A számítógép hűtőrendszere olyan eszközkészlet, amely a működés közben felmelegedett számítógép-alkatrészekből hőt távolít el.
A hő végül hasznosítható:
A hűtőrendszer fűtőelemeiből történő hőelvonás módszere szerint a következőkre oszthatók:
Vannak kombinált hűtőrendszerek is, amelyek különféle típusú rendszerek elemeit kombinálják:
A számítógépekben a legelterjedtebb a léghűtés . Ez abból áll, hogy a hőt a fűtőelemről a radiátorra továbbítja . Lehet passzív és aktív is. Az első esetben a hűtés a természetes légáramlás miatt történik, a másodikban pedig a radiátorokat folyamatosan ventilátorok fújják a jobb hőelvezetés érdekében [1] [4] [2] .
Mivel a közvetlenül a processzornál korlátozott hely van, és nagy hőáramot kell eltávolítani egy kis területről, hőcsöveket használnak [1] [10] [11] - a hőcső egységnyi szakaszonkénti hőátadási hatékonysága magasabb ennél. hőátadás szilárd fémen keresztül; Ennek a megközelítésnek köszönhetően lehetővé válik a hő átvitele a processzorchip egy kis területéről egy bizonyos távolságra lévő nagy hűtőbordára. Ezt a technikát tisztán passzív és aktív (ventilátoros, de jóval kisebb terület/fordulatszámú) hűtőrendszerekben egyaránt alkalmazzák; teljesen csendes számítógép (pl. HTPC ) létrehozására is használják [12] .
Ha a hőáram sűrűsége (az egységnyi felületen áthaladó hőáram) nem haladja meg a 0,5 mW/cm² értéket, akkor a készülék felületének környezethez viszonyított túlmelegedése nem haladja meg a 0,5 °C-ot (általában max. 50-60 °C-ot). C), az ilyen berendezések nem tekinthetők hőterhelésnek, és nem igényelnek speciális hűtési rendszereket. Általában csak passzív hűtőbordákat szerelnek be az ezen paramétert meghaladó, de viszonylag alacsony hőleadású alkatrészekre ( lapkakészletek , tápáramköri tranzisztorok , RAM - modulok ) .
Illetve nem túl nagy chipteljesítmény mellett, vagy a feladatok korlátozott számítási kapacitása mellett csak egy hűtőborda elég, ventilátor nélkül.
Eredeti szöveg (angol)[ showelrejt] Az Intel referencia-peremfeltételei az ICH10-hez ATX rendszerben a 60 °C-os bemeneti környezeti hőmérséklet és 0,25 m/s [50 lfm] légáramlás. Az ATX peremfeltételekkel kapcsolatos további részletekért lásd az alábbi 5. ábrát. A fent felsorolt ATX peremfeltételek mellett az ICH10 nem igényel hűtőbordát, ha a teljesítménydisszipáció 4,45 W vagy az alatti. Ezt az értéket Package Thermal Capability-nek vagy PTC-nek nevezik. Vegye figyelembe, hogy az a teljesítményszint, amelyen hűtőbordára van szükség, szintén változik a rendszer helyi működési környezeti feltételeitől és a rendszer konfigurációjától függően. - Intel® I/O Controller Hub 10 (ICH10) család hő- és mechanikai tervezési irányelvei. 2008. június. Iratszám: 319975-001
A működés elve a hő közvetlen átadása a fűtőelemről a radiátorra az anyag hővezető képessége miatt, vagy hőcsövek (vagy ezek fajtái, pl. termoszifon és párologtató kamra) segítségével [1] . A radiátor hősugárzással hőt sugároz a környező térbe , és hővezetés útján ad át hőt a környező levegőnek, ami a környező levegő természetes konvekcióját idézi elő . A radiátor által kisugárzott hő növelésére a radiátor felületének elfeketítését alkalmazzák.
Jelenleg a legelterjedtebb típusú hűtőrendszerek. Rendkívül sokoldalú – a hűtőbordákat a legtöbb nagy hőleadású számítógép-alkatrészre szerelik fel. A hűtés hatékonysága a hűtőborda effektív hőelvezetési területétől, a hőmérséklettől és a rajta áthaladó légáramlás sebességétől függ.
