Правильное охлаждение

Эта статья была прислана на наш второй конкурс.

Холодная медь радиатора
Горячие чипы пленит текстолит
Танцующий в хроме свет индикатора
Кристальным огнём на шлейфах лежит

Прозрачные лопасти ротора
Играют прохладного ветра струей
И с лёгким, подавленным рокотом
Работает помпа с цветастой водой

Бесшумно, поигрывая красками
Бежит по извилистым трубкам вода
Диодов зелёными глазками
Запомнится корпус мне навсегда
br>

Цветными шнурами-лианами
Вокруг компонентов бегут кабеля
Неся в себе ценные данные
Системы моей кровяные тельца

Стабильность на лезвии бритвы
Резистор припаян, вольтаж подменён
Компрессор качает закрытый
Меняющий фазы холодный фреон.

Laik Newmark

Сезон разгона.

На улице по-прежнему холодно. Время подумать о разгоне. Ведь сейчас то время, когда комнатная температура не заставляет загорать перед монитором в плавках. Именно оно считается оверклокерами по всему миру лучшим временем для разгона своих процессоров, видеокарт и прочего оборудования.

При серьёзном разгоне, как вы знаете, необходимо повышение напряжения питания разгоняемого компонента системы, что непременно ведёт за собой повышение тепловыделения. В данном случае, имея недостаточно опыта или знаний, можно в лучшем случае попрощаться с гарантией на железо, а в худшем с самой деталькой. Поэтому сегодня мы поговорим с вами о не просто о разгоне, а о правильном разгоне и правильном охлаждении.

Воздушное охлаждение.

Начнём с простого. С воздушного охлаждения. Как вы знаете, лишние десять градусов в помещении — это аналогичное повышение температуры на процессоре, что есть ой как не хорошо. Конечно сейчас мы только выиграем от того, что откроем окно и будем сидеть за компьютером в шубе и валенках, но надо помнить, что когда-нибудь придет лето и ситуация поменяется на противоположную. Да и в прохладные дни важно правильно подвести холодный воздух к обьекту охлаждения. Поэтому при воздушном охлаждении на первый план выходит правильность просчёта воздушных потоков в корпусе и выбор тихих и производительных кулеров. На кулерах я бы не советовал экономить деньги, ибо сэкономив 20 рублей можно получить несбалансированную дребежащую поделку от дяди Ляо, что ну никак не входит в наши грандиозные планы.

Кулера мы будем покупать 80х80мм, 92х92мм или 120х120мм в зависимости от размеров мест под них в нашем корпусе. В основном в недорогих корпусах это именно 80х80. Брать стоит изделия фирм CoolerMaster и Thermaltake, это лучшее, что есть на нашем рынке. Серьёзные оверклокеры поставят себе вентиляторы от Sunon, Papst, Vantec, Delta, Adda. Любителям сэкономить можно порекомендовать очень дешевые, но хорошие (тихие и достаточно производительные) кулера китайских заводов Yate Loon, Xinrulian, Ruilian Science (все три «марки», брэндами их назвать язык не поворачивается, неоднократно проверены и одобрены к использованию нашей тестовой лабораторией) или более брэндовые Evercool и Everflow.

В последнее время на нашем рынке начали появляться разнообразные прозрачные кулера и кулера с подсветкой. Это обычно очень качественная продукция и независимо от фирмы-производителя вы вряд ли пожалеете о покупке, ведь кроме тишины и производительности получите еще очень привлекательный внешний вид.

А сейчас, давайте детальнее рассмотрим вышеупомянутые устройства. Про CoolerMaster можно сказать то, что качество на высоте, плюс в поставке идёт переходник 3pin — 4pin Molex, что тоже не может не радовать, так как из них получаются простые и удобные понижатели питания до 7в. Особенно удалась им 92 мм модель, она тише, мощнее и в два раза дешевле ThermalTake’овской. Увы, 120 мм вентиляторов не делают.

Thermaltake похвалю за упаковку, воздушный поток и поругаю за то, что производитель привирает, указывая уровень шума своих кулеров. Он обычно выше, чем написано на коробке. Плюсы — гарантированное наличие этих кулеров в любом крупном городе СНГ (ThermalTake взялась за рынок серьезно) и оригинальный оранжевый цвет новых моделей вентиляторов.

Papst считаются элитными кулерами с прекрасными характеристиками, но отнюдь не каждый сможет позволить себе такую покупку, так как их цена раза в 2 больше, чем цена обычных при самой обыкновенной упаковке и комплектации. Кроме того, их очень тяжело найти в продаже. За свою цену они дают прекрасный воздушный поток при низком уровне шума и имеют уникальную систему балансировки крыльчатки.

Vantec — новое имя на рынке СНГ, но прекрасно известное на Западе. Компания производит три линейки корпусных вентиляторов: низкошумные Stealth, сверхмощные Tornado и серия ThermoFlow со встроенным терморегулятором оборотов. В каждой есть 60, 80, 92 и 120 мм модели.

Марки Sunon, Delta, Adda, к сожалению, целенаправленно не продвигаются на наш рынок и либо идут в ограниченных поставках, либо имеются вообще в единичных экземплярах. Печально, ведь все три брэнда имеют мировое имя и свою специфику — Adda делает тихие, Delta — мощные, а Sunon — просто очень качественные кулера.

Теперь о воздушных потоках. Их сила обычно измеряются в CFM (Cubic feet per minute — кубические футы в минуту) и присутствует как характеристика у каждого кулера. У 60 мм кулеров это обычно 20-35cfm, у 80 мм 30-40, у 92 мм — 40-55, у 120 мм от 50 до 130 CFM. Чтобы перевести CFM в более привычные для европейца куб.м/мин, надо число CFM разделить на 35 (выведенный нами метод, позволяющий обойтись без длинных расчетов и переводов из одной системы измерения в другую). Погрешность при таком методе расчета получается меньше 1%. Таким же образом можно перевести обратно информацию о бытовых/промышленных/военных вентиляторах советского/европейского производства и узнать, что страшные 112 куб.м/час у 120мм вентилятора для кухонной вытяжки — это всего лишь не самые впечатляющие 65 CFM.

