Как выбрать радиатор для лютой системы жидкостного охлаждения
реклама
Сразу предупрежу, что никаких откровений в материале не будет. Все изложенное давным-давно известно. Пишу в большей степени чтобы самому не забыть.
Толковых материалов по исследованию радиаторов именно для систем жидкостного охлаждения компьютера в сети не так уж и много. Здесь важно понимать, что я говорю о материалах, в которых авторы проделали хорошую академическую работу, а не просто установили радиатор в контур, и сделали тестовый прогон на обычном процессоре. Некачественных материалов в сети пруд пруди. Их тоже иногда полезно почитать, но временные затраты на чтение подобной беллетристики почти никогда не окупаются.
Начну, как обычно, с плохого.
реклама
Почему не стоит доверять тестам, которые проводятся на реальной системе? Ведь использовать-то я буду не на стенде, а с реальным процессором и видеокартой, следовательно, такие тесты показательны, а все эти ваши стенды никчемная чепуха. Интуитивно именно так и рассуждает обычный человек, и поэтому он ошибается.
Во-первых, стенд на основе обычного компьютера только с виду имеет какие-то показометры, датчики температуры, потребляемой мощности. Нам кажется, что нагрузка в виде Prime95 или чего хуже какой-нибудь AIDA постоянна. Но на деле все это не так. Например, показания температуры процессора — это давно уже никакая не температура процессора, а результат математической обработки показаний сотен, а то и тысяч датчиков внутри процессора. Мы не знаем какая точность у таких показаний. На форумах и в различных статьях пишут о погрешности плюс-минус 5 °С. Почитать можно например здесь. А это значит, что сравнивать нагрев двух процессоров напрямую нельзя, так как из-за погрешности у одного температура будет, например, 65°С, а у другого может быть 75°С — несмотря на то, что разница вроде как велика, на деле её может не быть вовсе. Поэтому корректно интерпретировать такие результаты сложно.
С какого-то момента Intel вообще перестала публиковать информацию о точности показаний датчиков в процессорах. Но информация о точности показаний температурных датчиков для чипсетов еще доступна.
Вот так это выглядит для чипсетов 500-й серии (документ можно взять по ссылке):
реклама
6.3 Thermal Sensor Accuracy (Taccuracy)
The PCH thermal sensor accuracy is:
• ±5 °C over the temperature range from 50 °C to 110 °C.
• ±7 °C over the temperature range from 30 °C to 50 °C.
реклама
• ±10 °C over the temperature range from -10 °C to 30 °C.
• No accuracy is specified for temperature range beyond 110 °C or below -10 °C.
Точность не блещет мягко говоря. Про AMD я вообще промолчу, так как какой-либо адекватной информации о точности температурных показаний не нашел. К тому же обеспечить более или менее адекватную повторяемость и сравнимость результатов в случае тестов на реальной системе довольно сложно. Результаты от теста к тесту будут существенно расходиться. А если стоит задача определить победителя, то понять кто реально победил невозможно. Такие результаты подходят только для очень грубой оценки. Поэтому если вы делаете выводы на основе каких-то не профессиональных публикаций, то выводы надо делать предельно аккуратно. Из-за низкой точности показаний таких «стендов» невозможно корректно определить не то что лидера, зачастую невозможно сделать вообще никаких адекватных выводов. И это даже не по тому, что авторы продались. У таких публикаций нет задачи что-либо корректно протестировать, у них есть задача прорекламировать продукт, а это, как вы понимаете, другое.
Обычно при создании чего-то нового с нуля я не опираюсь на данные таких вот «тестировщиков», а стараюсь искать материалы, которые позволяют понять чего можно, а чего нельзя ожидать от того или иного кулера, радиатора или чего-либо другого. И чем глубже у материала техническая и теоретическая проработка тем лучше и качественней будет такой материал. Хотя я сам предпочитаю всё делать по «оценочно-прикидочному принципу» - это значит, что не использую в своих конструкциях каких-то сложных расчетов и навороченных стендов, кроме самых примитивных. Это не значит, что я не способен что-то посчитать или построить стенд для измерения, вовсе нет. Для любительских задач проведение сложных расчетов и постройка хороших стендов очень дорогое удовольствие. Поэтому такое я делаю только при необходимости. Вот и подход к выбору радиаторов у меня будет «оценочный», но на основе хороших первичных данных.
