Chlazení počítače
Chlazení počítačů má za úkol odvést z vnitřku počítače ztrátové teplo, vznikající činností aktivních elektrotechnických součástek, které v počítači zajišťují jeho funkčnost. Odvod tepla je způsoben díky vhodnému použití materiálu (dnes je neoblíbenější bud měď nebo s kombinací hliníku, kvůli pevnosti, lehkosti a hlavně cenně), pouze kovový chladič (pasivní) nebo přidání ventilátory, dále také za použití kapaliny (nejčastěji destilovaná voda nebo připadně voda upravená tak, aby se nestala elektricky vodivá) v oběhu nebo kapaliny pod bodem mrazu (tekutým dusíkem nebo oxidem uhličitým). Každá firma se snaží vyvinout co nejlepší tvar, jak u chladiče pasivního/aktivního, tak u chladiče vodního, kde jde jen o to co nejlépe tvarovat kanálky v chladicím bloku.
V dobách sálových počítačů se používaly mnohdy extrémní způsoby chlazení letadlovými motory pro vytvoření velké výměny vzduchu pro lepší uchladitelnost nebo kapaliny pod bodem mrazu (tekutým dusíkem nebo oxidem uhličitým).
Dnešní sálové počítače se chladí klimatizací celé místnosti nebo jako běžné stolní PC mikropočítače, to znamená za použití kovové základny a ventilátoru.
OBSAH
2.1.1 Popis
2.1.2 Heatpipes
2.2 Aktivní chlazení
2.3 Kombinované chlazení
2.4 Vodní chlazení
2.5 Kapalina s teplotou pod 0°C
2.6 Ostatní způsoby
1. Zdroje tepla
- Procesor - nejvíce odpadního tepla zde vzniká při přepínání stavu tranzistorů, během provádění jeho početních operací.
- Základní deska - zde mají největší podíl napájecí obvody, které jsou složeny z tranzistorů, poté čipset, pak přídavné čipy, jako zvukový kodek, síťový čip a další, a pak třeba rezistory a další
- Grafická karta - zde nejvíc tepla produkuje GPU, pak napájecí obvody, poté paměti a pak součásti typu rezistorů (odpory) a další
- Pevný disk - nejvíce tepla zde vytváří malý elektromotor, který otáčí disk
- Zdroj - jedná se o zařízení, které se nachází na konci chladicího systému, nicméně jím produkované teplo se může přes skříň přenášet i do prostoru skříně. Odpadní teplo zde vzniká především v transformátoru a usměrňovači.
- Operační paměť - tato součást vyřazuje obvykle o poznání méně tepla než ostatní součásti, přesto díky ploše a umístění obtížně chladí a tak mnohdy díky tomu dosahují teploty 60-70°C a i více.
- a další součásti jako je např. Zvuková karta a další doplňkové komponenty, které jsou do počítače montovány fakultativně dle potřeb uživatelů a které většinou mají malý zdroj tepla.
2. Typy chlazení
Pasivní chladič je kovová nepohyblivá součástka, která má na
sobě navařená
žebra pro zajištění co největší plochy z důvodu lepšího předávání
tepla okolnímu vzduchu. U menších verzí chladičů může jít o výrobek zhotovený z
jednoho kusu kovu. Jedná s součástku vyrobebou frézováním, upravenou laserem
nebo jinak. Pasívní chladiče jsou až na výjimky (zakázkové a výroční chladiče)
vyrobeny buďto z mědi (dražší) nebo z hliníku (levnější), případně kombinace
obou. Často se kombinuje měd jako základna a hliník na žebra, pro dosažení
dobrého poměru cena/chladicí efekt, a nebo se případně mezi základnu a žebra
přidávají heatpipes pro lepší odvod tepla (uvnitř je kapalina). Hliník je
levnější, lehčí, pevnější, ale má znatelně menší tepelnou vodivost a je křehčí,
díky tomu se se použává buďto u levných variant chladičů a nebo se používá k
výrobě žeber. Měď se oproti němu používá u dražších chladičů a dají se zde
použít žebra s menší tloušťkou, nezlomí se tak snadno jako žebra hliníková.
Poslední dobou se použití heatpipes stalo žádané a tak mnohdy se dávají
zbytečně jenom proto, aby chladiče vypadaly "cool", celkový technický
přínos je ale v tomto případě spekulativní (snížení teploty jednoho čipu,
zvýšení druhého). Nic to ale nemění na faktickém přínosu této technologie, jedná
se o rychlejší přenos odpadního tepla z malé plochy pryč od jeho zdroje.
