Любой компьютер не обходится без установки в него системы охлаждения. В этой статье мы поговорим о них, ведь этих систем существует довольно много.

Системы воздушного охлаждения

Самый распространенная на данный момент система охлаждения. Принцип работы этой системы заключается в том, что с помощью тепловых трубок, тепло передается от элемента, который требуется охладить, до радиатора. После, радиатор излучает полученное тепло в окружающее его пространство, вызывая циркуляцию воздуха.Для увеличения излучаемого тепла, радиатор придают в черный цвет. После шлифовки, поверхности нагревающегося элемента и радиатора имеют небольшие шероховатости, которые при стыковке образуют воздушную прослойку, имеющую низкую теплопроводность. Для ее увеличения используют теплопроводные пасты.

Системы жидкостного охлаждения

Принцип работы этой системы в передаче тепла от элемента компьютера к радиатору с жидкостью. Чаще всего в качестве этой жидкости используют дистиллированную воду с антигальваническими добавками. Также используют масло и антифриз, но гораздо реже. Системы жидкостного охлаждения состоят из помпы, которая перекачивает жидкость, теплосъемника, который находится между радиатором и рабочим элементом, он «отбирает» тепло у радиатора и «отдает» его жидкости. Также в конструкции предусмотрен радиатор, охлаждающий саму жидкость. Эта жидкость находится в резервуаре, для предотвращения последствий теплового расширения жидкости. В некоторых моделях также устанавливается датчик потока жидкости.

Фреоновые установки

Данная система принадлежит к «семейству» холодильных установок. Она устанавливается прямо на охлаждаемый элемент и позволяет достичь отрицательных температур при непрерывной работе, что очень полезно при экстремальной работе процессора. Однако, эта система имеет массу недостатков: необходимость изоляции охлаждающей части установки, необходимость в системе по борьбе с конденсатом, повышенное энергопотребление и высокая цена.

Ватерчиллеры

Это некий гибрид фреоновой установки и системы жидкостного охлаждения. В этом тандеме антифриз в системе жидкостного охлаждения по трубкам проходит через фреоновую установку, тем самым охлаждаясь до отрицательных температур. Эта система очень полезна для охлаждения нескольких нагревающихся компонентов, так как в обычной фреоновой установке охлаждение нескольких элементов очень затруднено. К недостаткам можно отнести сложность, высокую цену и необходимость теплоизоляции всей системы охлаждения.

Системы охлаждения с элементами Пелетье

Элемент Пелетье

Для справки: принцип работы элемента Пелетье в возникновении разности температур при протекании через него электрического тока. Элемент Пелетье устанавливают поверх нагревающегося элемента, а другую его сторону охлаждают с помощью других систем охлаждения. Однако, как и во фреоновых установках необходима система по борьбе с конденсатом, так как при охлаждении достигаются отрицательные температуры. Но по сравнению с фреоновыми установками, элементы Пелетье намного эргономичнее и тише, но менее эффективнее.

Системы каскадного охлаждения

Эти системы включают в себя две или более последовательно установленных фреоновых установок. Предназначаются для получения более низких температур, нежели в однокаскадных системах, в которых приходится использовать мощные компрессоры для увеличения давления, так как требуется фреон с температурой кипения, превышающую ее же в обычных фреоновых системах. Другим решение является установка еще одной «фреонки» над радиатором, с целью охлаждения, за счет чего значительно сокращается необходимое давление и появляется возможность использования более слабых компрессоров. Такие системы очень сложно изготовить и наладить.

Системы открытого испарения

В системе открытого испарения, в качестве активного материала используется сухой лед, жидкий азот или гелий. Они испаряются в особой емкости, называемой стаканом, установленной на нагревающемся элементе. Данные системы используются в основном компьютерными экспериментаторами, использующие свои компьютеры в режиме оверклокинга, то есть в режиме экстремального разгона аппаратуры. Из недостатков существует ограниченное время службы-емкость регулярно необходимо пополнять рабочим материалом.

