Презентация на тему "Система охлаждения персонального компьютера"

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ  ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА Выполнил:  преподаватель АСК(ф)СахГУ Сергиенко К.И.

Система охлаждения компьютера — набор средств для отвода тепла  от нагревающихся в процессе работы компьютерных компонентов. Тепло в конечном итоге может утилизироваться: В атмосферу (радиаторные системы охлаждения): 1. Пассивное  охлаждение  (отвод  тепла  от  радиатора  осуществляется  излучением  тепла и естественной конвекцией) 2. Активное  охлаждение  (отвод  тепла  от  радиатора  осуществляется  излучением  (радиацией) тепла и принудительной конвекцией (обдув вентиляторами)) Вместе с теплоносителем (проточные системы водяного охлаждения) За счет фазового перехода теплоносителя (системы открытого испарения)

По  способу  отвода  тепла  от  нагревающихся  элементов,  системы  охлаждения делятся на: 1. Системы воздушного (аэрогенного) охлаждения 2. Системы жидкостного охлаждения 3. Фреоновая установка 4. Системы открытого испарения

Также  существуют  комбинированные  системы  охлаждения,  сочетающие  элементы систем различных типов: 1. Ватерчиллер 2. Системы с использованием элементов Пельтье

Системы воздушного охлаждения Кулер  для  процессора,  устанавливающегося  в  Socket  775.  Гибридная  конструкция  с  традиционным  методом  установки  вентилятора,  медным  основанием,  тремя  тепловыми  трубками  и  алюминиевым  оребрением.  Спереди  для  сравнения размеров показан кулер для Intel Pentium 1 MMX (Socket 7)

Кулер заключается  Принцип  работы  тепла  от  нагревающегося  компонента  на  радиатор  за  счёт  теплопроводности  материала  или  с  помощью  тепловых  трубок  (или  их  разновидностей,  таких  как  термосифон  и  испарительная камера).  в  непосредственной  передаче  Радиатор  излучает  тепло  в  окружающее  пространство  тепловым  излучением  и  передаёт тепло теплопроводностью окружающему воздуху, что вызывает естественную  конвекцию  окружающего  воздуха.  Для  увеличения  излучаемого  радиатором  тепла  применяют чернение поверхности радиатора. Поверхности  нагревающегося  компонента  и  радиатора  после  шлифовки  имеют  шероховатость около 10 мкм, а после полировки — около 5 мкм. Эти шероховатости не  позволяют  поверхностям  плотно  соприкасаться,  в  результате  чего  образуется  тонкий  воздушный  промежуток  с  очень  низкой  теплопроводностью.  Для  увеличения  теплопроводности промежуток заполняют теплопроводными пастами.

Наиболее  распространенный  тип  систем  охлаждения  в  настоящее  время.  ­  радиаторы  устанавливаются  на  Отличается  высокой  универсальностью  большинство  тепловыделением.  Эффективность  охлаждения  зависит  от  эффективной  площади  рассеивания  тепла  радиатора, температуры и скорости проходящего через него воздушного потока.  компьютерных  высоким  компонентов  с  На  компоненты  с  относительно  низким  тепловыделением  (чипсеты,  транзисторы  цепей  питания,  модули  оперативной  памяти),  как  правило  устанавливаются простейшие пассивные радиаторы.

На  некоторые  компьютерные  компоненты,  в  частности  жёсткие  диски,  установить  радиатор  затруднительно,  поэтому  они  охлаждаются  за  счёт  обдува  вентилятором.  На  центральный  и  графический  процессоры  устанавливаются  преимущественно активные радиаторы (кулеры).  Пассивное  воздушное  охлаждение  центрального  и  графического  процессоров  требует  применения  специальных  радиаторов  с  высокой  эффективностью  отвода  тепла  при  низкой  скорости  проходящего  воздушного  потока  и  применяется  для  построения бесшумного персонального компьютера.