Кулера в корпусе образуют воздушные потоки, то есть пути, по которым идёт воздух. Разнообразное железо, попадающееся на пути воздушного потока, отдаёт своё тепло проходящему воздуху, таким образом охлаждаясь. Воздух соответственно нагревается и выдувается из корпуса кулерами. Препятствия в виде плат или решёток на пути воздушного потока создают завихрения, которые приводят к увеличению уровня шума. Простейший пример — если поставить ладонь перед кулером вы услышите характерное шипение.

При покупке желательно проверить каждый покупаемый кулер на уровень шума. Особенно это важно для дешевых китайских кулеров, которые могут значительно отличаться по шуму даже внутри одной партии.

Кстати, обычная ошибка начинаюших разгонщиков заключается в том, что многие думают, что два кулера будут работать в два раза громче, чем один. Хотя на самом деле, даже десяток кулеров, шумящих на 20 дБ каждый, создают шум не более 21 дБ, если подключены одновременно. Правда, если в таком стаде попадётся одна громкая овца, общий уровень шума может заметно повыситься. Так что не забывайте проверять устройства на шум и вибрацию не отходя от кассы. Если вы очень беспокоитесь по поводу уровня шума исходящего от компьютера и готовы пожертвовать ради этого частью производительности охлаждения, то либо покупайте специальные малошумящие кулера типа Vantec Stealth или Adda, либо понижайте подаваемое на вентиляторы напряжение с помошью специальных переходников или реобасов.

Для сборки хорошего воздушного охлаждения надо запомнить несколько правил:

• Холодный воздух всегда находится внизу.
• Тёплый воздух, соответственно, подниимается вверх.
• Кулера на передней и нижней плоскостях корпуса ставятся только на вдув, а на задней и верхней на выдув. Сбоку можно и так, и так, хотя чаще ставят все же на вдув. Это общепринятое правило.
• Закреплять кулера нужно как можно крепче или же проложить между ними и статичными частями корпуса мягкие прокладки во избежание вибрации и дребезжания.
• Вдуваемого воздуха должно быть больше, чем выдуваемого. В таком случае в корпусе создаётся небольшое избыточное давление и пыль туда попадает в гораздо меньшем количестве. Объясню этот парадокс. Конечно, кулера засасывают пыль весьма активно (хотя даже при огромном их количестве компьютер не превратится в пылесос). Однако когда вентиляторы выдувают больше, чем вдувают, то пыль засасывается не только через них, но и через все щели корпуса. Самое ужасное в этой ситуации то, что CD-ROM и дисковод тоже считаются щелями, и внутри них оседает вся засосанная пыль.
• Желательно не ставить корпус в самый пыльный угол комнаты, повесить на кулера пылевые фильтры и хотя бы раз в полгода чистить компьютер, если пыль все же скапливается там активно. Ибо большое количество пыли, во-первых, сокращает ресурс механики вентиляторов, а во-вторых, работает термопрослойкой, мешая устройствам отдавать тепло окружающему воздуху.
• С пути воздушного потока надо максимально убрать шлейфы и другие мешающие свободному проходу воздуха провода. В этом вам помогут серийные круглые «аэродинамические» шлейфы или самостоятельный раундинг с помощью wire tube или простой изоленты.
• Любое препятствие на пути воздуха создает лишний шум. К этим препятствиям относятся и решетки для вентиляторов, которые к тому же могут понижать эффективность работы кулеров. Хуже всего насверленные производителем мелкие отверстия в шасси корпуса, чуть лучше выштампованные решетки. Если вы не боитесь слова «моддинг», то и те, и другие рекомендуется вырезать и поставить на их место проволочные «грили» или правильно спроектированные фигурные решетки (т.н. «custom grills»).

Говоря про воздушное охлаждение, мы не упомянули про пассивную часть, то есть радиаторы. Это сделано специально — про выбор кулеров для процессора или видеокарты (а отдельно радиаторы все равно у нас пока не продаются) написано столько материалов, что мы просто отсылаем интересующихся к ним. Стоит только отметить, что все ухищрения с воздухом практически бесполезны, если у вас стоит трехдолларовая безымянная китайская поделка. Если совсем кратко, то из имеющихся в продаже в СНГ лучшие кулера делают ThermalTake, CoolerMaster, Zalman, Vantec. В мировом масштабе выбором настоящего оверклокера станут Swiftech, Thermalright и 4 брэнда, перечисленных выше.

Градация эффективности радиаторов выглядит следующим образом. Самым неэффективным вариантом, естественно, являются классические китайские поделки из алюминия. Лучшей производительностью обладают радиаторы с медной вставкой. Полностью медные радиаторы и радиаторы с т.н. хитпайпами — тепловыми трубами снимают тепло с вашего камня с ещё большей эффективностью. Самые дорогие и качественные радиаторы из меди, например некоторые модели фирмы Akasa, покрываются слоем серебра.

Идеальным вариантом конечно же будет полностью серебряный радиатор, учитывая тот факт, что серебро сейчас уже довольно дешевый материал. Но большинство производителей стараются не связываться с серебром, так как торговля серебряными радиаторами приравнивается к торговле драгоценными металлами и имеет ряд недостатков в коммерческом плане.

Ещё большей эффективностью обладают решения с золотым покрытием и полностью сделанные из золота, но их мы рассматривать не будем, так как это всегда уникальные самодельные образцы.

По форме есть только одно правило — чем больше поверхность радиатора, тем лучше. Поверхность ребристого радиатора напрямую зависит от количества и высоты рёбер, в то время как поверхность всё чаще появляющихся игольчатых решений соответственно зависит от количества иголок, их высоты, тонкости и метода изготовления. Радиаторы, изготовленные методом вкручивания иголок, имеют меньшую эффективность, чем прессованные. Однако идеальным вариантом являются цельнолитые решения которых пока что, к сожалению, очень мало.

Воздушное охлаждение, является индустрией, развивающейся семимильными шагами. И, несмотря на самые разнообразные кулера, выпускаемые сейчас, возможностей улучшить существующие решения — масса. Будем надеяться, что производители уделят большее внимание разработке более эффективных радиаторов, вместо того чтобы просто устанавливать более мощные и громкие вентиляторы.

