Datakjølesystemer: passive, aktive, flytende, freon, vannkjølere, åpen fordampning, kaskade, Peltier-kjøling

Under driften av datamaskinen blir noen av komponentene veldig varme, og hvis den genererte varmen ikke fjernes raskt nok, vil datamaskinen ganske enkelt ikke kunne fungere på grunn av brudd på de normale egenskapene til hovedhalvlederkomponentene.

Fjerning av varme fra datamaskinens varmedeler er den viktigste oppgaven som datamaskinens kjølesystem løser, som er et sett med spesialiserte verktøy som fungerer kontinuerlig, systematisk og harmonisk hele tiden datamaskinen brukes aktivt.

Under driften av datamaskinens kjølesystem utnyttes varmen som genereres ved passasje av driftsstrømmer gjennom nøkkelelementene i datamaskinen, spesielt gjennom elementene i systemenheten.Mengden varme som genereres i dette tilfellet avhenger av dataressursene til datamaskinen og dens nåværende belastning i forhold til alle ressursene som er tilgjengelige for maskinen.

I alle fall gjenvinnes varmen i atmosfæren. Ved passiv kjøling fjernes varmen fra de oppvarmede delene gjennom en radiator direkte inn i luften rundt ved konvensjonell konveksjon og infrarød stråling. Ved aktiv kjøling brukes i tillegg til konveksjon og infrarød stråling blåsing med vifte, noe som øker konveksjonsintensiteten (denne løsningen kalles en «kjøler»).

Det finnes også væskekjølesystemer hvor varmen først overføres av en varmebærer og deretter brukes igjen i atmosfæren. Det er åpne fordampningssystemer hvor varme fjernes på grunn av faseovergangen til kjølevæsken.

Så, i henhold til prinsippet om å fjerne varme fra oppvarmingsdelene av datamaskinen, er det kjølesystemer: luftkjøling, væskekjøling, Freon, åpen fordampning og kombinert (basert på Peltier-elementer og vannkjølere).

Passivt luftkjølesystem

Utstyr som ikke er varmebelastet krever ikke spesielle kjølesystemer i det hele tatt. Ikke-varmebelastet utstyr er et utstyr der varmefluksen per kvadratcentimeter av den oppvarmede overflaten (varmeflukstetthet) ikke overstiger 0,5 mW. Under disse forholdene vil overopphetingen av den oppvarmede overflaten i forhold til luften rundt ikke være høyere enn 0,5 ° C, det vanlige maksimum for et slikt tilfelle er +60 ° C.

Men hvis de termiske parameterne til komponentene i normal driftsmodus overskrider disse verdiene (mens varmeutviklingen holdes relativt lav), er det bare radiatorer som er installert på slike komponenter, det vil si enheter for passiv varmefjerning , de såkalte passive kjølesystemene.

Når kraften til brikken er lav, eller når kravene til datakapasiteten til systemet er konstant begrenset, er som regel bare en kjøleribbe tilstrekkelig, selv uten vifte. Radiatoren velges individuelt i hvert tilfelle.

I utgangspunktet fungerer det passive kjølesystemet på følgende måte: Varmen overføres direkte fra varmekomponenten (brikken) til kjøleribben på grunn av materialets varmeledningsevne eller ved hjelp av varmerør (termosyfon eller fordampningskammer er forskjellige fundamentale løsninger med varmerør).

Funksjonen til radiatoren er å stråle varme inn i det omkringliggende rommet gjennom infrarød stråling og overføre varme ganske enkelt gjennom den termiske ledningsevnen til den omgivende luften, noe som bidrar til forekomsten av naturlige konveksjonsstrømmer. For å utstråle varme over hele radiatorens område så intensivt som mulig, blir overflaten på radiatoren svart.

Spesielt i dag (i diverse utstyr, inkludert datamaskiner) er det passive kjølesystemet utbredt. Et slikt system er svært fleksibelt, da radiatorer enkelt kan monteres på de fleste varmekrevende komponenter. Jo større det effektive området for varmespredning fra radiatoren er, desto mer effektiv er kjølingen.

Viktige faktorer som påvirker kjøleeffektiviteten er hastigheten på luftstrømmen som passerer gjennom kjøleribben og temperaturen (spesielt temperaturforskjellen til omgivelsene).

Mange vet at før man monterer en kjøleribbe på en komponent, er det nødvendig å påføre termisk pasta (f.eks. KPT-8) på de parende overflatene. Dette gjøres for å øke varmeledningsevnen i rommet mellom komponentene.

I utgangspunktet er problemet at overflatene til radiatoren og komponenten den er installert på, etter fabrikkproduksjon og sliping, fortsatt har en ruhet i størrelsesorden 10 mikron, og selv etter polering gjenstår ca. 5 mikron ruhet. Disse uregelmessighetene forhindrer at forbindelsesflatene presses sammen så tett som mulig uten spalte, noe som resulterer i en luftspalte med lav varmeledningsevne.