Система охлаждения компьютера

План:

Введение

• 
  1 Пассивное охлаждение
• 
  2 Воздушное охлаждение
• 
  3 Системы жидкостного охлаждения
• 
  4 Фреонные установки
• 
  5 Системы открытого испарения
• 
  6 Системы каскадного охлаждения Литература

Введение

Пассивная:

1. 
   Радиатор (алюминиевый или медный)
2. 
   Тепловая трубка
3. 
   Испарительная камера

1. 
   воздушное охлаждение
2. 
   Система жидкостного охлаждения
3. 
   Фреонная установка
4. 
   системы открытого испарения

1. Пассивное охлаждение

2. Воздушное охлаждение

3. Системы жидкостного охлаждения

Установка, в которой в качестве рабочего тела используется жидкость (чаще всего - дистиллированная вода,часто с добавками имеющими бактерицидный и/или антигальванический эффект; иногда - масло, жидкий металл, другие специальные жидкости). Состоит из:

• 
  Помпы - насоса для циркуляции воды
• 
  Теплообменника (ватерблока, водоблока, головки охлаждения) - устройства, отбирающего тепло у охлаждаемого элемента
• 
  Специального радиатора для рассеивания тепла охлаждающей жидкости
• 
  Резервуара с жидкостью
• 
  Шлангов или труб

4. Фреонные установки

5. Системы открытого испарения

6. Системы каскадного охлаждения

Литература

• 
  Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17 изд. - М.: «Вильямс», 2007. - С. 1299-1328 . - ISBN 0-7897-3404-4

Значительный рост производительности ПК повлек за собой необходимость совершенствовать и системы охлаждения. Если раньше об охлаждении системного блока знали только как о наборе кулеров и радиаторов, то сегодня на рынке можно встретить фрионовые и комбинированные системы с элементами Пельтье. Правильное охлаждение - залог стабильной работы Вашего компьютера , особенно в жаркое время года, когда обычный набор кулеров давно не справляется.

Все разработки в области СВО в последнее время относились к совершенствованию самого хладагента и ускорению процесса охлаждения за счет оптимизации системы движения жидкости. Причем, диапазон цен на такие системы весьма растянут : можно найти бюджетный вариант с небольшой охладительной цепочкой, где в качестве хладагента выступает дистиллированная вода, а можно натолкнуться и на сложные многоуровневые СВО, с дорогими брендовыми радиаторами и вставками из углеродного волокна. Выбор подходящего варианта будет зависеть от условий эксплуатации Вашего ПК и от финансовых возможностей, но сама по себе такая система весьма эффективна и стоит потраченных на ее установку средств.

Превосходство СВО над остальными системами заключается в высоком уровне теплопроводности рабочей жидкости в отличии от аэрогенных охладителей и гораздо более длительной эксплуатацией по сравнению с системами открытого испарения. Также существует множество видеоуроков и инструкций, как сконструировать надежную водяную систему своими руками. Зачастую СВО сделанные самостоятельно ничем не хуже готовых решений от производителей компьютерных комплектующих.

Принцип работы водяного охлаждения

Сам процесс охлаждения представляет собой термодинамическую систему с участием проводящей тепло жидкости и нагревающихся элементов. Отвод тепла от процессора, чипсета, видеокарты, жесткого диска и пр. происходит за счет передачи тепла жидкости через герметичный теплообменник, именуемый ватерблоком. В сложных системах все ватерблоки подсоединены к рассеивающему радиатору, поступая на который вода охлаждается, передавая ему тепло. В воздушных системах охлаждения излишки тепла переносит воздух, теплопроводность которого намного ниже воды, а рассеивание тепла происходит все тем-же способом – через радиатор. Система теплообменников может быть как последовательной, так и параллельной: оба варианта достаточно эффективны. Также возможно смешанное подключение, если в нем есть необходимость ввиду конструкции ПК.

Чаще всего в типовых СВО используют дистиллированную воду, иногда с примесями красителей или люминесцирующих компонент. Вода проходит свой цикл в системе за счет давления, создаваемого помпой. За время прохождения она успевает нагреться (забрать тепло) и остыть, вернувшись в резервуар для повторного цикла.

Основные элементы СВО:

• теплоообменник (ватерблок) – не менее 1
• радиатор
• водяная помпа
• фитинги
• шланги
• дистиллированная вода
• датчики температуры

В более продвинутых системах используются также специальные контроллеры для помпы для управления потоком, температурой и расходом воды. Помимо управляющего звена, в СВО также применяют датчики температуры, которые опрашивает контроллер, краны для слива жидкости, фильтры и отсек для воды.