Охлаждение воздухом в наши дни широко распространено и им вы сможете удивить разве что новичка. Но стоит добавить к нему маленькую изюминку и вы получите нечто, значительно более интересное. И называется эта изюминка — воздушные ловушки или, по-научному, направляющие.

Воздушные ловушки.

Чем мне нравится этот тип охлаждения, так это тем, что он довольно прост в сборке и даёт фантазии разыграться. Это нехитрое приспособление относится к моддингу, поэтому для осуществления вам понадобятся прямые руки в количестве двух штук, готовые воплощать в реальность ваши фантазии. Для создания простейших воздушных ловушек нам понадобятся:

• Лист твёрдого картона (из такого делают коробки для разного компьютерного железа)
• Скотч и какой-нибудь человеческий клей, способный клеить бумагу — например, известный ещё со школьных уроков труда ПВА.
• Макетный нож или ножницы
• Дополнительно, по надобности, изолента, резинки, карандаш и линейка для разметки.

Для начала — кратко о том, что мы вообще собираемся делать. Представьте себе стандартный радиатор для процессора, 6 на 6 см, особо ничем не выделяющийся. На нём как обычно стоит что-то кулерообразное и главное — маленькое. Но, несмотря на размеры, эта маленькая пластмасска с лопастями совершенно не по-человечески гудит, пищит, скрипит и вообще выдаёт весь спектр бесполезных звуков, совершенно не радующих наш музыкальный слух.

Так вот, если этот 60мм вентилятор заменить чем-то побольше (хотя бы 80*80 мм), мы получим бОльший воздушный поток и более тихое охлаждение, так как большие кулера зачастую гудят весьма скромно из-за маленького количества оборотов в минуту (2000-3000). Вроде бы всё так просто с первого взгляда, но если подумать, начинаешь понимать, что бОльшая часть воздуха проходит мимо нашего маленького радиатора ввиду несоответствия размеров, а часть радиатора, под которой находится ядро процессора, вообще находится в так называемой мёртвой зоне, воздух в которую практически не попадает. Для того чтобы перенаправить весь воздух в желаемую точку, нам надо поставить эту самую воздушную ловушку. Объяснять, как она выглядит, значительно сложнее, чем просто показать картинку:

Склеить это чудо довольно просто, не сложнее, чем было на уроках труда. Делаем такую детальку четыре раза:

После склеиваем клеем и укрепляем скотчем. Вуаля — у нас в руках воздушная ловушка. Для красоты и крепости можно её облепить изолентой или покрасить краской из баллона, ведь мы же не только оверклокеры, но и моддеры, и у нас всё должно быть красиво. Кулер к ней крепим на том же скотче, можно не бояться, что он отвалится, если крепить с 4 сторон его даже специально оторвать будет трудно. Последним шагом аккуратно режем дырки для отвода воздуха от радиатора внизу ловушки.

Всю эту конструкцию ставим на радиатор и если она принципиально отказывается держаться, крепим скотчем. Хорошо сделанная ловушка держится без скотча, так как чётко сделана по размерам радиатора. Однако ловушка, сделанная из данных материалов, может показаться многим ненадёжным и непрофессиональным решением. В таком случае вы можете использовать тонкий акрил, акриловый клей и какой-нибудь инструмент для резки этого материала, например электролобзик или дремель. Конструкция будет аналогична по эффекту, но немного тяжелее и прочнее.

После включения вы поймёте, что тихий и холодный компьютер при воздушном охлаждении это не сказки. Использование ловушки значительно снижает шум, производимый процессорным кулером и, в большинстве случаев, понижает температуру как минимум на пару-тройку градусов.

Более серьезным вариантом по затратам труда будет вырезание ловушки из жести. Вот пример такой ловушки монтирующейся на боковую панель компьютера:

В последнее время в продаже можно найти серийно произведенные ловушки под общим названием Fan Adapter. Очень хорошо, что у нас появляется всё больше и больше зарубежной продукции для моддинга и разгона, но именно воздушная ловушка — это та деталь, которую я бы посоветовал вам не покупать. При довольно большой цене данного продукта, вы лишаете себя удовольствия от приятной модификации и несерийного внешнего вида. Также на серийные экземпляры возможно установить только 80мм вентиляторы, в то время как 92мм или 120мм значительно более предпочтительны. Исключение, пожалуй, составляет лишь агрегат под названием Ice Hole. Цена у него, конечно, не щадящая карман рядового покупателя, но внешний вид и функциональность ее компенсируют.

Во-первых, этот адаптер сделан из 15 мм акрила и внутрь врезаны три светодиода, которые делают Ice Hole не просто воздушной ловушкой, но и стильным элементом оформления. А во-вторых, в него интегрирован контроллер оборотов кулера с тремя позициями.

Количество видов самодельных воздушных ловушек ограничивает лишь ваша фантазия и изобретательность. У меня их было много разных, например таких

или таких:

Все они предназначаются для совершенно разных задач, но принцип работы остаётся неизменным. Главное не останавливаться на достигнутом и продолжать экспериментировать!

Если небольшой корпус ограничивает вашу свободу в выборе вентилятора, большего, чем стандартный, вы все же можете немного улучшить охлаждение, избавившись от мёртвой зоны радиатора. Для этого нужно просто приподнять вентилятор над радиатором с помощью длинных винтов или той же ловушки, но прямой, без сужения.

Продвинутым вариантом ловушек являются воздуховоды. Их суть в том, чтобы подвести к охлаждаемой детали наиболее холодный воздух или же наоборот, вывести его за пределы корпуса. Пример самодельного воздуховода — моя собственная конструкция, предназначенная для забора процессорным вентилятором (при открытом корпусе) воздуха от пола, где он на 2-3 градуса холоднее.

А вот и серийный экземпляр, именуемый CPU Tunnel. Гофрированная труба выполняет ту же функцию, что и у меня, но крепится на задний корпусной вентилятор. Пластиковая часть служит для отвода вверх теплого воздуха от блока питания. В отличие от моей конструкции этот вариант позволяет закрыть боковую крышку компьютера.