Системы жидкостного охлаждения Принцип  работы  ­  передача  тепла  от  нагревающегося  компонента  радиатору  с  помощью рабочей жидкости, которая циркулирует в системе.  В  качестве  рабочей жидкости  чаще  всего  используется  дистиллированная вода,  часто  с  добавками  имеющими  бактерицидный  и/или  антигальванический  эффект;  иногда ­ масло, антифриз, жидкий металл, или другие специальные жидкости. 5. Шлангов или труб 6. (Опционально) Датчика потока жидкости Система жидкостного охлаждения состоит из: 1. Помпы — насоса для циркуляции рабочей жидкости 2. Теплосъёмника  (ватерблока,  водоблока,  головки  охлаждения)  —  устройства,  отбирающего  тепло  у  охлаждаемого  элемента  и  передающего  его  рабочей  жидкости 3. Радиатора  для  рассеивания  тепла  рабочей  жидкости.  Может  быть  активным  или  пассивным 4. Резервуара  с  рабочей  жидкостью,  служащего  для  компенсации  теплового  расширения  жидкости,  увеличения  тепловой  инерции  системы  и  повышения  удобства заправки и слива рабочей жидкости

Жидкость  должна  обладать  высокой  теплопроводностью,  чтобы  свести  к  минимуму перепад температур между стенкой трубки и поверхностью испарения, а  также высокой удельной теплоёмкостью, чтобы при меньшей скорости циркуляции  жидкости в контуре обеспечить большую эффективность охлаждения.

Фреоновые установки Холодильная установка, испаритель который установлен непосредственно  на  охлаждаемый  компонент.  Такие  системы  позволяют  получить  отрицательные  температуры на охлаждаемом компоненте при непрерывной работе, что необходимо  для экстремального разгона процессоров. Недостатки: 1. Необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом  (это  общая  проблема  систем  охлаждения  работающих  при  температурах  ниже  температуры окружающей среды) 2. Трудности охлаждения нескольких компонентов 3. Повышенное электропотребление 4. Сложность и дороговизна

Холодильная установка (фреонка) Основными  компонентами  простейшей  системы  фреонового  охлаждения  являются:  компрессор,  испаритель,  конденсер,  фильтр,  капиллярная трубка.  Также необязательным компонентом может  быть глазок, ну и хладагент. Все части образуют  замкнутый контур, по которому движется фреон.  Капиллярная  трубка  разделяет  контур  на  две  области  –  область  высокого  давления  и  область  низкого  давления.  Компрессор  перекачивает  газообразный  фреон  на  сторону  конденсера,  создавая  в  этой  области  высокое  давление.  При  высоком  давлении  фреон  начинает  отдавать  тепло  и  переходить  в  жидкое  состояние.  Сжиженный фреон проходит через фильтр/драер.  Дальше по капиллярной трубке фреон попадает в испаритель, в зону низкого давления.  При  этом  фреон  начинает  активно  испаряться,  забирая  тепло  из  окружающей  среды.  Компрессор  прокачивает  этот  испарившийся  фреон  на  сторону  конденсера  и  цикл  повторяется

Системы  совмещающие  системы  жидкостного  охлаждения  и  фреоновые  установки.  В  таких  системах  антифриз,  циркулирующий  в  системе  жидкостного  охлаждения,  охлаждается  с  помощью  фреоновой  установки  в  специальном  теплообменнике.  Данные  системы  позволяют  использовать  отрицательные  температуры,  достижимые  с  помощью  фреоновых  установок  для  охлаждения  нескольких  компонентов  (в  обычных  фреонках  охлаждение  нескольких  компонентов  затруднено).  К  недостаткам  таких  систем  относится  большая  их  сложность  и  стоимость,  а  также  необходимость  теплоизоляции  всей  системы  жидкостного  охлаждения. Системы открытого испарения Ватерчиллеры Установки,  в  которых  в  качестве  хладагента  (рабочего  тела)  используется  сухой лёд, жидкий азот или гелий, испаряющийся в специальной открытой ёмкости  (стакане), установленной непосредственно на охлаждаемом элементе. Используются  в  основном  компьютерными  энтузиастами  для  экстремального  разгона  аппаратуры  («оверклокинга»).  Позволяют  получать  наиболее  низкие  температуры,  но  имеют  ограниченное  стакана  хладагентом). (требуют  постоянного  пополнения  время  работы

Две  и  более  последовательно  включенных  фреоновых  установок.  Для  получения более низких температур требуется использовать фреон с более низкой  температурой кипения.  В  однокаскадной  холодильной  машине  в  этом  случае  требуется  повышать  рабочее давление за счет применения более мощных компрессоров. Альтернативный  путь ­ охлаждение радиатора установки другой фреонкой (т. е. их последовательное  включение),  за  счет  чего  снижается  рабочее  давление  в  системе  и  становится  возможным применение обычных компрессоров.  Системы каскадного охлаждения Каскадные системы позволяют получать гораздо более низкие температуры чем  однокаскадные  и,  в  отличие  от  систем  открытого  испарения,  могут  работать  непрерывно. Однако, они являются и наиболее сложными в изготовлении и наладке.

