Теоретические основы охлаждения элементов системного блока. Охлаждение компонентов

Как ни странно, но охлаждение процессора откладывается в последнюю очередь. Эффективным оно может быть тогда и только тогда, когда обеспечено эффективное охлаждение всего системного блока, поэтому лучше начинать с настройки самого системника и остальных устройств.

Корпус

К сожалению, значение корпуса понимают только наиболее опытные пользователи и те, кто непосредственно столкнулся с вопросами перегрева. Основные требования: достаточно большая высота и удобство доступа к платам, отсутствие перекрытия материнской платы блоком питания и хороший блок питания. Правда с самими блоками питания проще, они относительно недороги и есть возможность выбрать. Для PIII вполне достаточно 230-250 вт, для PIV и AMD рекомендуется 250 и выше.

Наиболее удобны БП, с возможностью дополнительного обдува процессора и с вентилятором расположенным не с боку БП, а внизу. Толку от этого обдува мало, но переворот вентилятора и установка дополнительного позволяют использовать БП, как эффективное вытяжное устройство. Обычно в большинстве БП стоят довольно шумные вентиляторы и поэтому имеет смысл их заменить на малошумные с подшипниками качения. Вообще основная отладка корпуса заключается в эффективном отводе тепла из верхней части корпуса. Два малошумных вентилятора в БП под углом 90 градусов вполне это обеспечивают. Идеальный корпус – это вытяжная труба с температурой наружного воздуха. Большинство корпусов на сегодня этого не обеспечивают и если сразу не взяли хороший корпус и БП, то, скорее всего его придется дорабатывать.

Обычно причина доработки одна, БП закрывает процессор и обычно, на всех корпусах последних выпусков, верхняя часть корпуса несъемная и установлена намертво на заклепках. В этом случае использовал два варианта или порознь или одновременно. Для крепления БП в корпусе предусмотрено квадратное отверстие, с одним скошенным углом. С помощью ножниц по металлу в каждом углу отверстия делаются диагональные прорезы и полученные кромки аккуратно загибаются, так чтобы БП мог выдвигаться из корпуса и крепиться в любом промежуточном положении. Это не очень портит внешний вид, но полностью освобождает доступ к процессору и соответственно улучшает его охлаждение. В строймагазинах имеется большое количество декоративных решеток для вытяжки на кухне или в туалете. Это позволяет доработать глухую верхнюю часть корпуса. С помощью лобзика или любой пилки по металлу вырезается прямоугольное отверстие и закрывается такой декоративной решеткой. Если БП у вас не обеспечивает эффективного отвода тепла, то под этой решеткой можно установить вентилятор, закрепив его в отсеке для винчестеров, а если крышка глухая, то непосредственно к самой крышке. В конечном результате должна быть обеспечена сквозная продувка всего корпуса, при правильно выбранных вентиляторах и добросовестном креплении, уровень шума должен быть минимальным, незачем из машины делать реактивный двигатель.

Вариантов доработки может быть великое множество, но основное требование – сквозная продувка корпуса и отсутствие застойных зон, которые при неудачной конструкции могут образовываться даже в открытом корпусе.

Винчестер и CD-ROM

Если температура не превышает 30 градусов, то этот вопрос отпадает сам собой, но за последний год все винты и CD-ROM, которые прошли через мои руки: IBM, Fujitsu, Seagate Barracuda III,IV, CD Teac 58, NEC 7700, грелись достаточно прилично, а два или больше здоровых горячих кирпича вносят ощутимую лепту в общий перегрев, да и наработка на отказ у винта при перегреве от 22 до 42 градусов ( по данным Seagate) падает в два раза. Но здесь можно обойтись и без дополнительных вентиляторов.

Спасибо участнику форума на NVworld.ru K2, он провел исследование нескольких партий винтов и определил, что основная причина перегрева – повышенное напряжение по цепи 12в. Рекомендованное значение 11.6 в, на источниках питания обычно от 12.4 до 12.8 в. Очень часто возникает вопрос неужели из-за мизерного превышения напряжения, возникает такой сильный перегрев?

Здесь можно привести кучу различных объяснений, но наиболее вероятным все же является неизменный 3.5” форм-фактор, стандартизованный в 90 годах, т. е. поверхность охлаждения винтов практически осталась неизменна, но емкость возросла на 3 порядка, скорость вращения с 3 600 до 7 200-15 000 об/мин., а при достижении некоторого порогового значения рассеиваемой мощности, избыток тепла не успевает отводиться от внутренних поверхностей и температура резко повышается. Но это все теория, нам важно, как снизить температуру. Это достаточно несложно, путем установки балластного диода в цепь питания 12в.