Воздуховоды позволяют снизить температуру процессора на несколько градусов.

Элемент Пельтье.

В этой жизни я больше всего не люблю некомпетентных людей. Они обычно любители доказывать что-либо, не имея четкого представления о предмете спора, и поэтому периодически путаясь в терминологии и понятиях. Так вот прежде, чем разговаривать об элементах Пельтье, хорошо запомните их название. Пельтье! Не плетье и не тетье, петье, пельте, пелтье или ещё что-нибудь. Я бы не вспоминал этого в данной статье, если бы не слышал, как люди ошибаются в этом простом слове. Поверьте, знание терминологии при серьёзном разговоре должно поддерживать ваш статус специалиста, если вы, конечно, таковым себя считаете. Ну да ладно, вернёмся к нашей теме.

Что собственно такое элемент Пельтье, или, как его ещё называют, термоэлектрический холодильник (TEC, thermoelectric cooler)? Не вдаваясь в техническую терминологию и пытаясь объяснить понятными для рядового пользователя словами, скажу, что элемент пельтье, это, грубо говоря, пластина с двумя проводами, которая, будучи подключенной к питанию, с одной стороны сильно охлаждается, а с другой стороны разогревается. Такой себе термонасос, который перекачивает тепло с холодной стороны на горячую. То есть принцип работы не в том, что он охлаждает, а в том, что он это самое тепло отводит, как и обычный алюминиевый или медный радиатор, только гораздо эффективнее. За эффективность приходится платить очень большим энергопотреблением. Выглядит элемент вот так:

Холодной стороной мы его прислоняем к процессору, в то время как на горячей, до невероятных температур разогревается наш кулер. Будьте аккуратны! Разница температур между сторонами может достигать 60 градусов Цельсия, поэтому не рекомендую проверять работу элемента голыми руками.

Вроде бы опять всё хорошо, но и тут есть подводные камни. Первое, с чем встретятся начинающие экстремалы, это факт недостаточной мощности элемента пельтье. Современные процессоры выделяют невероятное количество тепла. Причём, как вы понимаете, когда компьютер просто включён, но не используется (состояние Idle), центральный процессор греется весьма слабо и даже не слишком мощный элемент вполне справляется с его замораживанием. Но когда вы начинаете запускать разные игрушки и бенчмарки, выделение тепла повышается, и пельтье не успевает передавать тепло на радиатор, вследствие чего процессор греется сильнее, чем раньше. В таких случаях ставят либо более мощный модуль, либо несколько модулей один на другой, так называемый сэндвич.

Посчитать, хватит ли мощности Пельтье, очень просто. При покупке элемента обязательно спрашивайте его мощность и КПД. Пример расчёта. Если мощность элемента 50 ватт, а КПД 40%, то соответственно Пельтье максимум работает на 40% от своих возможностей, то есть примерно на 20 Вт. Учитывая тот факт, что тепловыделение современных процессоров — 50-100 Вт, на какой-нибудь Pentium4 3.06, рассеивающий 90 Вт тепла, нам понадобится как минимум элемент на 200-250 Вт. Кстати компания Swiftech, производящая системы охлаждения, устанавливает в свои ватерблоки и кулеры элементы Пельтье мощностью 236 Вт. Самодельные системы, как всегда значительно более производительные. Я встречал системы из элементов Пельтье мощностью до 716 Вт. Найти информацию о тепловыделении своего камня вы можете либо на сайте производителя, либо, спросив на разных конференциях по компьютерному железу (первое предпочтительнее, ибо постоянные читатели таких конференций уже устали отвечать на подобные вопросы).

Проблема номер два, это то, что если вы заморозите свой процессор до температур близких к нулю, и влажность воздуха в помещении будет достаточной, на процессоре и самом холодильнике начнёт образовываться конденсат, то бишь вода. Как вы знаете с детства, она аппаратно несовместима ни с одним устройством из тех, что есть в компьютере. Если она капнет куда-то, у вас вполне вероятно появится очень много брелков разнообразнейших форм и размеров. Для того чтобы этого не случилось, во время тестирования элемента пельтье желательно всё, куда она может капнуть, обложить салфетками.

Данный метод, как вы понимаете, не самый лучший, так что когда будете уверены в надёжности элемента, процессор и сам холодильник придётся герметизировать. Самый простой метод — купить монтажную пену и всё это дело залить. Продаётся она практически в любом магазине стройматериалов. Только радиатор смотрите, не залейте, а то оно там всё вместе и сгорит, раскалившись до невероятной температуры. Сама пена не должна касаться нагревающихся элементов, так как она может просто расплавиться. Пена выполняет только функцию теплоизолятора. Как более реальный вариант можете использовать пенопласт и клей, или любые пористые материалы, не пропускающие воздух, но не сильно боящиеся высоких температур, например не очень пористый поролон или пробку.

Блок питания для подключения к нему компьютера и пельтье одновременно, должен быть как минимум 300-350Вт (честных, не китайских). А вообще, желательно вставить дополнительный БП под всю систему охлаждения (кулера, пельтье, воду, да и всякие другие небезопасные моддерские устройства) и не волноваться. Дело в том, что при подключении даже сравнительно маломощных пельтье к очень хорошему БП (в нашем случае это был 50Вт элемент и 340Вт Chieftec) очень сильно «проседает» 12V. У нас «просело» с 12.1V до 11.5V. Такое положение дел может негативно отразится на устройствах внутри компьютера и общей стабильности системы. Исправить данную проблему можно немного нестандартным методом, который однако, грозит сильным перегревом блока питания.

Как вы знаете, в блоках питания стоит стабилизатор напряжения, при повышении нагрузки на выход 5В, поднимающий напряжение по всем цепям для стабилизации нагрузки. Если искусственно пригрузить 5В, мы получим повышенное 12В, на которое мы сможем повесить элемент Пельтье. Метод, как я уже сказал, довольно рискованный, среднестатистический «китаец» его вряд ли выдержит.

И последнее предостережение. Поверхность элемента сделана из керамики, поэтому если он умрёт (что случается очень редко) или будет обесточен, керамическая прослойка послужит прекрасным теплоизолятором между радиатором и кристаллом процессора, что приведёт к мгновенной смерти процессора в 90% случаев. Так что при работе с элементами Пельтье будьте предельно осторожны.