Напомню, что я создаю автономную систему жидкостного охлаждения для домашнего компьютера, способную отвести 1000Вт тепла при разнице температур (дельте) воздух-вода в 10гр.
Отсюда можно сформулировать ряд требований к радиатору или радиаторам:
1. Радиатор или радиаторы должны рассеивать не менее 1000Вт при дельте 10гр. Обороты вентиляторов при этом желательны не выше 1000-1300.
2. Поскольку компьютер домашний, то система должна быть достаточно тихая. Отсюда следует, что использовать вентиляторы на высоких оборотах не будем. А если так, то нам точно не подходят радиаторы с высокой плотностью ребер, так как такие радиаторы не будут эффективно работать с вентиляторами на низких оборотах. Большинство производителей указывает для своих радиаторов показатель плотности ребер на дюйм — так называемый FPI или Fins per inch. «Низкооборотистые» радиаторы имеют плотность ребер от 8 до 12. Естественно это не догма. Плотность ребер будет зависеть еще и от толщины радиатора.
3. Будем использовать компьютерные вентиляторы типоразмера 140мм, поэтому радиаторы будем подбирать соответствующие.
4. Радиаторы обычно имеют типовые толщины: 30мм, 45мм, 60мм. Толщина радиатора указывается вместе с несущим каркасом. Толщина ребер обычно меньше примерно на 5-10мм.
Готовые водянки в магазине обычно идут с радиатором толщиной 30мм, и как показывает практика такие системы не сильно лучше хороших воздушных кулеров. 60мм радиаторы могут рассеивать огромную мощность, но их довольно сложно продуть на низких оборотах, да и габариты уже великоваты. Круг поиска сузился: 30-й радиатор мало, а 60-й много. Следовательно, пока остановимся на радиаторе толщиной 45мм.
5. Радиатор должен быть доступен для покупки в России. С заказами из-за границы, во времена эпохи ковид’а я уже наелся. Что-то тяжелое и объемное едет или долго или очень долго. Мелочевка приезжает довольно быстро.
Общий вывод пока такой: нужен радиатор, возможно не один, под 140мм вентиляторы, толщиной 45мм, способный рассеять 1000Вт. Бегло поискав в интернете я понял, что ничего подобного в широком доступе нет, а радиатор от Камаза или Жигулей мне не подходит. Радиатор типа MO-RA в принципе не плох, но более или менее достоверных данных по его рассеиваемой мощности нет, в Россиии доступен только под заказ. Если судить по косвенным данным, то не так хорош, как многие про него думают. Хотя несомненно хорош. Немного пугает его высокое гидросопротивление.
Буду искать «свой» радиатор. Но сначала я бы хотел поговорить о том, как и какие параметры радиатора влияют на его рассеиваемую мощность.
Параметров у радиатора довольно много.
Вот только основные из них:
1. Габаритные размеры — ширина, длина, высота.
Эти размеры непосредственно определяют какую общую площадь оребрения можно получить, какие вентиляторы и в каком количестве будем применять. Ширина и длина радиатора обычно привязана к размеру вентилятора. Например, популярный размер 360мм — это 3 вентилятора на 120мм. 420Мм — 3 вентилятора на 140мм. И т.д.
2. Количество ребер на дюйм (FPI).
Обычно этот параметр лежит в диапазоне 8-15. Меньше — легче продуть, но и меньше отведем тепла, больше — продуть сложнее, но тепла отведем больше. Есть радиаторы с показателем FPI 25 и выше. Они предназначены для высокооборотистых вентиляторов — видел такие в серверных. Если вы строите систему на основе радиаторов с FPI сильно выше 15, то система скорее всего будет шумной. Также следует помнить, чем больше ребер на дюйм, тем лучше радиатор забивается пылью и тем чаще его придется чистить.
