» стало для меня пусть и не большим, но открытием. Как оказалось, устройство отлично справляется со своей задачей, ведь эффективно охлаждать разогнанный Core i5-8600K может далеко не каждый кулер с вентилятором.

Абсолютная бесшумность компьютерной системы — вещь спорная. В продаже полно качественных вентиляторов и кулеров, которые способны работать очень тихо. Однако «очень тихо» и «абсолютно бесшумно» — это, согласитесь, разные понятия.

Этот обзор обязательно прочтут представители компании «Теркон», поэтому российскому производителю пожелаю расширить список выпускаемой продукции. Например, выпустить комплект не только для охлаждения CPU, но и для отвода тепла от GPU — такое решение обязательно найдет отклик среди энтузиастов.

В разделе «Кулеры для ЦП» на нашем сайте уже давно не было обзоров по-настоящему необычных устройств, поэтому разработка отечественной компании получает награду «Инновации и дизайн». За то, что мы можем собрать мощный и абсолютно бесшумный компьютер.

Выводы

Как видите, в 2021 году собрать производительный и тихий ПК не составляет проблем — простыми средствами мы можем снизить энергопотребление компонентов, а чуть доплатив за охлаждение процессора, можно получить систему, бесшумную даже под нагрузкой. Главная проблема в 2021 году — где взять видеокарту для компьютера?