Водяное охлаждение.

Следующим, вверх по шкале экстремальности, находится водяное охлаждение.

Что мы делаем летом по 5 раз в день, когда нам очень жарко? Нет, не сидим перед компьютером в плавках 🙂 Мы лезем в воду. Давайте же, любители зимы, посмотрим на эту банальную операцию с научной точки зрения. Почему нам в воде прохладно? «Дык, холодная она из крана течёт», — скажете вы. С этим трудно поспорить, но более важная причина в нашем случае заключается в том, что у воды теплопроводность в шесть раз больше, чем у воздуха, а теплоёмкость и того лучше — в десять! Поэтому и с нашего тела тепло она отводит значительно лучше. Так вот, если таким же образом отводить тепло с процессора, то ему будет, как говорилось в одной известной рекламе, «сухо и комфортно». Хотя насчёт сухо я конечно чуть погорячился. Мы уже обсуждали способ получения большой кучи брелков. Тут нужна крайняя осторожность. Для начала запомним — герметичность превыше всего!

Итак, начнём. Водяная система охлаждения изначально применялась для охлаждения разнообразных промышленных деталей. Она также широко используется в автомобилях, а это уже о чём-то говорит. Хорошая сторона водяной системы охлаждения не в сверхнизкой температуре процессора, она все равно не будет ниже комнатной (хотя и гораздо ниже, чем при воздушном охлаждении), а в очень медленном повышении температуры процессора, за счёт тепловой инертности воды. Скажем, при разогреве процессора с помощью модуля CPU Burn-in Wizard пакета Sisoft Sandra 2003, его температура растет со скоростью не более чем 1-3 градуса в минуту при моей системе объемом 3,5 литра.

Состоит система из нескольких деталей. Кроме «традиционной» схемы есть всякие альтернативные решения, однако общий принцип остается неизменным.

Первая и самая важная деталь — теплообменник, он же ватерблок (waterblock). Без него собрать систему невозможно. Стоит этот элемент на процессоре и снимает с него тепло, передавая его воде. Выглядит обычно как медная или алюминиевая коробочка с двумя трубками (штуцерами). Вот так, например, выглядят серийные экземпляры:

А так самодельные:

Ватерблок – это та деталь, которую сложнее всего найти в продаже. Так что в основном люди их делают либо на заводах, либо сами с помощью большого и мощного паяльника. Схемы ватерблоков и рекомендации по самостоятельному паянию можно найти на www.overclockers.com в разделе Water Cooling. Свой самодельный ватерблок я делал из нонеймового радиатора от процессора Pentium 4, пластиковой коробки и ещё нескольких деталей. Вот что у меня получилось:

Сразу скажу, что сделать его было довольно нелегко. Это моя седьмая модель ватерблока, предыдущие шесть вариантов потерпели фиаско в тесте при давлении 6 атмосфер.

Многие заказывают ватерблоки из иностранных магазинов. Это надёжно, но дорого. Вместе с доставкой эта коробочка обойдётся вам в $40-80. Взять одни из самых хороших ватерблоков можно на www.dangerden.com. Эти ребята мало того, что делают отменные устройства, ещё и поставляют их в СНГ в отличие от других онлайн-магазинов. В последнее время и в нашей стране в продаже появились серийные ватерблоки. Пока это достаточно редкое явление, но со временем, надеюсь, распространится более широко. Кроме серийных ватерблоков, в крупных городах (по крайней мере, в Киеве и Москве) можно приобрести у местных умельцев самодельные ватерблоки, сделанные на заводах.

Количество видов ватерблоков постоянно увеличивается. Из чего их только не делают. От медных и алюминиевых брусков до радиаторов — всё кромсается, режется, пилится для получения нужного результата. Большинство видов ватеблоков можно увидеть на всё том же overclockers.com.

Вторая важная деталь это помпа.

Её обычно покупают где-нибудь на птичьем рынке или в магазинах, занимающихся аквариумами. Производительность помп измеряется в количестве перекачанных литров в час. Помпы с производительностью от 500 л/ч — наш выбор. Мощность помпы нужно подбирать относительно сложности и разветвлённости системы. Чем больше сопротивление системы, тем более мощную помпу нужно использовать. Главная задача — полная циркуляция. Заведомо более мощные, чем требуется, помпы не повышают эффективность системы, а в отдельных случаях могут её даже понижать, так как имеют более производительные двигатели, которые в свою очередь тоже греются заметно больше.

Проверить, насколько ваша помпа соответствует заявленным характеристикам, несложно. Для этого надо налить точно измеренное количество воды в емкость (ведро, таз), погрузить в нее помпу с выведенным за пределы емкости исходящим шлангом и засечь время, за которое емкость опустеет.

Помпы бывают внешние и погружные. Погружные во время работы находятся в воде и обычно более тихие. Внешние соответственно стоят снаружи и пропускают воду через себя. В принципе внешние считаются более безопасными, но я так и не нашел их в продаже у нас.

Погружные помпы кладутся в резервуар — третью важную деталь водяного охлаждения. В резервуаре находится вода, циркулирующая по системе. Резервуаром в нашем случае может служить всё, что угодно — от эмалированного ведра до любой герметичной ёмкости. В наших условиях легче всего зайти в супермаркет и купить герметичный контейнер для продуктов. Это такая пластиковая прозрачная коробка с крышкой на резиновых прокладках. Советую сразу примерить, помещается ли туда помпа, и влезет ли сам резервуар в ваш корпус. Размер резервуара влияет на скорость повышения температуры воды: чем он больше, тем медленнее она разогревается. Минимум в системе должен быть литр воды, а при десятилитровом резервуаре системе уже не нужен радиатор, вода охлаждается с достаточной скоростью самостоятельно. Нормальное количество 1-5 литров. В резервуаре придется сделать 2 дырки и вставить 2 медных штуцера. Предпочтительнее использовать латунь или медь во всём, ибо они не ржавеют и вообще хорошо переносят контакт с водой. Штуцера можно купить в магазинах занимающихся автомобильными деталями или сантехникой.