Конструктивно это еще проще. Берется переходник от старого кулера, состоящий из 4-х контактной папы и мамы. Контакты соединены 4 проводами, красный — 5в, 2 черных – земля, желтый – 12в. Желтый провод перекусывается посредине, в разрыв включается диод на ток не менее 2а, типа КД202, с соблюдением полярности, диод сверху заизолируйте хотя бы изолентой. Через полученный переходник подключите винт и (или) СD-ROM. После такой доработки IBM стал холодным, а Fujitsu, c горячего стал теплым. Напряжение с 12,4 на винте уменьшилось до 11,7в.

Видеоадаптер

Все видеоадаптеры Nvidia достаточно горячие и вопрос охлаждения для них возникает достаточно часто. Хорошо если у Вас брендовская плата с хорошим кулером, с радиаторами на памяти, то эта проблема Вас не интересует. Очень большое количество noname плат, да и некоторые фирменные не снабжены кулерами. Например, на моей бывшей GF-1280 MX400, стоял обычный игольчатый радиатор, который на штатных частотах изрядно грелся, про разгон и не говорю. На некоторых платах стоят пластинчатые радиаторы. Все бы ничего, взял и поставил вентилятор, но специализированный можно найти не всегда, а самые распространенные селероновские вентиляторы имеют больший размер, чем радиаторы, но выход из положения есть.

Проще с игольчатыми радиаторами: на 4 крайние иголки одеваются обрезки пустых стержней от шариковой ручки, на них до упора ставится селероновский вентилятор, концы обрезаются с небольшим запасом и горячим паяльником формуются головки, при необходимости эта конструкция легко снимается.

С пластинчатыми сложнее, но в некоторых случаях помогает следующий прием: в крепежные отверстия селероновского вентилятора пропускаются отрезки кембриковой трубки, он устанавливается на пластинчатый радиатор и закручиваются шурупы, они обычно обхватывают радиатор с внешних сторон, достаточно посадить хотя бы на 2 шурупа по диагонали. Хорошо подходят вентиляторы от 486 процессоров, но хорошие достать трудно, а старые шумят изрядно.

Если есть смысл охлаждения чипов памяти, а возникает это при наличии хорошо разгоняемой памяти, можно поставить радиаторы и на память. Можно поставить специализированные, можно сделать и самому. Берется радиатор от селерона, разрезается ножовкой по металлу на 6 частей, места разреза шлифуются шкуркой и можно с помощью термоклея установить радиаторы на чипы памяти. Если это сделать аккуратно, то товарный вид не портится.

Процессор

Если собрать всю литературу, посвященную этому вопросу, то получится изрядная гора. Сам добросовестно проштудировал кучу и сделал только один вывод, охлаждать все же надо.

Когда возился с разгоном Купермина с 800->1200*150 долго не мог добиться температуры проца в играх менее 45 градусов, ставил мощные вентиляторы и слушал их рев. Все без толку. Но один раз, когда гонял его со снятой верхней крышкой системника, то заметил, что перегревается так же быстро, но самое главное, что после выхода из игр температура понижается довольно медленно. Причина оказалась в образовании застойной зоны между блоком питания и процем (см. выше охлаждение системника). Стоило установить небольшой вентилятор для вытяжки и после нескольких часов игр на проце не более 42. Вот после этого и родился материал описанный выше. Но конкретно по охлаждению проца:

Установку радиатора без перекоса лучше обеспечивают защелки с возможностью крепления по 6 точкам. Крепление по 2 точкам более расположено к перекосу. Крепление Orb типа, с поворотом при установке, обеспечивает хороший контакт, но на процах с незакрытым кристаллом достаточно большая вероятность скола и вывода проца из строя. Устанавливал их десятки раз благополучно, но один раз угробил проц и перестал ими пользоваться. Хотя на PIV и Tualatin сейчас ставится предохранительная прокладка и можно безбоязненно крутить.

Если составить эквивалентную схему охлаждения процессора, то это будет набор последовательно включенных сопротивлений: Переход процессор-радиатор, радиатор, если радиатор составной, то добавляется сопротивление перехода вставка-основной радиатор. Задача — свести суммарное сопротивление до минимума.