Pasívní chladiče bývají vyrobeny ze slitin hliníku, stále více se však rozšiřují i měděné chladiče, protože měď má výrazně vyšší tepelnou vodivost. Měděné chladiče mohou mít žebra s menší tloušťkou (nezlomí se tak snadno jako hliníková). V poslední době se také více uplatňují tzv. heatpipes, což jsou měděné válce, které dobře vedou teplo a odvádějí jej např. od pasivního chladiče na Northbridge, který je umístěn blízko přídavných karet, směrem k „otevřenému prostranství“ k Southbridge kde je teprve umístěn aktivní chladič.
Pasivní chlazení je zcela bezhlučné, neobsahuje žádný ventilátor. Aby bylo dosaženo stejného chladicího efektu, musí být chladič podstatně větších rozměrů, než by tomu bylo u chladiče aktivního. Díky tomu může někdy být výsledná cena pasivního chladiče vyšší než u chladiče aktivního.
Měděné válce s póry částečně naplněné kapalinou. Používají se pro převod tepla od základny chladiče (konkakt s čipem) k žebrům chladiče, které jsou umístěny dál od základny a více ve volném prostoru a díky tomu se mohou lépe chladit. Standardní průměr bývá 6 mm, ale někdy se používají průměry větší než než 6 mm zejména pro použití u grafických karet a procesorů s vysokým vyzářeným tepelným výkonem (vysokou teplotu).
- procesorů - u CPU se klade důraz na to, aby předal teplo pokud možno do cesty ventilátoru v zadní pozici skříně nebo zdroje
- grafických karet - zde se teplo snaží rovnoměrně roznést pro celé ploše chladiče (u výkonějších je velikost rovna velikosti kartě), aby docházelo k co největší efektivitě
- čipsetů - většinou se rozptyluje teplo mezi napájecími obvody a Northbridge, případně se Southbridge
- výjimečně pak jinde, většinou pro vzhled
Existují i ploché heatpipes většinou na základních deskách pro nižší profil, pod přídavnými kartami není moc místa a musí vést nad rezistory a dalšími čipy, díky tomu mnohdy mají pouze okolo 5mm prostoru. Nebo se používají u grafických karet na spodní straně chladiče pro rychlý odvod tepla ke koncům chladičů. Začinajicí technologií je vapor chamber, která vychází z "ploché" heatpipes, ale má podstatně větší plochu (klidně 5x10 cm a víc), která se používá pouze u grafických karet pro lepší, menší a účinnější chlazení karty.
2.2 Aktivní chlazení
Aktivní chlazení je prováděno proudícím vzduchem. Proud
vzduchu je obvykle vytvářen ventilátor, nejvíce používané ventilátory v
počítačích mívají rozměry o hraně 80, 90/92 nebo 120 mm a 550-4000 otáčkách za
minutu, dnes jsou
preferovány pomalu-otáčkové ventilátory 700-1500 RPM a větší
velikosti. Aktivní chlazení je použito pro chlazení procesoru, grafické karty,
zdroje nebo pevných disků, případně některé součástky mohou být chlazeny
proudem vzduchu vytvořeným poblíž některého dalšího větráčku (na procesoru
atd.). Pomocí aktivních chladičů se vytváří tzv. „tunely“, v principu jde o
dosažení lepšího proudění vzduchu skříní (na přední části je jeden aktivní
chladič který nasaje vzduch do skříně, ten se zde ohřeje a zdrojem nebo dalším
aktivním chladičem pod zdrojem je vysáván mimo skříň). Většinou platí, že čím
víc má RPM, tím je hlučnější (udáváno v dB nebo Sone).
Díky zvýšenému průtoku vzduchu způsobeným ventilátorem je potřeba podstatně měnší plochy (velikosti) chladiče a díky tomu jsou nižší náklady na výrobu chladiče, i když je součástí ventilátor.
Ještě existují velikosti 25mm, 40mm, 45mm, 60mm, 70mm, 100mm, 130mm, 172x150mm, 175x175mm, 180x180mm, 220x220mm, 250x250mm a další...
Je dobré dát pozor na manipulaci s točícími ventilátory, kvůli možnosti poranění kůže (seknutí, odseknutí vrchní kůže,...).
2.3 Kombinované chlazení
Kombinované chlazení je použito nejčastěji, jde o pasivní chladič na kterém je nasazen chladič aktivní, který vytváří proud vzduchu procházející pasivním chladičem. Použití kupř. na procesorech (CPU, GPU) nebo i na Northbridgích.