Итак, ватерблок или теплообменник – это, по сути, основное звено в охлаждении элементов ПК. Он состоит из металлического блока (чаще всего медного), который в свою очередь имеет различную конструкцию, начиная с мультиканальной и заканчивая простым плоским дном. От вариаций структуры ватерблока зависит эффективность охлаждения – чем больше площадь касания и теплопроводность металла блока и элемента ПК – тем быстрее нагревающийся элемент, например, процессор, передаст тепловую энергию теплообменнику, а он в свою очередь воде. Обычно ватерблоки ставятся на наиболее важные, сильно греющиеся элементы системного блока: процессор, северный мост, видеокарта и пр.

Вода – основной проводник в СВО. Важно использовать только очищенную от примесей воду: дистиллированную либо деионизированную. Это обеспечит долгий срок службы системы и в разы снизит вероятность загнивания и цветения воды. Также, дистиллированная вода хуже проводит электрический ток, что тоже важно при применении жидкости в устройстве, работающем от электросети.

В качестве движущей силы в СВО выступает помпа – это мини-насос, перекачивающий воду из резервуара в ватерблоки и обратно по циклу. Классифицируются помпы только по виду питания: от 220 либо от 12 В. Сегодня существует огромный выбор таких устройств, ориентированных на любую СВО, поэтому собрать систему самостоятельно не составит особого труда.

Естественно, чтобы создать замкнутую систему, понадобятся специальные трубки, соединяющие помпу, ватерблоки и остальные компоненты СВО. Обычно трубки сделаны из термопластичных полимеров. Они присоединяются к системе с помощью фитингов . Выбор подходящего фитинга важен для герметичности и удобства монтажа.

Когда вода в ватерблоке достаточно нагрелась, помпа перегоняет ее к радиатору . Он служит элементом, который рассеивает тепло, переданное водой. Среди рассеивающих элементов СВО существует 2 вида: активный и пассивный. Активный имеет дополнительное звено охлаждения в виде вентилятора, который помогает воде быстрее принять температуру окружающей среды. Пассивный радиатор намного медленнее охлаждается, но у него есть существенный плюс – бесшумность.
Важно, чтобы все элементы СВО были подобраны правильно: не обязательно брать высокомощную помпу и самый лучший, дорогостоящий ватерблок из тонкой медной пластины. Достаточно рассчитать параметры оптимальной СВО (или взять готовую) с учетом особенностей тепловых процессов в Вашем ПК и скоростью рассеивания тепла отдельных элементов. Если выбор СВО будет сделан удачно, она прослужит не один год. Более того, существуют системы с типовыми универсальными элементами, которые могут подойти ко многим другим комплектующим ПК, если есть необходимость в апгрейде и нужно заменить старые модули на новые.

Сложности, с которыми можно встретиться при эксплуатации СВО ограничиваются периодической заменой воды (специалисты всегда приводят разные цифры, но в среднем воду необходимо менять не реже 1 раза в год, если система без фильтров) и возможная потеря диэлектрических качеств, то есть повышение электропроводности. Последнее может возникнуть опять же при недостаточной частоте замены жидкости в СВО, т.к. в самой дистиллированной воде при эксплуатации системы могут появиться примеси, повышающие проводимость электрического тока.

В целом, СВО имеет много преимуществ перед другими способами охлаждения, так как её надёжность гораздо выше той же системы с открытым испарением , а эффективность в разы больше, чем у обычных кулеров. При использовании водяной системы на промышленных ПК есть не только польза от стабильной работы машины, но и положительный экономический эффект.

Если выбирать среди готовых СВО, то цены на них могут быть достаточно высокими. Но зная физические параметры Вашего компьютера и пользуясь советами специалиста, Вы сможете избежать больших трат, если в них нет необходимости и выбрать экономичную, эффективную систему охлаждения.

Открытая система отопления является самой простой и энергонезависимой системой с естественной циркуляцией. Основана такая система на законах термодинамики. На выходе из котла создаётся повышенное давление, далее горячая вода проходит по трубам в область с более низким давлением, при прохождении теряя температуру.

Далее охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в отопительный котёл, где снова нагревается. Происходит естественная циркуляция теплоносителя. Система функционирует исключительно на воде, так как использование антифризов для отопления приводит к их быстрому испарению.