Охлаждение с помощью элементов Пельтье Эффект Пельтье относится к разряду термоэлектрических явлений, он был впервые открыт  французом Жаном­Шарлем Пельтье в 1834 году.  Когда  Жан­Шарль  Пельтье  пропустил  постоянный  ток  через  полоску  висмута,  подключенную с помощью двух медных проводников, то он заметил, что соединение, где ток идет  от  меди  к  висмуту  нагревается,  другое  соединение  –  висмут­медь,  через  которое  ток  шел  в  обратном направлении, охлаждалось.  Позже  выяснилось,  что  этот  эффект  в  значительной  степени  усиливается,  если  вместо  металлов  использовать  соединения  из  разнородных  полупроводников.  На  этом  и  основаны  конструкции современных элементов Пельтье или ТЭМ (термоэлектрический модуль).

Элемент  Пельтье  —  это  небольшая  пластинка,  играющая  роль «прокладки» между кристаллом процессора и кулером. Эта  пластинка  позволяет поддерживать  разность  температур  сторон  пластинки  в  районе  40°C  при  отдаваемых  кристаллом  процессора десятках ватт тепла.  Достать  модули  легко,  пара  мощных  Дрифт0.8  от  Криотерма  обойдется  чуть  менее  полутора  тысяч  с  доставкой.  Но  достать  подходящий  кулплейт  –  медную  прокладку  габаритами 10см*5см*1см минимум – трудно.  Достать  модули  легко,  пара  мощных  Дрифт0.8  от  Криотерма  обойдется  чуть  менее  полутора  тысяч  с  доставкой.  Но  достать  подходящий  кулплейт  –  медную  прокладку  габаритами 10см*5см*1см минимум – трудно.  А она необходима и вот почему – у модуля есть множество характеристик, одна из них –  хладопроизводительность.  У  упомянутого  Дрифт0.8  это  172  вт.  Как  2  модуля  суммарной  хладопроизводительностью в 344 вт не заморозят 120 ваттный процессор?  Очень  просто  –  размеры  модуля  40*40*3.9  мм,  т.е.  344  ватт  снимается  с  площади  в  8*4=32см2!  А  процессор  дает  120  ватт  с  менее  2см2  площади.  Т.е.  с  2­х  см2  модули  снимут  только  344/16=21,5  вт,  а  остальное  пропустят  через  себя  как  обычный  материал  (с  дополнительным  термосопротивлением  порядка  0.3).  Вот  в  чем  смысл  кулплейта  –  нивелировать  разницу  в  площадях  объекта  охлаждения  и  модулей,  значит,  чем  он  толще  (в  разумных пределах конечно), тем лучше – и сложнее достать.

Ватерчиллер (фреоновый и на элементах Пельтье) Ватерчиллер  –  это  система  охлаждения,  призванная  снизить  температуру  объекта  ниже  температуры  окружающей  среды  вплоть  до  отрицательной. Серийный ватерчиллер на сегодня  есть только один, это достаточно неэффективная  (около  0  градусов  при  загрузке  50­70Вт)  и  дорогостоящая ($330) система от Swiftech.  где  Ватерчиллеры бывают двух видов: на основе  фазового  перехода  или  с  использованием  модулей  Пельтье.  Первые  представляют  собой  двухконтурную  испаритель  "фреонки"  охлаждает  хладагент  в  контуре  жидкостного охлаждения: систему,  Во  втором  случае  жидкость  проходит  через  блок,  охлаждаемый  модулями  Пельтье.  Этот  вид  чиллеров  компактнее  и  проще  в  изготовлении,  но  сильно  проигрывает  в  температурах  и  соотношении  "эффективность/потребляемая  энергия".  Так,  500Вт  суммарной  мощности  модулей  дают  температуру  жидкости  чуть ниже нуля градусов при нагрузке около 100Вт...