Я свои брал на авторынке. В резервуар нужно брать двухсторонние штуцера, так как помпу к ним надо подключать короткими шлангами. Вообще шлангов надо брать побольше и с металлической оплёткой. Они крепче, надёжнее и просто эстетичнее. Шлангов набираем на том же авторынке. 2 метра нам хватит на корпус любой высоты и достаточное количество проб и ошибок. Желательно также, чтобы шланги были прозрачными. Во-первых, это помогает следить за состоянием системы, а во-вторых, если в воду подмешать в последствии какой-нибудь краситель или простого тосола, можно получить довольно интересные визуальные эффекты. Не пытайтесь подмешивать акварель – долго будете отмывать систему, когда она осядет на трубках.

Так как минимум 2 детали мы уже покупаем в автомагазине или на авторынке, купим там и третью. Третьей будет радиатор от автомобильной печки. Наверняка у многих появится вопрос, а почему бы не взять радиатор от автокондиционера или вообще от собственно системы охлаждения автомобиля. Сразу предупрежу, что в таком случае про внутрекорпусную систему можно забыть, а эффективность охлаждения повысится непропроционально размеру. Брать радиатор желательно от разных малолитражек, чтоб он поместился по габаритам в корпус. Медные радиаторы обычно меньше и лучше, так что по возможности покупаем именно их. Из алюминиевых удобны по размеру радиаторы от Volkswagen и ВАЗ 2108/09. В среднем, радиатор нам обойдётся в 20-25 долларов, но есть и более интересные варианты, о которых я расскажу чуть позже.

У иностранных поставщиков систем водяного охлаждения, к примеру на том же dangerden.com, продаются специальные радиаторы. От автомобильных они отличаются двумя деталями: гарантированно влазят в корпус и штуцеры в них уже встроены. В принципе, если есть возможность и не жалко денег (будет очень дорогая доставка), то можно заказать оттуда. Крепить его проще, правда вы не получите удовольствия от самостоятельной переделки и моддинга. Как и ватерблоки, серийные резервуары и радиаторы, предназначенные именно для водянушек, появляются в продаже и на территории СНГ. Хочу, правда, отметить, что стоимость системы из раздельно купленных серийных деталей будет составлять примерно $150. Но это уже личное дело каждого, решать, какой вариант предпочтительнее. Полностью самодельные системы вызывают особое уважение к их создателю и никто не ограничивает при выборе дизайна установки, зато системы из серийных деталей просты в сборке, легко размещаются в любом корпусе и обычно более надежны.

Кроме больших деталей нам понадобятся и детальки поменьше. Например разные зажимы для шлангов, автомобильный герметик, эпоксидная смола и много терпения, чтобы всё это дело собрать. А сборка — процесс непростой, ибо как я говорил всё должно быть герметично. Начнём с того, что перед установкой системы в корпус, надо её дня 3-4 потестировать, а лучше и всю неделю. Ведь если система начнёт протекать вне компа это будет не фатально. В таком случае нам понадобится эпоксидка для герметизации твёрдых деталей с малыми перепадами температуры или автомобильный герметик для ватерблоков и гибких стыков.

Собираем мы систему в таком порядке: ватерблок — шланг — радиатор — шланг — резервуар с помпой — шланг — ватерблок.

На радиатор ставим 1-2 кулера, которые, продувая его, должны выдувать воздух из корпуса. Все соприкосновения шлангов со штуцерами укрепляем зажимами. Теперь об одном из важнейших моментов — о заправке системы. Несмотря на название, заправляется она не совсем водой. Так как если заправить простой водой из-под крана, то через неделю-две в системе появится растительный мусор и белый осадок. Чтобы избежать этого, воду мы будем покупать дистилированную в том же автомагазине, и размешивать её один к одному с самой дешевой водкой или спиртом. Также, как я уже говорил, можно подмешать чуть красителя для получения желаемого цвета. Иногда вместо спирта домешивают тосол. Он имеет моддерский кислотно-синий цвет, и настолько токсичен, что ни одно живое существо его не выдерживает. Интересным вариантом является тосол «Лена-40» который отличается от обычного только ярко-зелёным цветом сразу же заметным в системе.

Заправлять надо, заливая жидкость в резервуар до тех пор, пока он не наполнится на 4/5. Теперь включаем помпу в розетку и радуемся — новая кровь вашего компьютера потекла по венам. Если система обьемная, то после включения в шланги, ватерблок и радиатор может уйти достаточно много воды. В таком случае ее надо долить.

Как и при воздушном охлаждении существует несколько правил, которые желательно соблюдать. При работе с водяными системами они такие:

• Семь дней проверяй, на восьмой проверь ещё раз с повышенным давлением.
• Ватерблок должен иметь хороший контакт с ядром процессора. Проверить это можно по отпечатку термопасты.
• Резервуар желательно ставить в верхней части системы для того, чтобы в ватерблоке всегда была вода. Это спасет ваш процессор от быстрого перегрева, если вдруг забудете включить помпу. Если корпус небольшой, то можно попробовать поместить резервуар в 5-дюймовый отсек. Таким образом можно наблюдать уровень воды. С другой стороны, резервуар внизу точно никуда не свалится и ничего не затопит, а при выключенной системе вся вода сольется в него.
• Вода и спирт, как ни странно, имеют свойство потихоньку испаряться даже из как бы герметичных систем. Можно поставить на резервуаре отметку начального уровня воды и добавлять по надобности. Не пугайтесь, заправлять систему часто не придется. Скорее всего, процедуру долива желательно будет выполнять раз в полгода-год. За полгода эксплуатации своей системы я пока не заметил необходимости долива.
• Лучший радиатор — внешний. Хоть и не так эстетично, зато не надо думать о размере и воздушных потоках.
• Не обязательно продувать радиатор большой струёй воздуха — 92мм кулера на 7В хватит и шума не будет.
• Несмотря на то, что мы создали среду, в которой не может существовать никто, следите за чистотой воды. Если она помутнела, то слейте жидкость и промойте систему.