3. Толщина радиатора.
Несмотря на то, что это тоже габаритный параметр, он стоит особняком, так как толщина радиатора непосредственно влияет на его продуваемость и его FPI. Увеличивая толщину радиатора производители вынужденны снижать количество ребер на дюйм, чтобы сохранить продуваемость на более или менее приемлемом уровне. Поэтому, например, радиаторы 60мм почти всегда имеют сравнительно низкий показатель FPI — 8-12. Примерно понять с каким FPI производится большинство радиаторов можно вот из этого замечательного графика:
Источник картинки https://www.xtremerigs.net/
Из графика видно, что высокое значение FPI не является какой-то убер фишкой, и гоняться за ним, если у вас нет каких-то специфических требований, не стоит. К специфическим требованиям можно отнести, например, желание отвести довольно большую мощность в ограниченном объеме, при этом не принимая во внимание шум.
4. Гидросопротивление.
Производители обычно этот параметр не указывают. Хотя мне встречались радиаторы, которые производитель заботливо снабдил графиком гидросопротивления. Китайские производители вообще редко утруждают себя какими либо измерениями. Из-за этого их продукция, которая очень слабо документирована, почти всегда кот в мешке. Тем не менее я благодарен людям, которые её покупают и исследуют. Мне такое не по карману. Хотя среди «китайцев» есть вполне достойные образцы, которые порой лучше «брендовых».
Обычно гидросопротивление нелинейно растет с увеличением скорости потока в контуре. Большинство радиаторов рассчитаны на применение со скоростью потока 5 литров в минуту. Не по тому, что они больше не могут, нет. Просто кочегарить скорость потока выше 5 л/мин никакого смыла нет — существенного снижения температур не будет. Гидросопротивление не совсем однозначный параметр. С одной стороны, казалось бы, чем выше гидросопротивление тем дольше жидкость должна находится в радиаторе и больше отдавать тепла, но с другой стороны это не всегда так. Поэтому высокое сопротивление радиаторов, если рассматривать контур в целом - это не всегда хорошо. Да и процесс теплообмена в данном случае имеет нелинейную зависимость. Впрочем, разница мощности между радиатором с высоким сопротивлением и низким не всегда велика. Но может достигать 80Вт на средних режимах, и быть более 140Вт в предельных.
Пример, как работает радиатор с высоким гидросопротивлением можно посмотреть вот в этом обзоре радиатора Aqua Computer AMS Copper 360mm. График гидросопротивления этого радиатора (я выдрал его из статьи):
Как видно из графика большой радиатор имеет такое-же сопротивление как маленький водоблок для процессора. Это не типично.
А вот так радиатор выглядит на фоне своих конкурентов:
Из данных видно, что радиатор работает мягко говоря не очень. При оптимальных параметрах скорости потока он умудряется с треском проигрывать конкурентам. На графике он выделен зеленым.
Хотя выглядит как по мне круто:
Стоит оговориться, что высокое гидросопротивление — это еще не приговор. У радиатора есть куча других параметров которые могут сделать его лучшим.
Много данных по различным радиаторам можно найти здесь.
5. Материал из которого изготовлен радиатор.
Обычно это не один материал, а комбинация материалов — медь-латунь, алюминий-латунь и даже иногда встречаются комбинации пластика с металлом. Радиатор здорового человека должен быть полностью изготовлен из меди, но у здорового человека не хватит средств чтобы его купить. :) Поэтому обычно хорошей комбинацией считается медь-латунь. Ребра и каналы делают из меди, а банки из латуни. При соединении применяется пайка. Медь как металл с более высокой теплопроводностью отводит тепло с большей эффективностью нежели алюминий. Поэтому предпочтение стоит отдавать медным радиаторам. Силовой каркас у большинства радиаторов изготовлен из стали. Особняком в плане конструкции стоят радиаторы типа Watercool MO-RA3, но основные материалы там те же — медь, сталь, алюминий.
6. Резьба под фиттинги.