2.4 Vodní chlazení
Vodní chlazení vzniklo z nedostatku vhodného chlazení pro
počítače s nástupem výkonných sestav někdy po roce 2000. Nyní jeho časté
používání zpomalují
levnější avšak stejně výkonné kombinované chladiče hlavně
čtyř velkých firem: Zalman, Thermaltake, PrimeCooler a částečně Nexus. Vodní
chlazení je uzavřená soustava, ve které probíhá chladicí médium – kterým je
voda (nejlépe destilovaná). Okruh sestává z čerpadla, chladičů na jednotlivé
chlazené komponenty (CPU, GPU, HDD, paměti RAM atd.), velkého pasivního
chladiče (tzv. „radiátor“), který může obsahovat i chladiče aktivní a případně
může být v obvodu i expanzní nádoba, díky níž se dá lépe kontrolovat a
doplňovat voda. Prodávají se jak kompletní sestavy, tak jednotlivé díly pro
vlastní sestavení vodního okruhu. Vodní chlazení však pouze přesouvá problém
mimo skříň, zde se teplo stejně musí předat přes pasivní chladič vzduchu.
Obzvláště v domácích sestavách mohou být nebezpečné netěsností a také vodní
chlazení je nejdražší forma chlazení PC. Vypadá však efektně (při tuningu se
obvykle voda barví nějakou barvou) a počítač je díky němu i tišší. Vodní
chlazení vyrábí i některé české firmy.
2.5 Kapalina s teplotou pod 0°C
Většinou se používá tekutý dusík nebo oxid uhličitý pro extrémní chlazení komponent (CPU, GPU a další..), většinou za dosažením co největšího přetaktování a tak vytvoření rekordu. Nejde o vůbec levné chlazení, cena za jednu bombu 10 000,- Kč není nic neobvyklého, proto si to může dovolit budťo bohatý člověk, na jednorázovou akci (třeba Invex), případně redakce a atd. Je potřeba dávat pozor, protože dochází k manipulaci s odchlazenou kapalinou, co může způsobit poranění. Přetaktovač HiCookie předvedl, že polití (neplatí pro ponoření) dusíkem nezpůsobuje zranění.
2.6 Ostatní způsoby
Za další výkonou metodu chlazení, i když trošku atypickou, můžeme považovat i tzv. "chování počítače v akvárku". V podstatě se do speciálně upravené nádoby s komponenty nalije olej. Ten má větší měrnou tepelnou kapacitu než vzduch, tím pádem chladí lépe. Nemusíte se obávat, že by počítač "vybuchnul", neboť olej nevede elektrický proud. Destilovaná voda poslouží taky dobře, protože ani ta nevede elektřinu. Ale zde je možnost, že během běhu tohoto zařízení se do této vody dostane příměs, která zapříčiní eletrickou vodivost vody (například rez či oxid uhličitý).
3. Uchycení
Uchycení chlazení k čipům se obvykle provádí teplovodivým lepidlem, pokud jsou k dispozici otvoty v PCB tak pomocí šroubů, plastových šroubů, spon a dalších spojovacích součástí. Je zapotřebí, aby uchycení bylo pevné pro dosažení maximálního přenosu tepla a snížení teplot, proto je potřeba toto pozorně navrhnout. Mnohé problémy s nestabilitou součástek jsou způsobeny nedostatečným chlazením a to mnohdy způsobeným právě nesprávným uchycením.
Dnes se běžně mezi chlazenou součást a chladič vkládá teplovodivá pasta pro lepší vzájemný kontakt obou částí. Vyplní vzduchové mezery, které by jinak fungovaly jako dobrý izolant tepla. Nedoporučuje se použití lepidel jako sekundové lepidlo a další, které mnohdy samy o sobě fungují částečně jako izolant a díky tomu potom chladič není využit a mnohou tak vznikat problémy.
4. Způsob chlazení
Způsob (logika) chlazení komponent může být mnohdy dosti individuální. Třeba chlazení každé součástky zvlášť nebo vedení proudu vzduchu tak, aby chladil všechny potřebné součásti najednou, jedná se o cíléné proudění vzduchu.
Nejjednoduší způsob chlazení dnes používaný u skříní PC je nasávání na přední straně (buďto celá nebo přes HDD, poté okolo a před grafickou kartou směrem k procesoru a zdrojem ven. Většina ostatních typů chlazení staví na tomto osvědčeném základu.