Сопротивление перехода процессор-радиатор уменьшается за счет минимального перекоса, допустимой силы прижима (не перестарайтесь) и использования термопасты для заполнения оставшегося зазора. Сам пользуюсь обычной КПТ-8, не старайтесь наносить много пасты, достаточно чуть-чуть на кончике пальца нанести на поверхность проца и радиатора и аккуратно без перекоса установить кулер. Рекомендуется пасту менять хотя бы 2 раза в год.

Материал радиатора, обычно, алюминиевый сплав или медь, возможна комбинация. Теплопроводность меди в два раза выше, чем у алюминия при удельном весе 8.9 против 2.7 у алюминия. Теплопроводность сплавов всегда хуже, как у медных, так и алюминиевых.

Целесообразна ли установка медных радиаторов, да, в общем-то, нет. Если ставить фирменные, то дешевле заменить процессор на более мощный, а повышенный вес требует более сильного прижима и велика вероятность перелома пластмассовых креплений на панели процессора. Мне кажется, что вполне достаточно массивного алюминиевого.

Для дополнительного уменьшения теплового сопротивления радиатора на него устанавливается вентилятор. Здесь приходится варьировать двумя величинами: производительностью и уровнем шума. Лучше подбирать производительный, но низкооборотный — шума меньше. Очень часто дискутируется вопрос о питании вентиляторов пониженным напряжением, но вообще — то все электродвигатели предпочитают номинальное напряжение и, мне кажется, проще поставить более слабый, но бесшумный вентилятор, оставив возможность возвращения штатного, при необходимости.

Уж если занялись оверклокингом, то очень скоро у Вас дома будет вполне приличная коллекция различных кулеров и вентиляторов. Все приведенные рекомендации с одной стороны достаточно очевидны, как и с другой спорны, но здесь важен конечный результат. Единственное положение примите за аксиому — ОХЛАЖДЕНИЕ ДОЛЖНО БЫТЬ КОМПЛЕКСНЫМ.

Комбинированные кулера

Сейчас эти кулеры стали очень распространенными. Действительно теплопроводность меди в два раза выше, вес увеличивается значительно меньше, чем у чисто медного. Вроде бы одни плюсы. Когда поставил свой первый составной кулер, это был Volcano 7, то был неприятно удивлен высоким уровнем шума, низкой эффективностью и большим весом.

Решил разобраться, в чем дело. Предположения уже имелись. Как следует нагрузил машину и погонял в течение часа. Выключил и быстро снял кулер. Пощупал. Пятак горяченный, алюминиевая часть теплая. Основная причина – высокое тепловое сопротивление в переходе медь – алюминий. Чем это может быть вызвано? Неточности механической обработки и как следствие некачественная запресовка вставки. Из-за разных коэффициентов теплового расширения этот зазор будет постоянно присутствовать и меняться. Кроме того чистой алюминиевая поверхность никогда не бывает, она всегда покрыта тонкой пленкой окисла Al₂O₃, имеющего очень низкую теплопроводность и высокую теплостойкость. Если температура плавления алюминия 658 градусов, то окиси 1200. Ближайшие родственники рубин и корунд. В конечном результате получается, что мы имеем не эффективное охлаждающее устройство, а скорее тепловой аккумулятор. И для охлаждения используется только небольшой медный пятак, а остальная часть радиатора практически не используется.

Более правильным решением была бы цельно-медная подошва толщиной не менее 4-5 мм и при значительно меньших габаритах всего кулера. Идеальный вариант — небольшой цельно-медный радиатор. Радиатор должен учитывать геометрию процессора особенно при малых размерах кристалла. В этом случае, что пропил, что сверловка радиатора дают меньший эффект, чем на цельнометаллических радиаторах. Причина? Несмотря на большие габариты – недостаточный размер охлаждающего элемента, т.е. пятака и плохие условия его охлаждения. Вывод: лучше использовать цельнометаллические.

Охлаждение AMD процессоров

При переходе с Intel на AMD столкнулся с более тяжелыми тепловыми режимами. Внимательно проанализировал схему установки кулера и определил, что изрядную лепту в перегрев у AMD процессоров вносит промежуток радиатор – процессор, это узкая щель высотой менее 2 мм и размером не менее 60*60, зависит от размеров радиатора. Охлаждение практически только за счет теплопроводности радиатора.

