22.Жидкостные системы охлаждения

Обычные жидкостные системы охлаждения

Классическая жидкостная система охлаждения состоит из трех технических узлов – теплообменника, радиатора и помпы, соединенных при помощи трубок в один замкнутый контур. Теплообменник, он же ватерблок, передает тепло от греющегося элемента потоку жидкости, помпа обеспечивает циркуляцию этого самого потока, а в радиаторе происходит охлаждение жидкости. На следующем цикле процесс повторяется. Системы жидкостного охлаждения позволяют эффективно отводить тепло от теплосъёмников, но также требуют больших радиаторов для рассеивания этого тепла. Также, вопреки всеобщему заблуждению, недорогие варианты подобных систем вовсе не бесшумны: водяная помпа (или компрессор) и вентилятор, охлаждающий внешний радиатор, подчас шумят больше, чем некоторые традиционные системы воздушного охлаждения.

В качестве жидкости в таких системах чаще всего применяют дистиллированную воду с добавлением спирта (для борьбы с образованием «зелени») или антифриз, иногда также встречаются системы с масляным охлаждением.

Некоторые системы используют помпы и резервуары, устанавливаемые внутри системного блока. Другие же предполагают закрепление резервуара или помпы на корпусе сверху. Разместить помпу и резервуар внутри весьма проблематично, так как подобные компоненты занимают довольно много места.

Все системы жидкостного охлаждения в том или ином виде используют и воздушное охлаждение; отличие состоит в том, что теплообменник, который отдает тепло воздуху, расположен на некотором расстоянии от компонентов ПК, которые необходимо охладить. Кроме того, при этом появляется возможность использовать теплообменник (радиатор) гораздо большего размера, чем в том случае, если бы его приходилось закреплять на процессоре или других микросхемах.

Качество жидкостной системы определяют два ключевых фактора: скорость циркуляции жидкости и эффективность охлаждающей работы радиатора (которая напрямую зависит от его размеров).

Система водяного охлаждения — давно не новшество на компьютерном рынке, и пользователь может приобрести как отдельные ее компоненты для самостоятельной инсталляции, так и готовые ПК с комплексным решением проблем охлаждения на базе жидкостной системы.

Достоинства: почти бесшумная работа, высокая эффективность охлаждения, отсутствие передачи тепла от одного узла к другому (как в случае с воздушным охлаждением) , долговечность (в случае работы без разгерметизации).

Недостатки: высокая стоимость, сложность установки и обслуживания, большой размер системы, загрязнение и коррозия, высокая вероятность повреждения ряда ключевых компьютерных компонентов при разгерметизации системы или выходе из строя помпы.

Несмотря на все недостатки подобных систем, они получают все более широкое распространение в связи с перманентным ростом требований к охлаждению новых компьютеров. Особенно системы жидкостного охлаждения востребованы в условиях ограниченного пространства внутри корпуса.

Также существуют беспомповые системы водяного охлаждения, работа которых базируется на принципе испарения. Здесь применяются специальные хладагенты – жидкости с низкой точкой кипения. Сначала, в холодном состоянии, радиатор и магистрали заполнены жидкостью. Но, когда радиатор процессора нагревается выше какой-то температуры, жидкость в нем превращается в пар. Сам процесс превращения в пар поглощает дополнительную энергию в виде тепла, а значит, повышает эффективность охлаждения. Горячий пар создает давление и старается покинуть пространство радиатора процессора. Через специальный односторонний клапан пар может выйти только в одну сторону – двигаться в радиатор теплообменника-конденсатора. Попадая в радиатор теплообменника, пар вытесняет оттуда холодную жидкость в радиатор процессора, а сам остывает и превращается вновь в жидкость. Таким образом, охлаждающее вещество в чередующихся фазах жидкость-пар постоянно циркулирует по замкнутой системе трубопровода, пока радиатор горячий. Энергией для движения здесь является само тепло, выделяемое охлаждаемым элементом.

Спроектированная определенным образом система жидкостного охлаждения не только превосходит по эффективности воздушный кулер, но и отличается более компактными размерами.

Тепловые трубки

Тепловую трубку можно описать как проводник тепла, предназначенный для эффективного перемещения тепла из одной точки в другую. Типичная тепловая трубка представляет герметичную трубку определенной структуры с двойными стенками. В процессе производства из трубки сначала удаляется воздух, после чего она заполняется специальной жидкостью и герметизируется. Тип жидкости и низкое давление внутри трубки обеспечивают закипание жидкости при относительно малых температурах. Когда трубка нагревается с одного конца, жидкость изменяет свое состояние на парообразное, поглощая при этом немало тепла. Пар поднимается к другому концу трубки, где конденсируется, превращается в жидкость, выделяя при этом тепло, после чего по внутренним стенкам трубки быстро стекает к ее исходному концу благодаря капиллярным явлениям. Сами по себе тепловые трубки не используются. Одним концом они закрепляются на процессоре или другом тепловыделяющем устройстве, а другим — на обычном радиаторе, часто активном.

Тепловые трубки имеют целый ряд преимуществ. Они герметичны и не содержат никаких движущихся частей, поэтому не требуют дополнительного ухода. При правильном конструировании тепловые трубки могут даже выдержать замораживание, однако они не будут работать до тех пор, пока жидкость не оттает. Кроме того, тепловые трубки весьма компактны, благодаря чему их удобно использовать в малоформатных системах. Именно поэтому для охлаждения компонентов практических всех портативных компьютеров с начала 1990-х годов используются тепловые трубки.

Тепловые трубки полезны не только для охлаждения, но и как дополнение к обычным радиаторам. Благодаря внедрению в радиатор тепловых трубок распределение тепла значительно улучшается. Среди всех систем жидкостного охлаждения именно тепловые трубки оказываются наиболее перспективным решением для использования в будущих настольных системах.