Heatsinks med den største størrelsen og det aktive området er vanligvis montert på CPUer og GPUer. Hvis det er nødvendig å sette sammen en stillegående datamaskin, er det nødvendig med spesielle veldig store radiatorer, gitt den lave hastigheten på luftpassasjen, preget av økt effektivitet av varmespredning.

Aktivt luftkjølesystem

For å forbedre kjølingen, for å gjøre luftstrømmen gjennom radiatoren mer intens, brukes vifter i tillegg. En radiator utstyrt med vifte kalles en kjøler. Kjølere er installert på datamaskinens grafikk og sentrale prosessorer. Hvis det ikke er mulig å installere en kjøleribbe på noen av komponentene, for eksempel en harddisk, eller det ikke anbefales, så brukes en enkel vifteutblåsing uten kjøleribbe.Det er nok.

Væskekjølesystem

Væskekjølesystemet fungerer etter prinsippet om å overføre varme fra den avkjølte komponenten til radiatoren ved hjelp av en arbeidsvæske som sirkulerer i systemet. En slik væske er vanligvis destillert vann med bakteriedrepende og anti-galvaniske tilsetningsstoffer eller frostvæske, olje, andre spesielle væsker, og i noen tilfeller flytende metall.

Et slikt system inkluderer nødvendigvis: en pumpe for å sirkulere væsken og en radiator (vannblokk, kjølehode) for å ta bort varmen fra varmeelementet og overføre den til arbeidsvæsken. Varmen spres deretter av en kjøleribbe (aktivt eller passivt system).

I tillegg har det flytende kjølesystemet et reservoar med arbeidsvæske, som kompenserer for dets termiske ekspansjon og øker den termiske tregheten til systemet. Tanken er praktisk å fylle, og det er også praktisk å tømme arbeidsvæsken gjennom den. I et slikt system kreves nødvendige slanger og rør. En væskestrømsensor kan være tilgjengelig som ekstrautstyr.

Arbeidsvæsken har tilstrekkelig høy varmekapasitet til å gi høy kjøleeffektivitet ved lav sirkulasjonshastighet og høy varmeledningsevne, noe som minimerer temperaturforskjellen mellom fordampningsflaten og rørveggen.

Freon kjølesystem

Ekstrem overklokking av prosessoren krever en negativ temperatur på det avkjølte elementet under kontinuerlig drift. Freoninstallasjoner kreves for dette. Disse systemene er kjøleaggregater hvor fordamperen er montert direkte på komponenten som varme må fjernes fra med en meget høy hastighet.

Ulempene med freonsystemet, i tillegg til dets kompleksitet, er: behovet for termisk isolasjon, den obligatoriske kampen med kondensat, vanskeligheten med å avkjøle flere komponenter samtidig, det høye energiforbruket og den høye prisen.

Vannkjøler

Waterchiller er et kjølesystem som kombinerer en Freon-enhet og væskekjøling. Her kjøles frostvæsken som sirkulerer i systemet videre i en varmeveksler ved hjelp av en Freon-blokk.

I et slikt system oppnås en negativ temperatur ved hjelp av en freonenhet, og væsken kan samtidig avkjøle flere komponenter. Et konvensjonelt Freon-kjølesystem tillater ikke dette. Ulempene med en vannkjøler er behovet for termisk isolasjon av hele systemet, samt kompleksiteten og høye kostnader.

Åpent fordampende kjølesystem

Åpne dampkjølesystemer bruker en arbeidsvæske - et kjølemiddel som helium, flytende nitrogen eller tørris. Arbeidsvæsken fordampes i et åpent glass, som er montert direkte på varmeelementet, som må avkjøles veldig raskt.

Denne metoden tilhører amatører og brukes hovedsakelig av hobbyister som trenger ekstrem overklokking ("overklokking") av tilgjengelig utstyr. Ved å bruke denne metoden kan du få den laveste temperaturen, men glasset med kjølemediet må etterfylles regelmessig, det vil si at systemet har en tidsbegrensning og krever konstant oppmerksomhet.

Kaskade kjølesystem

Et kaskadekjølesystem betyr samtidig sekvensiell inkludering av to eller flere freoner. For å oppnå lavere temperaturer brukes freon med redusert kokepunkt.Hvis freonmaskinen er entrinns, er det nødvendig å øke arbeidstrykket med kraftige kompressorer.

Men det er et alternativ - kjøling av radiatoren til en freonblokk med en annen lignende blokk. Dermed kan driftstrykket i systemet reduseres og det kreves ikke lenger høy effekt fra kompressorene, konvensjonelle kompressorer kan brukes. Kaskadesystemet, til tross for dets kompleksitet, gjør det mulig å oppnå en lavere temperatur enn med en konvensjonell freoninstallasjon, og sammenlignet med et åpent fordampningssystem kan en slik installasjon fungere kontinuerlig.

Peltier kjølesystem

I kjølesystemet med et Peltier-element den monteres med sin kalde side på overflaten som skal kjøles, mens den varme siden av elementet krever intensiv kjøling fra et annet system under drift. Systemet er relativt kompakt.