A fűtőelem és a hűtőborda felülete csiszolás után kb. 10 µm, polírozás után kb. 5 µm érdességű . Ezek az egyenetlenségek nem teszik lehetővé a felületek szoros érintkezését, ami vékony légrést eredményez, nagyon alacsony hővezető képességgel. A hővezető képesség növelése érdekében a rést hővezető pasztákkal töltik ki .
A központi és grafikus processzorok passzív léghűtéséhez speciális (és meglehetősen nagy) hűtőbordák szükségesek, amelyek nagy hőelvezetési hatásfokkal rendelkeznek alacsony légáramlási sebesség mellett, és csendes személyi számítógép felépítésére szolgál. A kifejezetten ventilátor nélküli működésre tervezett hűtőbordák különösen nagy felülettel rendelkeznek, ami jelentősen csökkentheti a számítógép zaját.
Az áthaladó levegő áramlásának növelésére emellett ventilátorokat is alkalmaznak (ez és a radiátor kombinációját hűtőnek nevezik ) [ 13] [4] . A hűtőket főleg a központi és grafikus processzorokra telepítik [2] .
Ezenkívül nehéz radiátort felszerelni egyes számítógép-alkatrészekre, különösen a merevlemezekre , ezért ezek kényszerhűtése egy ventilátor fújásával történik [14] .
A számítógép tápegységében egy ventilátor is található, amely egy csatlakozón keresztül közvetlenül a kártyához csatlakozik. A nagyfeszültségű tranzisztorok és az alacsony feszültségű dióda egyenirányítók tápegységén belül hűtőradiátorok vannak felszerelve, mivel ezek az alkatrészek a leginkább fűtöttek. A klasszikus kapcsolóüzemű tápegységek vagy hátsó kipufogóventilátorral vagy alsó szívóventilátorral rendelkeznek. Ez utóbbi a rendszeregység házának belsejében található burkolaton található. A ventilátorok mérete különbözik: fújáshoz - 80 mm, fújáshoz - 120 mm. Néha frissítéskor a rajongók lecserélik az alapventilátorokat háttérvilágítású ventilátorokra, hogy feldobják a felépítést.
A működés elve a hő átvitele a fűtőelemről a radiátorra a rendszerben keringő munkaközeg segítségével [15] [3] . Munkafolyadékként leggyakrabban desztillált vizet használnak , gyakran olyan adalékokkal, amelyek baktericid és/vagy galvanikus hatásúak [13] ; néha (nem ajánlott) - olaj, fagyálló [5] , folyékony fém [16] , vagy más speciális folyadékok.
A folyadékhűtő rendszer a következőkből áll: [5] [3] :
A folyadéknak nagy hővezető képességgel kell rendelkeznie, hogy minimalizálja a hőmérséklet-különbséget a cső fala és a párolgási felület között, és nagy fajlagos hőkapacitással kell rendelkeznie, hogy nagyobb hűtési hatékonyságot érjen el alacsonyabb folyadékkeringési sebesség mellett a körben.
Hűtőberendezés , melynek elpárologtatója közvetlenül a hűtendő alkatrészre van felszerelve. Az ilyen rendszerek lehetővé teszik a hűtött komponens negatív hőmérsékletének elérését folyamatos működés közben, ami a processzorok extrém túlhajtásához szükséges [6] .
Hibák:
Folyékony hűtőrendszereket és freonos rendszereket kombináló rendszerek. Az ilyen rendszerekben a folyadékhűtő rendszerben keringő fagyállót egy speciális hőcserélőben lévő freonegységgel hűtik. Ezek a rendszerek lehetővé teszik a freonos beépítésekkel elérhető negatív hőmérsékletek alkalmazását több komponens hűtésére (a hagyományos freonos hűtőrendszerekben több alkatrész hűtése nehézkes). Az ilyen rendszerek hátrányai közé tartozik a nagy bonyolultságuk és költségük, valamint a teljes folyadékhűtési rendszer hőszigetelésének szükségessége.