Обычно это G1/4 — размер дюймовый. Параметр определяет какие фиттинги вы будете приобретать для сбора системы. Я лично не встречал на просторах интернетов что-то больше G1/4, хотя не исключаю, что в природе такие существуют. Резьба G1/4 совместима с сантехническими фиттингами, хотя в сантехнике этот размер совсем не типичен, а также с воздушными фиттингами. Если вы собираете какой-то сложный и интересный контур, то всегда можно поискать недостающий фиттинги у сантехников, либо в отделе компрессионного оборудования. Я для своей системы покупал У-разветвители в «компрессорном» отделе, а переходные футорки ½ на ¼ у «сантехников». Диаметр присоединительных отверстий влияет на гидросопротивление радиатора и как следствие на его рассеиваемую мощность. Но это влияние не является значительным.
Параметры ниже никак не влияют на отводимую мощность, но добавляют удобства при монтаже.
7. Количество отверстий под фиттинги.
Иногда употребляют «количество портов присоединения».
По большому счету параметр определяет удобство монтажа в системе, и ни на что другое существенно не влияет, но порой может оказать существенное влияние, так как не всегда есть возможность проложить шланги или трубки так, как нужно радиатору. Иногда производители делают отдельное отверстие для спуска воздуха. В общем, если вы знаете как у вас будет установлен радиатор, то имеет смысл чутка сэкономить и приобрести радиатор с малым количеством отверстий, если компоновка системы не известна, то лучше обратить взор на «мультипортовые» радиаторы. У них больше возможностей для монтажа в разном положении.
8. Комплектность.
При покупке стоит обращать внимание на комплектность чтобы в случае необходимости сразу заказать недостающие детали. Обычно в комплекте идут заглушки, если радиатор имеет много присоединительных отверстий и болты для крепления вентиляторов. Встречается также и просто «голый» радиатор. Как говорится на скорость не влияет, но может доставить некоторые неприятности при монтаже.
Естественно что параметры радиатора не исчерпываются указанными выше. Есть например такие, как цвет, бренд, качество упаковки, страна производства, гарантия и многое другое. Но данные параметры уже никак не влияют на его способность отводить тепло.
С параметрами более или менее разобрались. Теперь попробуем разобраться с вопросом как выбирать. Я не могу сказать, что моя методика «выбора радиатора по картинкам», по измеренным кем-то данным претендует на новизну и уникальность, но она работает и позволяет избежать лишних трат на эксперименты и хождение по личным граблям. Иными словами я утверждаю: нет необходимости жрать говно ложками, чтобы убедиться, что это гавно. У большинства людей достаточно знаний и данных, чтобы выбрать нужную железку с первого раза.
Каких либо знаний, кроме школьных, не требуется. Нужно знать и понимать следующее:
1. Какую мощность вы собираетесь отводить;
2. Какой уровень шума вы готовы терпеть. Вентиляторы с оборотами выше 1500-1600 будут шумные;
3. Рассеиваемая мощность радиаторов одинаковых размеров примерно одинакова. Разница между откровенно плохим радиатором и хорошим будет не более 50-80Вт
4. Рассеиваемая мощность радиатора прямо пропорциональна его площади. Зная рассеиваемую мощность радиатора определенной толщины, мы можем примерно оценить какую рассеиваемую мощность будет иметь радиатор той же толщины, но с другими шириной и высотой. Например, я хочу приобрести радиатор 420мм толщиной 45мм — это значит, что он рассчитан на работу с тремя 140мм вентиляторами, но данных по его рассеиваемой мощности в сети нет. А вот данные на радиатор 360мм есть. Описываю свой случай.
Из графика мы видим, что радиатор 360мм при скорости потока 3,7 литра в минуту и скорости вентиляторов 1300 об/мин способен отвести 286Вт мощности при дельте вода-воздух 10гр.
Зная что мощность рассеивания прямо пропорциональна площади, мы можем примерно посчитать какую мощность сможет отвести радиатор 420мм. Радиатор 360мм рассчитан на установку трех 120мм вентиляторов. Следовательно, его ширина 120мм.
