Назначение системы охлаждения

Назначение охлаждающей системы. Различные системы охлаждения применяются для охлаждения оперативной памяти, чипсетов, видеокарт, жестких дисков, корпуса и процессоров. Для снижения температуры всего системного блока применяются специальные вентиляторы и блоки вентиляторов, спецвентиляторы ставят на предназначенные для них посадочные места, а блоки вентиляторов располагают в отсеках 3,5″ и 5,25″. Для материнских плат системное охлаждение обычно производится в форме заглушек PCI-слотов.

Для охлаждения различных элементов системного блока: жестких дисков, видеокарт, процессоров и оперативной памяти применяются всевозможные различные радиаторы и вентиляторы. Их ставят и в отсеки, и в PCI-слоты корпуса ПК, и непосредственно устанавливают на сами устройства. Выбор системы охлаждения должен производиться в зависимости от того, для какого именно устройства планируется оптимизировать температурный режим.

Пассивные системы охлаждения на основе радиаторов

Давно уже канули в небытие те времена, когда в компьютерах использовалось пассивное охлаждение. Такие компьютеры были абсолютно бесшумными, но и малопроизводительными. По мере роста производительности процессоров и других компонентов ПК росло и их энергопотребление и, как следствие, компоненты ПК становились все более горячими.

Рис. 1. Пассивные системы охлаждения на основе радиаторов

Процессоры стали оснащать массивными радиаторами, а вскоре к ним добавились и вентиляторы, то есть пассивное охлаждение процессоров уже не могло обеспечить требуемый теплоотвод для обеспечения допустимой температуры, и стало использоваться воздушное охлаждение. По мере роста тактовых частот процессоров увеличивалась и эффективность теплоотвода, что достигалось использованием более массивных радиаторов и более быстрых вентиляторов. Появились радиаторы на тепловых трубках, альтернативные системы водяного охлаждения, системы охлаждения с использованием термоэлектрических модулей Пельтье. Кроме того, постепенно радиаторами стали оснащаться графические карты, чипсет, память и даже отдельные микросхемы на материнских платах. А если добавить к этому еще и систему охлаждения процессора, видеокарты, радиаторы, устанавливаемые на модули памяти, то становится понятно, что источников тепловыделения в современном компьютере достаточно много и для нормальной работы всей этой сложной системы требуется создание эффективной системы теплоотвода.

В настоящее время разработано достаточно большое количество систем охлаждения, которые отличаются друг от друга принципом функционирования системы тепло — отвода, то есть среды, используемой для отвода тепла. По системам теплоотвода системы охлаждения можно разделить на следующие категории:

• 1. пассивные системы охлаждения на основе радиаторов;
• 2. системы охлаждения на основе тепловых трубок;
• 3. воздушные системы охлаждения;
• 4. жидкостные системы охлаждения;
• 5. системы охлаждения на основе модулей Пельтье.

Традиционная система охлаждения процессора или любой горячей микросхемы, называемая кулером, включает в себя радиатор и вентилятор. Радиатор необходим для того, чтобы увеличить интенсивность теплообмена между процессором и окружающим пространством. Радиаторы выполняются из алюминия, меди или из комбинации обоих металлов.

Радиаторы должны отвечать определенным требованиям. Во-первых, быстро забирать тепло от процессора, во-вторых, хорошо проводить тепло от своей нижней (горячей) поверхности к верхней (холодной) и, в-третьих, эффективно рассеивать это тепло в окружающее пространство.

Чтобы повысить эффективность теплопроводности внутри самого радиатора, его изготавливают из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Самым высоким коэффициентом теплопроводности (407 Вт/м-К) обладает серебро, но из-за высокой стоимости оно не используется для изготовления радиаторов. На втором месте по коэффициенту теплопроводности (384 Вт/м-К) стоит медь, поэтому ее часто используют при изготовлении радиаторов.

Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи между поверхностью микросхемы (источником тепла) и радиатором, в качестве промежуточного слоя между ними используют термопасту. Фактически в данном случае речь идет о процессах теплоотдачи между поверхностью микросхемы и термопастой, теплопроводности внутри слоя термопасты и теплоотдачи между термопастой и поверхностью радиатора.

Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи между поверхностью радиатора и окружающим воздухом, увеличивают площадь радиатора (площадь теплового рассеивания), делая поверхность радиатора ребристой.

Тепловое сопротивление радиатора является его важнейшей технической характеристикой и показывает, насколько изменится температура поверхности микросхемы относительно температуры окружающего пространства при отводе 1 Вт тепловой мощности через данный радиатор. Если, к примеру, известно, что тепловое сопротивление радиатора составляет 1°С/Вт, типичная температура окружающего пространства 40 °C, а тепловая мощность микросхемы 10 Вт, то температура поверхности микросхемы при отводе тепла через данный радиатор будет на 10 °C выше, чем температура окружающего пространства, то есть составит 50 °C.

Мощность тепловыделения процессора IntelPentium 4 с тактовой частотой 3,8 ГГц составляет 130 Вт. При этом температура поверхности процессора не должна превышать 80 °C. Если учесть, что типичная температура воздуха внутри ПК составляет порядка 50 °C, то несложно подсчитать, что тепловое сопротивление радиатора для такого процессора должно быть не более 0,23°С/Вт. Столь малым тепловым сопротивлением не обладает ни один пассивный радиатор. Кардинально уменьшить его тепловое сопротивление можно при использовании дополнительного вентилятора. Вентилятор создает принудительную конвекцию воздуха, что способствует возрастанию эффективности теплообмена между радиатором и окружающим пространством. Поэтому для уменьшения теплового сопротивления в купе с радиатором используется вентилятор, а их совокупность называют кулером. Отметим, что тепловое сопротивление современных процессорных кулеров равно 0,2°С/Вт и более.