Рассмотрим сперва этот вопрос теоретически, потому что когда объясняешь в чем причина, следует резонный ответ: «Уж если хитромудрые китайцы и американцы не доперли, то уж куда нам сиволапым.», — таких ответов получил изрядное количество. К таким аргументам отношусь плохо, видно до сих пор страдаю великодержавным шовинизмом, это тоже пытались пару раз объяснить, но уж такой непонятливый.

При установке процессора, которая выполняется с сильным прижимом, тепловой контакт с процессором только в зоне кристалла, все остальное пространство узкая щель, с неподвижным воздухом, т.е. теплообмен идет только за счет теплопроводности центральной части радиатора и эффективность радиатора падает пропорционально квадрату расстояния от центра. Если увеличить эффективную площадь охлаждения центральной части радиатора и обеспечить дополнительный конвекционный обмен, то температура должна снизится. Пробуем.

У меня стоял неплохой noname Smart Cooler c удобным креплением и алюминиевым радиатором 60*80, по цене менее 5$. Посмотрел на него внимательно, снял, взял напильники и надфиля и закруглил все острые кромки, во-первых, руки целее будут, во-вторых, еще со школы не забыл чем ламинарный поток лучше турбулентного. Затем радиатор зажал в тиски через две деревянные прокладки и сделал пропилы ножовкой по следующей схеме:

Не скажу, что пилить толстый радиатор между ребрами мне доставило удовольствие, в общем, когда закончил пилить, оказалось, что исчерпал весь запас ненормативной лексики.

Аккуратно снял все заусеницы, снял фаски, продул и прочистил все кисточкой. Но игра стоила свеч. К сегодняшнему дню опробовали несколько штук, в среднем снижение температуры достигает 8-15 градусов. Даже в июльскую жару, температура на проце не превышала 55 при многочасовой 100% загрузке, сейчас прохладней и температура максимальная в пределах 46-50. По эффективности не уступает Volcano 7 .

Уровень шума невысокий, но подумал, нельзя ли сделать еще меньше. Снял штатный вентилятор, достал из заначки бесшумный вентилятор для БП на шариковых подшипниках, просверлил 4 дырки по углам верхней части радиатора и прикрутил монтажным проводом. Радиатор 60*80, а вентилятор 80*80, по уму стоило бы сделать на вентилятор юбку, но не стал. Опробовал.

Шум мизерный, температура в тех же пределах, значит можно юбку сейчас и не ставить. Правда тишиной наслаждался недолго, сын притащил Volcano 7 и выклянчил самоделку. Внимательно его осмотрев, вытащил датчик температуры и установил его между ребрами ближе к медной вставке, вокруг контактной площадки просверлил в медной вставке 6 отверстий по периметру диаметром 5мм. Установил.

Установка не очень удобная, всего по 2 точкам и с отверткой. Опробовал: тепловые режимы, как у самоделки, но при более высоком уровне шума, про разницу в цене скромно молчу.

Конфигурация:

• Корпус ATX big, 230W
• AMD XP1800->XP2000 Vcore=1,775 FSB 140-145
• 256 DDR SDRAM PC2100->PC2700 (на 166)
• EPOX 8K3A
• HDD Fujitsu 20 ГБ, Seagate IV 60 ГБ (оба ATA100/7200)
• Teac W58E CD-RW
• GF4 MX440 310*444
• Miro PCTV Studio
• Genius SB Live 5.1
• Genius mouse optical
• WinXP Prof; Win2000 Prof

Температурный режим процессора при 100% загрузке 50-55 (при 20-30 в комнате). К сегодняшнему дню, только количество самим доработанных кулеров превысило два десятка. Пишу на машине с разогнанным Coppermine 800*100->1200*150 Tmax=35. Указанную выше конфигурацию обновил на

• AMD XP2000->XP2200 Vscore=1,800 FSB 140-145
• Teac W5408E CD-RW

Несмотря на возросшую мощность процессора, максимальная температура не выходит из 50-55, уровень шума низкий. Volcano7 и Titan 5, лежат в коробках. Считаю, что проблему охлаждения AMD и Coppermine процессоров решил. Причина крылась в некорректной форме радиатора для данной конфигурации. Температуры даю самые максимальные, в основном они на 5-6 градусов ниже, а при использовании Hmonitor или CPUIdle температуры проца в районе 20-30 градусов, но не обманывайтесь, нам важны максимальные температуры при 100% загрузке (а это игры, работа с графикой и т.д.), а то часто слышишь, что установка этих программ решила все проблемы За лето и осень извел все запасы кулеров и вентиляторов. Заказал по 5 штук того и другого. Привезли 5 GreenCooler по 6$.