Считаем площадь исходного радиатора: 120 * 360 = 43 200мм2 или 432 см2
Считаем площадь своего радиатора: 140 * 420 = 58 800мм2 или 588см2
Я надеюсь понятно, что под площадью я понимаю просто площадь сечения, а не площадь ребер. Хотя они несомненно связаны.
Теперь посчитаем насколько процентов площадь нашего радиатора больше площади исходного: (588/432-1)*100 = 36,1%.
Теперь рассеиваемую мощность исходного радиатора мы можем увеличить на 36,1%.
Я воспользовался калькулятором, и получил что мой 420-й радиатор сможет отвести примерно 388,96Вт в аналогичных условиях. Методика оценочная. В реальности будет меньше. Но на 300Вт можно смело рассчитывать. Поскольку я хочу получить тихую систему, то я беру значение мощности на 1300 оборотов вентиляторов. В условно бесшумном режиме один 420-й радиатор сможет отвести примерно 246Вт. Стоит проверить себя, тем более возможность, благодаря ресурсу www.xtremerigs.net у нас есть. Смотрим данные похожего 420-го радиатора, но с другим FPI.
Данные на графиках обнадеживают. Наше расчетное значение получилось 388,96Вт, реальное значение для похожего радиатора составляет 355,5Вт. Ошиблись всего на 34Вт.
Методика дает хорошую точность и позволяет примерно понять чего я могу ожидать от радиатора, который хочу купить. По совокупности возможностей и желаний мой выбор пал на Alphacool NexXxoS XT45 Full Copper 420mm V.1. Есть еще версия 2, но отличие только в количестве отверстий под фиттинги — у V2 их 5, а у V1 их 6. Поскольку мне все же надо отводить 1000Вт, то купить пришлось 3 радиатора. Надеюсь, что смогу получить желаемый киловатт при низком уровне шума.
Важно понимать, что оценивать таким образом можно только радиаторы одинаковой толщины и желательно с одинаковым значением FPI. Безусловно можно попробовать пересчитать и на радиатор большей толщины, но у меня таких задач не стояло. Думаю, что зависимость там будет похожая. Возможно хорошим вариантом будет вообще прикидывать по объему. Сразу хочу сказать, что простая методика пересчета неплохо работает для радиаторов с близкими показателями, но при попытке пересчитать мощность 30мм радиатора на 60мм я получаю очень большую погрешность. Скорее всего это связано с большим разбросом значений FPI и тем, что 60мм радиаторы всё-таки рассчитаны на работу в режиме тяни-толкай (push-pull на собачьем).
У многих бывалых «водяных» возникнет резонный вопрос: зачем париться с тремя радиаторами, купил бы MO-RA и не парил мозг. Я отчасти согласен, если бы я собирал какую-то классическую систему, то, наверное, купил бы MO-RA. Но как я уже говорил выше данный радиатор имеет высокое гидравлическое сопротивление и эту его особенность никак не победить.
Данные взяты здесь.
У меня будет сложный, не классический контур с двумя помпами и обратными клапанами, да еще и вынесенный на 1,5-2 метра — т.е сопротивление контура будет заведомо высоким. В случае с тремя радиаторами я могу соединить их параллельно и тем самым снизить гидравлическое сопротивление, а вот в случае с MO-RA такой возможности у меня не будет. Поэтому радиатор MO-RA при всех своих достоинствах мне не подходит.
С радиаторами все.
Теперь хотелось бы кратко рассказать в какой стадии проект «Моя вода».
С одной стороны хвастаться нечем. Основные комплектующие уже больше месяца болтаются где-то между Россией и Китаем. Эх! Зарекался я ничего не покупать перед новым годом. С другой стороны проделан довольно большой объем работы.
Спроектирована электрическая схема, по этой схеме спроектирована и изготовлена плата.
SMD элементы паял по классической технологии — паста и потом феном. Получилось более или менее аккуратно. Один резистор немного «завалил».
Крупные элементы, такие как разъемы и мощные полевые транзисторы паял обычным паяльником, но тоже с пастой. Ложиться все ровно и от заводского не отличить.