Olyan berendezések, amelyekben hűtőközegként (munkafolyadékként) szárazjeget, folyékony nitrogént vagy héliumot [17] használnak, amely egy speciális nyitott tartályban (üveg) párolog el, amelyet közvetlenül a hűtött elemre szerelnek fel. Főleg a számítógép-rajongók használják a berendezések extrém túlhajtására („ túlhúzás ”). Lehetővé teszik a legalacsonyabb hőmérséklet elérését, de korlátozott működési idejük van (az üveg hűtőközeggel való folyamatos feltöltését igénylik).
Két vagy több sorba kapcsolt freon egység. Alacsonyabb hőmérséklet eléréséhez alacsonyabb forráspontú freont kell használni. Az egyfokozatú hűtőgépben ebben az esetben az üzemi nyomást nagyobb teljesítményű kompresszorok használatával kell növelni. Alternatív megoldás a berendezés radiátorának hűtése egy másik freonnal (vagyis sorba kötve), aminek következtében a rendszerben az üzemi nyomás csökken, és lehetővé válik a hagyományos kompresszorok használata. A kaszkádrendszerek sokkal alacsonyabb hőmérsékletet tesznek lehetővé, mint az egyszeres kaszkádrendszerek, és a nyitott elpárologtató rendszerekkel ellentétben folyamatosan működhetnek. Ugyanakkor ezeket a legnehezebb a gyártás és a beállítás is.
A számítógép-alkatrészek hűtésére szolgáló Peltier-elemet soha nem használják önmagában, mivel a forró felület hűtésére van szükség. Jellemzően a Peltier elemet a hűtendő alkatrészre szerelik fel, másik felületét pedig egy másik aktív hűtőrendszer hűti. Hátrányok: alacsony hatásfok, nedvesség lecsapódás elleni védelem szükségessége [7] [8] [9] .
Minél hidegebb a használt hűtőközeg (levegő), annál hatékonyabb a hűtés. A stratégiailag jobban elhelyezett ventilátorok javítják a légáramlást a házon belül, és így csökkentik a tokban lévő általános belső hőmérsékletet. A nagyobb ventilátorok használata javítja a hatékonyságot és csökkenti a zajszintet is. Az AMD Cooling Guide kimondja, hogy az elülső ventilátor használata nem annyira elengedhetetlen, és bizonyos extrém helyzetekben végzett teszteknél ez a ventilátor jobban hozzájárul a meleg levegő visszakeringetéséhez, mint a hideg levegő bevezetése [18] .
A légáramlás szimulációja és a hűtőborda kialakításának hatása CFD módszerekkel és szoftvercsomagokkal lehetséges . A tápegység egyedi ventilátorának az az előnye, hogy a tápegység által termelt meleg levegő nem keveredik a házon belüli levegővel, és közvetlenül kifelé távozik. A szimulációk azt mutatják, hogy a ház általános hőmérséklete minden alsó szellőzőnyílásnál alacsonyabb, és a hő azokon a területeken lép fel, ahol a levegő sebessége alacsony, mivel a ház és a tápegység között, valamint a meghajtórekesz közelében rossz a légáramlás. [19]
A pozitív nyomás azt jelenti, hogy a testbe fújni erősebb, mint a testből kifújni. Ennél a konfigurációnál nagyobb a nyomás a házban, mint a környezetben. A negatív nyomás azt jelenti, hogy a kifújás erősebb, mint a befújás. Emiatt a belső légnyomás alacsonyabb lesz, mint a környezeté. Mindkét konfigurációnak vannak előnyei és hátrányai. E két konfiguráció közül a pozitív nyomás a leggyakrabban használt [6] [20] .
A modern számítógépekben a hűtőrendszer a közvetlen rendeltetésén túl dekoratív is lehet, például ventilátoros világítás formájában. Kialakítástól függően eltérő színű lehet, és kiemelheti akár a testet, akár a pengéket, vagy egyszerre. A modern játék PC-k alapértelmezés szerint általában hűtőrendszer-háttérvilágítással rendelkeznek. A rajongók gyakran cserélik le a szabványos ventilátorokat háttérvilágítású ventilátorokra, hogy vonzóbb megjelenést kölcsönözzenek a rendszeregységnek, mind a modern, mind a viszonylag régi számítógépeken [21] .