Рабочая  система  похожа  на  систему  жидкостного  охлаждения,  только  нет  радиатора  и  расширительный бачок заменен кое­чем другим. Для чиллера на Пельтье достаточно раздобыть  портативный  автомобильный  холодильник,  они  давно  уже  на  элементах  Пельтье,  COP  (coefficient of performance, типа КПД) подобран оптимально и питаются от 12в. Собственно он  и станет расширительным бачком.  Жидкость  будет  долго  промораживаться  и  долго  нагреваться,  так  что  для  кратковременного экстрима подойдет (несколько часов в день). Если круглосуточно – то надо  искать что­то в области фреонок.  Фреоновый  ватерчиллер  делают из кондиционеров, холодильных компрессоров.  Главная  головная боль тех, кто рискнул заниматься экстремальным охлаждением – теплоизоляция для  предотвращения  образования  конденсата.  Однако  это  не  единственные  проблемы  и  сконструировать ватерчиллер дано не каждому, правда не каждому и надо... Эффективность  подобных  систем  на  высоте,  даже  на  уровне  серийных  фреонок  начального уровня. Но  главное  – ватерчиллером можно охладить несколько точек, как  и ВО  (кроме винчестера – умрет, памяти, цепей питания – замучаешься герметизировать).

Правильное охлаждение для нестандартных корпусов ПК С  течением  времени  высокотехнологичные  компьютерные  компоненты  становятся  все  мощнее,  но  корпус  компьютера  почему­то  продолжает  многими  как  пользователями  важных  комплектующих. Так ли это на самом деле? восприниматься  невзрачная  коробка  для  У  абсолютного  большинства  производителей  корпусов  в  основе  практически  всех  моделей  лежит  воздушное  охлаждение,  при  этом  корпуса  оснащаются  персональными  интересными  решениями,  например,  воздухозаборными  трубами,  дополнительными  кулерами  или  своеобразным  расположением  комплектующих  в  системном блоке. Ранее нами были рассмотрены основные тенденции по охлаждению  стандартных  корпусов  персонального  компьютера,  в  этой  статье  речь  будет  идти  о  необычных решениях, свойственных именно нестандартным вариантам корпусов ПК. Расположение блока питания в нижней части корпуса В  результате  проведенных  тестов  были  выявлены  преимущества  и  недостатки  подобного  расположения.  Полученные  данные  представим  в  форме  влияния  охлаждения на конкретные элементы персонального компьютера.

Данные с датчика системной памяти При расположении блока питания снизу, системная плата устанавливается  в  верхней  части  корпуса.  Собираясь  вверху,  нагретый  воздух  в  отсутствии  активной циркуляции больше нагревает верхнюю часть платы. При ускорении  вращения  корпусных  кулеров  температура  платы  системной  памяти  снижается.  В  варианте  расположения  блока  питания  снизу  это  одно  из  наиболее слабых мест.

При  расположении  блока  питания  вверху  он  работает  вместе  с  корпусным  Данные с датчика радиатора процессора вентилятором, обеспечивая лучшее охлаждение.  При установке блока питания в нижнюю часть корпуса выявляется ухудшение на 3­ 4 градуса. В качестве решения этого понижения необходимо отметить, что в корпусах,  где БП расположен внизу, часто предусмотрено дополнительное место для кулера, или  уже установлены два корпусных кулера на выдув.  Один  из  них  располагается  на  передней  стенке  корпуса,  а  другой,  где  в  классических вариантах располагается блок питания.

