Водяное охлаждение

Если в 1992 году центральный процессор потреблял лишь около 7W и не требовал ни одного вентилятора для своего охлаждения, то сегодня процессоры потребляют до 50-200W в зависимости от своей мощности и нагрузки системы. Не отстают и другие компоненты современного компьютера и уж не секрет, что видеокарты перегнали процессоры по потребляемой энергии и выделению тепла.

С каждым новым поколением комплектующих растет не только их производительность, но и тепловыделение. Рано или поздно воздушное охлаждение достигнет своего предела и наступит новая эволюционная фаза – господства компьютерных жидкостных систем охлаждения. А сегодня ни что не мешает уживаться этим двум технологиям вместе.

Более традиционным и привычным является воздушное охлаждение компьютера, в котором радиаторы и вентиляторы устанавливаются практически на все компоненты. Радиаторы поглощают тепло и передают его воздуху внутри корпуса компьютера. Для циркуляции и охлаждения воздуха внутри корпуса устанавливаются дополнительные вентиляторы, подобранные по размеру и мощности для эффективности системы охлаждения в целом. Но воздух поглощает и передает тепло очень медленно и, чтобы угнаться за возрастающим тепловыделением современных компонент, производители вынуждены повышать и скорости, и размеры вентиляторов. Т.о., системы становятся все более шумными.

Из жидкостей, вода (не считая ртути) имеет самую высокую теплопроводность, ее значение в 30 раз выше теплопроводности воздуха. И не только… она на много лучше сохраняет температуру, чтобы нагреть воду потребуется тепла в 4 раза больше. Эти физические характеристики определяют преимущества использования воды для охлаждения современных компьютерных систем.

Первый закон термодинамики утверждает, что энергия не может ни возникать из ничего, ни исчезать: общее количество энергии в системе остается постоянным, однако, форма (качество) энергии может изменяться. Согласно ему, тепло никогда не исчезает, а лишь передается. На следующих базовых понятиях строится любая система охлаждения.

Конвекция – передача теплоты от поверхности к перемещающимся газу или жидкости с более низкой температурой, чем поверхность. Есть два типа конвективной теплопередачи: естественная и принудительная.

• При теплопередаче с естественной конвекцией охлаждающая жидкость находится в свободном циркулирующем движении, вызванным изменением ее плотности и действием силы гравитации.

• При теплопередаче с принудительной конвекцией, охлаждающая жидкость перекачивается или поверхность обдувается.

Проводимость – передача тепла через твердое тело или тело неподвижной жидкости (например, вода, газ), в котором происходит изменение температуры.

Излучение – является эмиссией энергии от нагретых поверхностей в форме электромагнитных волн.

Теплопроводность – способность материала передавать тепло. Для количественного определения этой характеристики используется коэффициент теплопроводности, который равен количеству тепла, проходящему за 1 час через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м 2 при разности температур на противоположных поверхностях 1°С.

Удельная теплоемкость – количество теплоты, поглощаемое единицей массы материала при нагревании на 1°С, выражается в ккал/(кг/°С) или Дж/(кг/К)

Вышеупомянутые характеристики теплопроводности показывают, почему именно медь используется в качестве охлаждающего листового материала в системе. Эффективность использования такого материала, как медь очень близка к эффективности использования серебра, но только стоит медь в 6 раз меньше. Однако, как большинство металлов, медь не может долго держать тепло, а это значит, его надо вовремя передать от медной пластины еще куда-то. Согласно показателям коэффициента теплопроводности, вода может справиться с этой задачей как нельзя лучше. Т.о., идеальная конфигурация системы охлаждения должна состоять из медных пластин, забирающих тепло от процессора, и воды, способной поглотить это тепло и увести его. Безусловно, современные жидкостные системы намного сложнее устроены, это лишь основной базовый принцип их работы.