А теперь немного об альтернативных решениях и способах удешевить систему. Во-первых, ватерблок можно спаять самостоятельно. Нужен толстый 100-ваттный паяльник, которым паяют кастрюли и медь. Это его сильно удешевляет, учитывая то, что килограмм меди стоит 4 доллара. В конце концов, как вы видите на моём примере, даже без паяльника, проявив сообразительность можно создать довольно надёжный теплообменник. Во-вторых, радиатор тоже можно собрать самому. Понадобится метров пять медной трубки и куча маленьких кусочков шланга. Медная трубка режется на куски по 10 см, которые кладутся рядами и соединяются шлангами. Получившийся радиатор хоть и будет не столь эффективен, зато может быть любой формы и стоить копейки. В-третьих, можно вообще обойтись без радиатора. Простой способ избавиться от него — сделать систему на 10 и больше литров воды. Сложный предполагает использование Пельтье.

Ещё один вариант, использующийся правда довольно редко ввиду своей малоэффективности: система без помпы. Принцип её работы исходит из простого правила физики — тёплая вода всегда движется вверх, а холодная соответственно вниз. От теплообменника пускаются трубки к радиатору и резервуару, находящимся вверху. За счёт такого расположения элементов в системе, схема работает.

Самый неэкстремальный, зато самый надежный способ — купить готовую систему. Системы 3R System Poseidon уже довольно распространены у нас и имеются в свободной продаже по цене $90-120. Из онлайн-магазинов могу посоветовать все тот же www.dangerden.com. Их системы стоят от $150 до $300, зато качество будет на значительно более высоком уровне. Самостоятельную сборку из серийных деталей мы уже рассмотрели ранее.

Многое из того, что я рассказал, могло сформировать у вас мнение о том, что создать водяное охлаждение самостоятельно — очень сложно, но на самом деле это не так. Это интересный и занимательный процесс, от которого вы получите море удовольствия и как итог — бесшумную хорошо охлаждающуюся машину. Вот что получилось у меня:

Теперь хочу немного просветить вас насчёт КПД водяной системы охлаждения. Даже самая простая система с ватерблоком из медного бруска 40х40х10 будет с вашим процессором работать на 10-20% от своих возможностей. То есть если система снимает с вашего Атлона те 60 ватт рассеиваемого тепла, то она с лёгкостью могла бы снимать и все 200. Так что парочка высокомощных модулей Пельтье под ватерблоком может охладить ваш процессор до очень приличных температур.

Ватерчиллеры.

Ватерчиллер – система водяного охлаждения с дополнительным модулем, отвечающим за активное охлаждение воды. Существует много принципиальных схем ватерчиллеров с совершенно разными технологическими решениями, однако есть несколько вещей, которые их объединяют. Во-первых, в любой такой системе присутствует дополнительный модуль, так и называющийся — чиллер, во-вторых, если подразумевается серьёзное охлаждение (ниже 0) то в ватерчиллер заливается не вода, а чистый тосол. Вода в такой системе просто замерзнет, как только помпа остановится.

Вариантов собрать ватерчиллер очень много. Самый простой — кладём в резервуар обычный радиатор без вентилятора вверх подошвой, так чтоб из воды выступала только сама подошва. На неё цепляем пару модулей Пельтье и сверху ставим хороший кулер с медным радиатором. Таким образом, погруженный в воду радиатор будет постоянно холодный и соответственно будет охлаждать воду. Хотя я видел только одну такую систему в работе и выглядела она так:

Дополнительные варианты: часть системы (радиатор) переносится в холодильник. Так можно добиться температуры ниже комнатной, но есть вероятность выпадения конденсата.

Самым распостранённым вариантом ватерчиллера является не самый простой, но довольно эффективный метод двух контуров. В систему вставляется дополнительный ватерблок с элементом Пельтье. Причём пельтье ставится холодной стороной к ватерблоку. На горячую сторону ставится ещё один ватерблок, который подсоединяется ко второй системе водяного охлаждения. Таким образом, получается такой пирожок:

Когда вся эта система включается, разность температур в контурах просто поражает. При двух 100-ваттных модулях пельтье результат получился вот таким:

Как вариант, второй контур можно заменить на хороший кулер с медным радиатором, но такая система будет работать значительно менее эффективно, а радиатор будет греться до температур 60-80 градусов.

Хорошие ватерчиллеры обязательно требуют качественной теплоизоляции. Если не продумать это, можно добиться таких вот результатов:

Видов ватерчиллеров довольно много, и с каждым днём оверклокеры придумывают всё более и более интересные и производительные решения. По сути, чиллером может быть любой модуль, способный охладить воду ниже комнатной температуры. Поэтому не буду особо останавливаться на вариантах и сразу перейду к следующему нашему пункту – экстремальному охлаждению.

Phase-Change системы.

Phase-Change системы для компьютеров, более известные у нас как криосистемы или фреонки, в своё время выпускались только несколькими фирмами и стоили баснословных денег. Сейчас одна из фирм (Kryotech) перестала выпускать эти системы, в то время как другие две (Asetek, Chip-Con) сильно снизили цены на свою продукцию.

Фирма Kryotech была первым производителем phase-change систем для компьютера. Система, представленная в 1999 году, называлась SuperG и была первой машиной в мире, достигшей частоты 1 ГГц. Позже Kryotech показала миру систему SuperG2 однако она уже не стала таким бумом, несмотря на то, что многие до сих пор считают её лучшей когда-либо выпускаемой фреонкой. Вот так она выглядела:

Сейчас серийно выпускаются 2 системы — Asetek Vapochill и Chip-Con Prometeia. Vapochill менее дорогая и мощная, однако её внешний вид и цена привлекают многих. В этой системе, компрессор находится в верхнем отсеке корпуса, в то время как в Prometheia он внизу. Вот так выглядит Vapochill:

Фреонки от Prometeia значительно мощнее, однако внешне более аксетичны. Они являются самыми сильными в плане охлаждения системами на сегодняшний день, выпускаемыми серийно. В то время как самый мощный Vapochill PE дает температуру хладагента -25 градусов, Prometeia обеспечивает такую же на самом процессоре. Крио-системы Prometeia выпускаются двух видов – классическая и Prometeia-Li. Вторая отличается алюминиевым корпусом от Lian-Li. Вот так они выглядят:

Оба производителя предлагают свои продукты как в комплекте с корпусом, так и в варианте для самостоятельной сборки. Бескорпусная модель Prometheia, опять же, дороже чем Vapochill, однако идёт с корпусом для компрессора и в собранном виде, в то время как Asetek предлагает свои системы в виде комплекта для сборки без каких-либо корпусных элементов. Стоимость фреонки с корпусом – 500-700 долларов. Бескорпусной Vapochill можно найти по цене от 300 долларов, что, в общем-то, не так дорого.