Внимательно осмотрел: алюминиевый оксидированный радиатор, на вид как латунный, вентилятор с терморезистором на шариковых подшипниках, на коробке надпись – бесшумный. Очень удобная клипса с креплением по 6 точкам, ставится элементарно простым нажатием пальца. Поставил попробовать – действительно абсолютно бесшумный. Это плюсы.

Минусы – терморезистор подпаян на коротких ножках прямо к плате по центру вентилятора и обдувается потоком холодного воздуха, при 24-25 градусах это всего 700-800 оборотов, бесшумно, но для Athlon явно недостаточно, даже с прорезанным радиатором максимальная температура на моем XP2000->2100 около 65 градусов. Прорезы ножовкой с каждой стороны по 7 штук через ребро на глубину примерно 25 мм. Без них было бы за 70. Надо дорабатывать. Аккуратно пинцетом отогнул терморезистор, затем монтажным проводом с помощью пинцета к каждой ножке прикрутил на один виток по отрезку провода и аккуратно прихватил припоем. Между ножками загнал обрезок спички для изоляции. Сопротивление терморезистора 8 КОм, голову ломать не стал, подпаял к проводам резистор на 10 КОм, желающие могут поставить подстроечик, тогда получится регулируемое максимальное количество оборотов. При 10 КОм количество оборотов от 2800 и увеличивается при нагреве до 3400. Уровень шума мизерный. Максимальная температура проца 48-50 после часовой записи при 100% нагрузке. Кто поставит переменный резистор, тот может подобрать для себя оптимальное соотношение температура – уровень шума.

Человек видно никогда не бывает доволен

Вроде конечный результат неплохой. А нельзя ли без излишнего рукоприкладства сбросить еще пару другую градусов? Как, обычно, это делается – ставится более мощный вентилятор, а надо ли? Начнем с модели. Что мы делаем, если капнем на руку кипятком?

• I – вариант: начинаем громко орать и трясти обоженной рукой. Эффективность очень низкая.
• II- вариант: вытянув губы начинаем дуть на обоженное место. Эффективность значительно выше.

Как это реализовать на кулере? Оказывается очень просто. Можно даже не снимая кулера. Нарезаем 6 кусков изоленты длиной на 2 см длиннее, чем торец кулера. Заклеиваем с каждой стороны 3 полосками. Начинаем комбинировать. Для меня третья комбинация оказалась удачной. Нижний торец – 2 полоски сверху. Второй торец не заклеен. Я ожидал 2-3 градуса выигрыша. Оказалось целых 5. Но подбор для каждой машины и кулера достаточно специфический. Слишком много различных факторов и комбинаций. Все же 6!

Думаю на этом можно остановиться.

Подведем итоги: Исходный кулер Green Kooller S462-25B725-TC (Ball Bearing) – 6$. Цельноаллюминиевый, с терморезистором в цепи двигателя. Уровень шума и вес незначительны. Удобная клипса по 6 точкам.

Доработки: прорезка радиатора, подпайка (можно и просто прикрутить) переменного резистора, заклейка торцов (подбор оптимальной комбинации)

Характеристики:

• Возможность выбора оптимального соотношения: максимальная рабочая температура/уровень шума
• Автоматическое изменение числа оборотов при изменении температуры.. Для AMD XP2000 -> 2100 FSB=138 Vscore=1.775 Температура в комнате 22 градуса. Максимальная температура 42-44 (при максимальных оборотах – 4000) 46-48 (при 2500) На всякий случай введем поправку на лето, при повышении температуры в помещении до 30 градусов не выйдем из 60 градусов.
• Низкий уровень шума, даже при максимальных оборотах.

Такой же вентилятор, вместо штатного установил и в БП. Для эффективного охлаждения 2 винчестеров и СD использовал балластные диоды, по штуке на каждое устройство. Уровень шума всего системника на уровне старых Pentium.

Anatoly. Skeen@yaroslavl.ru

Эта статья участвовала в нашем первом конкурсе и автор получил приз – видеокарту PowerColor Radeon VE.