Данные с датчика из блока питания о температуре воздушного потока Блок  питания  располагают  внизу,  как  правило,  из  соображения,  чтобы  он  не  нагревался  от  видеокарты  и  процессора.  По  проведенным  тестам  оказалось,  что  температура  практическим  не  меняется  в  зависимости  от  расположения,  разница  между вариантами «сверху» и «внизу» всего несколько градусов. На первый взгляд  может показаться, что устанавливать блок питания снизу нецелесообразно, но это  не совсем так. Когда блок питания с регулируемыми оборотами вентилятора был расположен  в  классическом  варианте  (сверху),  сила  воздушного  потока  из  него  равнялась  приблизительно  1500  об/мин.  При  перемещении  БП  вниз  корпуса  наблюдалось  лишь едва ощутимое дуновение. В первые минуты кулер на нем почти не вращался,  и  далее  в  процессе  «разгона»  системного  блока,  он  был  несравнимо  меньше  варианта  расположения  БП  сверху.  Этому  есть  вполне  логичное  объяснение.  Современные  блоки  питания  способны  регулировать  скорость  вращения  установленного  вентилятора,  ориентируясь  на  температуру  в  контрольной  точке  (обычно  на  радиаторе  выпрямительных  диодов).  Идея  проста:  при  увеличении  нагрузки  на  блок  питания  энергичнее  двигается  вентилятор,  учитывая  нагревающиеся диоды.

В случаях, когда нагрузка на БП не очень большая (например, 300 Вт на блок в  500  Вт),  радиатор  может  нагреваться  недостаточно  сильно,  что  приводит  к  медленному вращению вентилятора. В общем представлении есть 2 типа регуляторов:  первый  тип  останавливает  вентилятор,  когда  температура  падает  ниже  пороговой,  а  второй  –  просто  снижает  скорость  вращения  до  минимальных  значений,  продолжая  работать. Так вот для нижнего размещения БП подходит именно второй тип. Один  из  наиболее  важных  моментов:  если  кулер  в  блоке  питания  слабо  вращается,  то  почему  воздух  из  него  так  сильно  нагревается?  Вообще  такой  воздух,  поднимаясь вверх, должен удаляться верхним корпусным вентилятором, но все дело в  том, что высокая скорость подачи воздуха в системный блок не дает горячему воздуху  спокойно  подняться  наверх.  В  результате  перемешивания  вся  область  в  районе  видеокарты  охвачена  примерно  равной  температурой.  Затем  горячий  воздух  идет  в  блок  питания,  откуда  попадает  наружу.  В  итоге:  БП  расположили  внизу,  но  температура, исходящая из него, по­прежнему осталась высокой. В  ситуации,  когда  блок  питания  берет  воздух  для  охлаждения  из  корпуса,  его  температура на порядок выше, чем в вариантах использования внешнего притока. На  общем  охлаждении  и  его  производительности  это  сказывается,  хотя  и  не  так  значительно. Правильным решением будет обычная перфорация в дне корпуса ПК.

Резюме и выводы относительно охлаждения при нестандартном расположении  блока питания в корпусе компьютера С позиций системы охлаждения установка блока питания снизу может сделать ее  значительно тише и холоднее. Если Вы приняли решение поставить БП вниз, придется  озаботиться проблемой усиления выдува. Обычно в нестандартных системных блоках  подобного  вида  предусматривают  расположение  2  вытяжных  кулеров  сверху  в  корпусе.  Если  в  дне  корпуса  много  вентиляционных  дырок,  то  это  только  на  пользу,  поскольку у вариантов подобной перфорации не было выявлено недостатков.

Еще  несколько  факторов,  которые  могут  способствовать  размещению  блока  питания  в  нижней  части  корпуса.  Современные  процессорные  вентиляторы  очень  больших  размеров,  а  расположение  БП  снизу  дает  больше  простора  для  фантазии.  Кроме  того,  при  установке  БП  снизу  сопутствующие  кабели  пускаются  по  дну,  не  захламляя корпус, создавая приятное эстетическое впечатление. Основные  выводы:  нижнее  расположение  БП  снижает  его  температуру,  что  позитивно  влияет  на  уменьшение  шума  и  долговечность  самого  устройства.  Недостатком можно назвать возрастающую нагрузку на вытяжной кулер, но данная  проблема  решается  путем  установки  второго  вентилятора  либо  перфорацией  дна  корпуса.