Сейчас всё чаще можно встретить самодельные криосистемы охлаждения. По их созданию в интернете есть множество статей и сайтов. Одним из самых больших сайтов этой тематики является www.phase-change.com. Многие самодельные системы сделаны настолько хорошо, что обгоняют по производительности даже системы Prometeia, позволяя достичь температур до -60 градусов.

Конечно же, у самодельных систем есть и недостатки. Главные среди них – это сложность герметизирования и теплоизоляции системы. Ведь неполная герметичность вызывает попадание воздуха в дорогостоящий компрессор, что может повлечь за собой выход его из строя. А отсутствие теплоизоляции при таких температурах мгновенно приводит к конденсации влаги.

Принцип работы криосистемы довольно прост для разбирающегося в технике человека.

Для начала вы должны понять некоторые базовые принципы. В криосистемах происходит работа не только с состояниями хладагента, но и с давлением. Как вы, наверное, знаете, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот, чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении 760 мм рт.ст. (1 атм) вода кипит при 100 °С, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре 40-60 °С. Хладагент (фреон) циркулирует в системе. В компрессоре он превращается в газ высокого давления. Далее он двигается в первый радиатор (Condenser) где под высоким давлением и охлаждающим действием радиатора газ превращается в жидкость, которая стекает в теплообменник, называющийся в данном случае «испаритель» (Evaporator). Так как теплообменник находится на процессоре, фреон тут же начинает кипеть и испаряться. Испаряясь, он попадает в капиллярные трубки. Также можно использовать регулирующий клапан. Капиллярные трубки и клапан позволяют создать на входе высокое давление для того, чтобы фреон успевал докипать, а на выходе низкое. Чем меньше давление на выходе, тем ниже опустится температура кипения. Клапан также нужен для регулировки системы, чтобы хладагент успевал выкипать и не попал обратно в компрессор в жидком состоянии. Если это случится, компрессор мгновенно откажет. Как вы видите, в схеме находится ещё один радиатор. Он предназначен для охлаждения отработанного газообразного фреона с низким давлением для того, чтобы в компрессор он попадал уже в готовом к следующему циклу виде.

Кроме этих элементов на схеме вы можете увидеть небольшую коробочку после второго радиатора, связанную с клапаном. В нее встроен термодатчик, фиксирующий температуру выходящего из радиатора хладагента и схемка контроля пропускной способности клапана.

А вот так выглядит самодельная phase-change система, которую сделал признанный мастер этого дела и владелец сайта phase-change.com, Bowman:

Если вы хотели бы заниматься криосистемами, я могу вам посоветовать только форум phase-change.com, как самый большой кладезь мудрости по этой тематике. Насколько мне известно, в СНГ пока нет ни одной криосистемы, ни серийной, ни самодельной, но, надеюсь, в скором времени и у нас появятся умельцы-оверклокеры.

Что такое экстрим.

А теперь мы немного поговорим про самое экстремальное охлаждение. Сразу скажу, что настоящим экстримом занимаются в основном для установки рекордов. Компьютер включается в таком режиме на несколько минут, необходимых для тестирования, снимаются скриншоты и делаются фотографии запредельных частот, после чего всё это благополучно разбирается.

Чаще всего для экстремального охлаждения и установки рекордов используют жидкий азот. В иностранных источниках он называется LN2 (Liquid Nitrogen). Жидкий азот — газ, охлаждённый до температуры, при которой он конденсируется, то есть становится жидкостью. Жидкий азот начинает кипеть и испаряться при температуре (минус) -196 по Цельсию. Для охлаждения процессоров таким методом обычно делают специальный стакан из меди с креплением к процессору. Выглядит примерно так:

После установки на процессор, в стакан наливают азот, который тут же начинает кипеть и испаряться. Тестирующий человек включает компьютер и начинает очень быстро запускать разнообразные тесты производительности, пока его напарник, сосуд за сосудом, заливает новые порции азота в стакан. После того как тестирование завершено, стакан снимают, дождавшись, пока остатки азота испарятся, и видят примерно следующее:

Именно так ставятся рекорды, про которые вы слышали в Интернете, например разгон Pentium 4 до 4623 мегагерц. Почему такой способ охлаждения нельзя использовать дома постоянно, вы наверняка понимаете. Хоть азот и дешевый, я думаю, ваши близкие не поймут то, что вы завёли себе мальчика-кочегара и загромоздили балкон контейнерами с чем-то жутко холодным.

В общем-то, есть и более простые и ненамного менее холодные методы. Способ практически аналогичен предыдущему, только в стакан засыпается так называемый сухой лёд. Лёд этот, в отличие от того, что в холодильнике, делают из углекислого газа и при таянии, примерно при температуре -80 градусов, он мгновенно испаряется, минуя стадию жидкости. Называется этот процесс сублимация — переход из твёрдого состояния в газообразное. А так — тот же стакан, те же условия, что и у азота, только топливо уходит не с такой скоростью и температура немного повыше.

Заключение.

Я надеюсь, эта статья открыла глаза многим, доселе считающим, что Volcano 7 это предел производительности охлаждения, а водяная система вообще из разряда фантастики. Тем же, кто это знал и без меня, но всё равно дочитал до этой строчки, я надеюсь, статья просто понравилась и раскрыла многие мелкие подробности, в которых, признаюсь, пришлось самому разбираться во время написания. Не бойтесь терять гарантию, разбирать и собирать что-то с нуля. Экспериментируйте и всё у вас получится, ведь это же так легко на самом деле!

Laik Newmark (aka La1kr0diZ) www.modlabs.net

Эта статья была прислана на наш второй конкурс.