Знающие люди сразу зададут вопрос: «Нафига тебе такие мощные полевики? К ним же утюг можно подключить!» Отвечаю: они у меня просто были, поэтому покупать что-то менее мощное смысла нет. Хватило бы и каких ни будь IRLR8113. Помпа потребляет не более 3-х Ампер.
Вот так выглядит вторые полплаты без Ардуино:
Вот так выглядит плата полностью:
С обратной стороны:
За что не люблю Arduino, так это за то, что конструкции, за счет нагромождения плат и модулей, всегда выглядят немного небрежно. Я конечно как мог, облагородил, но вид все равно не заводской. Перетаскивать на свою плату всю схему Arduino Mega, а потом паять самому мне очень не хотелось. Поэтому останется так. Плату заказывал в России. Кстати выгодней и быстрее чем в Китае. В довесок экскурсия по заводу. Плату проектировал в Autodesk Eagle под Линуксом. Дальше по классической схеме: отдал на завод gerber файлы, оплатил, получил платы. Спаянная плата заработала с первого раза. С другой стороны никакой сложной схемотехники нет и ошибиться трудно.
С момента анонса проекта хорошо поработал над софтом.
Вот так выглядит главный экран:
Прошу прощения за не очень четкие фото. Экран закрыт пленкой. Прошу понять меня правильно — мне с этим экраном жить, а в процессе работы и тестов тыкать по нему приходится очень много. Поэтому пленку не снимал.
Вот так выглядит страница настроек:
Настройки дисплея:
К тестовому стенду подключено 9 вентиляторов, одна помпа, датчики температуры, датчик потока.
Вот так выглядит информационный экран с оборотами всего что сейчас крутится:
Осталось примерно половина. Надо спроектировать и изготовить корпус для всей байды. Спроектировать и изготовить корпус для экранчика. Далее смонтировать все в корпус подключить нагреватель и доводить софт до ума. В общем, думаю за пару месяцев должен управиться. В процессе работы появился кой-какой опыт по фиттингам — разочаровался в компрессионных фиттингах. Для критичных мест заказал «ёлочки» и пружинные зажимы к ним. «Елочки» получаются надежней.
Также разочаровался в датчике потока Barrow SLF-V3. Он от рождения немного кривоват. Показания у него скачут довольно сильно — от 2 л/мин до 50 л/мин. Считать их корректно не получается. Более или менее достоверные показания с этого датчика удается получить в диапазоне от 2-х до 8 л/мин. Формально датчик выдает сигнал по стандарту — 2 импульса на один оборот, но ШИМ заполнение при этом 85%. Видимо китайцы поставили либо очень мощные магниты либо слишком чувствительный датчик холла. В итоге из-за нестабильного вращения и высокого коэффициента заполнения сигнала считываемые показания не очень стабильны. Приходится довольно сильно усреднять и убирать всплески, поэтому скорость потока измеряется с задержкой в несколько секунд. По нюансам работы с датчиком потока, с одновременным определением оборотов 9-ти вентиляторов и двух помп я планирую написать отдельную статью, так как материалов в интернете ноль. Пишите в комментариях кому какие моменты интересны — попробую осветить.
Для статьи использовал материалы со следующих ресурсов:
https://www.xtremerigs.net/
http://thermalbench.com/
Презентация «How to Design a Liquid Cooled System».
https://semi-therm.org/wp-content/uploads/2017/04/How-to-design-liquid-cooled-system.pdf
Весьма кстати интересная и в плане данных и в плане интересных решений.
Теги
Лента материалов
Соблюдение Правил конференции строго обязательно!
Флуд, флейм и оффтоп преследуются по всей строгости закона!
Комментарии, содержащие оскорбления, нецензурные выражения (в т.ч. замаскированный мат), экстремистские высказывания, рекламу и спам, удаляются независимо от содержимого, а к их авторам могут применяться меры вплоть до запрета написания комментариев и, в случае написания комментария через социальные сети, жалобы в администрацию данной сети.
Комментарии Правила