В открытой системе теплоснабжения обязательно наличие расширительного бака, так как нагретая вода расширяется. Расширительный бак служит для приёма излишков воды при расширении и возврата её в систему при остывании, а также для удаления воды при чрезмерном её объёме. Бак герметичен не полностью, поэтому вода испаряется, вследствие чего необходимо постоянно возобновлять её уровень. В открытой системе отопления не используется насос. Система достаточно проста. Состоит из труб, стального расширительного бачка, радиаторов и котла. Применяются дизельные, газовые котлы и котлы на твёрдом топливе , кроме электрических.

В открытой системе отопления вода циркулирует медленно. Поэтому трубы при эксплуатации должны разогреваться постепенно, чтобы избежать их повреждения и закипания теплоносителя. Это может привести к преждевременному износу оборудования. Если в зимний период отопление не используется, то вода из системы обязательно сливается, во избежание замерзания трубопровода.

Чтобы циркуляция теплоносителя осуществлялась на необходимом уровне, необходимо производить монтаж отопительного котла в более низком месте системы, а в самом высоком устанавливать расширительный бак, например, на чердаке. Зимой расширительный бак необходимо утеплить. При установке трубопровода в открытой системе отопления требуется использовать минимальное количество поворотов, фасонных и соединительных деталей.

В закрытой системе отопления все элементы системы герметичны, отсутствует испарение воды. Циркуляция осуществляется при помощи насоса. Так называемая система с принудительной циркуляцией теплоносителя включает в себя трубы, котёл, радиаторы, расширительный бак, циркуляционный насос .

В закрытой системе отопления при повышении температуры клапан расширительного бака открывается и забирает излишки теплоносителя. При понижении температуры теплоносителя циркуляционный насос закачивает его обратно в систему. В данной системе отопления поддерживается давление в заранее установленных пределах. Благодаря этому, осуществляется функция деаэрации теплоносителя.

Для стабильной работы системы закрытого отопления также используется расширительный бак из высокопрочного металла. Это закрытый бак, состоящий из двух половин, завальцованных друг к другу.

Внутри располагается мембрана (диафрагма) из высокопрочной жаростойкой резины. Также внутри имеется небольшой объём газа (может быть азот, который закачивается на заводе-производителе, или воздух, накапливающийся в системе по необходимости). Мембрана разделяет бак на части: одна часть - куда поступают излишки воды при нагреве системы отопления, в другой части находится азот или воздух, не вступающие в прямое соприкосновение с водой. Таким образом, теплоноситель при нагреве поступает в расширительный бак и проникает в мембрану. При остывании теплоносителя газ, находящийся за мембраной, начинает выталкивать его обратно в систему.

Отличия открытой и закрытой системы отопления

Имеются следующие отличительные особенности систем открытого и закрытого отопления:

1. По месту размещения расширительного бака. В открытой системе отопления бак располагают в наивысшем месте системы, а в закрытой системе расширительный бак можно устанавливать в любом месте, даже рядом с котлом.
2. Закрытая система отопления изолирована от атмосферных потоков, что препятствует попаданию воздуха. Это увеличивает срок службы. За счёт создания дополнительного давления в верхних узлах системы снижается возможность образования воздушных пробок в радиаторах, расположенных сверху.
3. В открытой системе отопления используются трубы с большим диаметром, что создаёт неудобства, также монтаж труб осуществляется под наклоном для обеспечения циркуляции. Не всегда имеется возможность скрыть толстостенные трубы. Для обеспечения всех правил гидравлики необходимо учитывать уклоны распределения потоков, высоту подъёма, повороты, заужения, подключение к радиаторам.
4. В закрытой системе отопления используются трубы меньшего диаметра, что удешевляет конструкцию.
5. Также в закрытой системе отопления важно правильно установить насос, что позволит избежать шума.

Преимущества открытой системы отопления

• простое обслуживание системы;
• отсутствие насоса обеспечивает бесшумную работу;
• равномерный прогрев отапливаемого помещения;
• быстрый пуск и остановка системы;
• независимость от электроснабжения, если в доме не будет электричества, то система будет работоспособна;
• высокая надёжность;
• не требуется особых навыков для установки системы, в первую очередь устанавливается котёл, мощность котла будет зависеть от отапливаемой площади.