Другие способы установки вентиляторов при нижнем блоке питания:

Нестандартное расположение вентиляционных отверстий Классически  в  стандартных  корпусах  считается  правильным  охлаждение  сквозным  воздушным  потоком,  который  направлен  от  передней  стенки  корпуса  к  задней.  Довольно  продолжительное  время  многие  компании­производители,  например  Intel,  рекомендуют  для  охлаждения  дополнительно  использовать  левую  стенку  для  непосредственного  подвода  воздуха  из  отверстия  к  процессорному  кулеру. Теоретически  внутри  корпуса  в  любом  месте  можно  устанавливать  дополнительные кулеры для улучшения циркуляции воздуха. Очень важно помнить  главное правило: на левой боковой и передней стенках воздух нагнетается в корпус,  а  на  задней  стенке  –  горячий  воздух  должен  выбрасываться  наружу.  При  использовании  нестандартного  расположения  охлаждения  на  левой  стенке  важно  контролировать,  чтобы  горячий  воздух  от  задней  стенки  не  попадал  по  прямой  траектории  в  воздухозабор  левой  этом  вид  устанавливаемых  вентиляторов  зависит  от  соответствующих  разъемов  в  стенках  Вашего  корпуса  и  наличия  денежных  средств,  поскольку  рынок  представлен  широким  разнообразием  моделей,  как  по  производительности,  так  и  по  размеру  кулеров. стенки  компьютера.  При

Что  же  касается  решеток  для  воздуха,  которые  можно  часто  наблюдать  в  бюджетных  вариантах  корпусов  в  форме  отверстий  в  металлической  пластине:  эффективность такого вида воздухозабора значительно меньше, чем вентилятора.  Монтирование  на  это  место  проволочной  решетки  позволит  значительно  облегчить работу кулера и уменьшить шум от воздушных потоков. Также  данное  вентиляционное  отверстие  можно  модернизировать  посредством  создания  пылевого  фильтра  из  подручных  средств,  например,  марлевого  бинта  или  москитной  сетки  –  все  это  позволит  предотвратить  внутрь  компьютера.  проникновение  пыли  Но  очень  важно  при  этом  в  будущем  регулярно  очищать  эти  фильтры,  так  как  они  очень  быстро  забиваются пылью. А забитый пылью фильтр сделает не  только  систему  охлаждения  неэффективной,  но  и  ухудшит её.

Ряд  производителей  корпусов  используют  своеобразные  перегородки  для  правильного  движение  воздуха  внутри  корпусов.  своих  моделей  компьютерных  внутри  Будем рады услышать Ваши комментарии к статье,  где каждый сможет поделиться особенностями строения  своей  возникшими  трудностями по ее эффективной настройке. охлаждения  системы  или  Например,  корпус  может  заполняться  пенопластом  с  проделанными  в  нем  воздуховодами:  при  таком  варианте  воздух,  направляемый  внутрь  вентиляторами,  двигается  системы  комплектующих,  а  в  конце  нагретый  воздух  по  кратчайшему маршруту  выводится через  заднюю стенку  корпуса.  точно  к  участкам  горячим  Безусловно,  данный  процесс  довольно  сложен  и  далеко  не  универсален.  Но  желающие  пользователи  могут  попробовать  свои  силы  в  имитации  подобного  метода,  за  счет  которого  эффективность  всей  системы  охлаждения лишь возрастет.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1. Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем. Учебник для    ВУЗов. 2­е изд. СПб: Питер, 2009, 720 с. 2. Глушаков С.В. Персональный компьютер. Учебный курс / С.В.Глушаков, И.В.Мельников. М.:  АСТ, 2000. 520 с. 3. Максимов  Н.В.,  Партыка  Т.Л.,  Попов  И.И.  Архитектура  ЭВМ  и  вычислительных  систем.  Учебник для ВУЗов. 2­е изд. М.: ФОРУМ­ИНФРА­М, 2008. 512 с. 4. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5­е издание.СПб.: Питер, 2009, 844 с.  5. Чекмарев  Ю.В.  Вычислительные  системы,  сети  и  телекоммуникации.  Учебное  пособие.  М.:  ДМК, 2009. 183 с. 6. https://hi­news.ru/computers/10­neobychnyx­sistem­oxlazhdeniya.html 7. http://studbooks.net/2090707/informatika/vidy_sistem_ohlazhdeniya 8. https://www.syl.ru/article/309640/vodyanoe­ohlajdenie­dlya­pk­plyusyi­i­minusyi 9. http://www.goodkomp.com/page/sistema­ohlazhdenija­kompjutera