Недостатки открытой системы отопления

• возможность уменьшения срока эксплуатации системы при попадании воздуха, так как уменьшается теплопередача, в результате чего появляется коррозия, нарушается циркуляция воды, образуются воздушные пробки;
• воздух, содержащийся в открытой системе отопления, может вызывать кавитацию, при которой разрушаются элементы системы, находящиеся в кавитационной зоне, такие, как арматура, поверхности труб;
• возможность замерзания теплоносителя в расширительном баке;
• медленный нагрев системы после включения;
• необходим постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке для исключения испарения;
• невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя;
• достаточна громоздка;
• низкий коэффициент полезного действия.

Преимущества закрытой системы отопления

• простой монтаж ;
• нет необходимости постоянно контролировать уровень теплоносителя;
• возможность применения антифриза , не боясь размораживания системы отопления;
• путём увеличения или уменьшения количества теплоносителя, подаваемого в систему, можно регулировать температуру в помещении;
• из-за отсутствия испарения воды снижается необходимость её подпитывать из внешних источников;
• самостоятельное регулирование давления;
• система экономичная и технологичная, имеет более длительный срок эксплуатации;
• возможность подключения к закрытой системе отопления дополнительных источников отопления.

Недостатки закрытой системы отопления

• самый главный недостаток - зависимость системы от наличия постоянного электроснабжения ;
• при работе насоса требуется электричество;
• для аварийного электроснабжения рекомендуется приобрести небольшой генератор ;
• при нарушении герметичности стыков возможно попадание воздуха в систему;
• размеры расширительных мембранных баков в закрытых помещениях большой площади;
• бак заполняется жидкостью на 60−30%, наименьший процент заполнения приходится на большие баки, на больших объектах применяются баки с расчётным объёмом в несколько тысяч литров.
• возникает проблема с размещением таких баков, используются специальные установки, чтобы поддерживать определённое давление.

Каждый, кто собирается установить систему отопления, сам выбирает, какая система проще и надёжней для него.

Открытую систему отопления, благодаря простоте эксплуатации, большой надёжности, используют для оптимального отапливания небольших помещений. Это могут быть небольшие одноэтажные дачные дома, а также загородные дома.

Закрытая система отопления является более современной и более сложной. Её применяют в многоэтажных домах и коттеджах.

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.

Система жидкостного охлаждения состоит из:

Помпы -- насоса для циркуляции рабочей жидкости

Теплосъёмника (ватерблока, водоблока, головки охлаждения) -- устройства, отбирающего тепло у охлаждаемого элемента и передающего его рабочей жидкости

Радиатора для рассеивания тепла рабочей жидкости. Может быть активным или пассивным

Резервуара с рабочей жидкостью, служащего для компенсации теплового расширения жидкости, увеличения тепловой инерции системы и повышения удобства заправки и слива рабочей жидкости

Шлангов или труб

(Опционально) Датчика потока 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 которой установлен непосредственно на охлаждаемый компонент. Такие системы позволяют получить отрицательные температуры на охлаждаемом компоненте при непрерывной работе, что необходимо для экстремального разгона процессоров.

Недостатки:

Необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом

Трудности охлаждения нескольких компонентов

Повышенное электропотребление

Сложность и дороговизна

Ватерчиллеры

Системы, совмещающие системы жидкостного охлаждения и фреоновые установки. В таких системах антифриз, циркулирующий в системе жидкостного охлаждения, охлаждается с помощью фреоновой установки в 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

Установки, в которых в качестве хладагента используется сухой лёд, жидкий азот или гелий, испаряющийся в специальной открытой ёмкости, установленной непосредственно на охлаждаемом элементе. Используются в основном компьютерными энтузиастами для экстремального разгона аппаратуры («оверклокинга»). Позволяют получать наиболее низкие температуры, но имеют ограниченное время работы (требуют постоянного пополнения стакана хладагентом).

Системы каскадного охлаждения

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. 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.

Системы с элементами Пельтье

Элемент Пельтье для охлаждения компьютерных компонентов никогда не применяется самостоятельно из-за необходимости охлаждения его горячей поверхности. Как правило, элемент Пельтье устанавливается на охлаждаемый компонент, а другую его поверхность охлаждают с помощью другой системы охлаждения (обычно воздушной или жидкостной). Так как компонент может охлаждаться до температур ниже температуры окружающего воздуха, необходимо применять меры по борьбе с конденсатом. По сравнению с фреоновыми установками элементы Пельтье компактнее и не создают шум и вибрацию, но заметно менее эффективны.