Выбор системы охлаждения и особенности тепловых трубок

Системный блок компьютера должен иметь грамотно подобранную систему охлаждения. Сюда входит как продуваемость самого корпуса, так и охлаждение отдельных комплектующих. Блок питания и видеокарта обычно уже имеют встроенные вентиляторы, также ими снабжены многие модели корпусов. А вот для процессора кулер лучше выбирать самому, хотя есть боксовые модели, но они обычно комплектуются бюджетными кулерами, не подразумевающими разгон и круглосуточную работу. Такие базовые кулеры обычно подходят для офисных ПК и домашних-мультимедийных.

Источник изображения: ChatGPT

На что обращать внимание выбирая систему охлаждения

При выборе системы охлаждения для вашего процессора важно учесть следующие моменты:

• Теплопроизводительность (TDP). Обычно она указывается как для процессора, так и для кулера. У кулера должен быть запас по TDP (минимум 20%) на случай разгона и пиковых нагрузок. Также стоит учесть забывчивость пользователей ПК, которые не будут ежегодно отдавать его на техническое обслуживание (ТО) в сервисный центр или обслуживать самостоятельно. Когда термопаста высыхает, радиатор забивается пылью, а смазка в вентиляторе вырабатывается, то теплоотвод ощутимо ухудшается.
• Габариты кулера и свободное пространство для его установки. В большей стапени это относится к большим башенным кулерам или обычным моделям, но установленным к компактных корпусах. В идеале радиатор кулера не должен перекрывать доступ к слотам оперативной памяти и другим компонентам материнской платы. Также были случаи, когда корпус выбран подходящий, а вот материнская плата минимального размера, тогда особо громоздкий кулер может не подойти.
• Требования к шумности кулера и всего системного блока. Так если ваш системный блок стоит на столе, то работу его системы охлаждения будет хорошо слышно, а если под столом, то тот же звук будет казаться более тихим. Мощные компьютеры нежелательно ставить в одной комнате со спящими детьми, поскольку управляемые вентиляторы при минимальном нагреве могут вовсе выключаться, а при максимальном вращаться на полную мощность (1800-2500 оборотов в минуту), в зависимости от модели.
• Для процессорного кулера нужно учитывать тип крепления. Он должен иметь совместимость с сокетом материнской платы. Обычно кулеры универсальные, но есть и исключения.

Общая производительность системы охлаждения должна соответствовать количеству тепла, выделяемому всеми компонентами системного блока. Иными словами, чем мощнее процессор, видеокарта и блок питания, а он подбирается как раз по их энергопотреблению, тем просторней должен быть корпус и выше его продуваемость.

Если ПК должен быть максимально тихим, то вместо кулера можно установить жидкостную систему охлаждения (СЖО). Она стоит дороже, но работает тише. Совсем бесшумной она тоже не будет, ввиду наличия вентиляторов у большинства моделей. Полностью бесшумные только ПК с пассивным охлаждением, без вентиляторов, но с увеличенными радиаторами. Пассивное охлаждение не ставится на игровые комплектующие (процессоры, видеокарты, блоки питания), а больше подходит для домашних кинотеатров и звукозаписывающих студий.

Виды систем охлаждения ПК

Компьютерные системы охлаждения делятся на воздушные и жидкостные. Для совершения грамотного выбора важно знать их плюсы и минусы.

Воздушная система охлаждения состоит из вентилятора и радиатора, у которого есть алюминиевая или медная площадка и могут быть тепловые трубки. В трубках содержится вода или хладагент. Воздушные кулеры отличаются меньшим габаритами, простой конструкцией, более высокой надежностью (меньше шансов протекания по сравнению с СЖО), меньшей ценой и более простой установкой и обслуживанием. Вентилятор может размещаться сбоку или сверху радиатора, отводя нагретый воздух от крышки процессора.

Основные преимущества воздушной системы охлаждения:

• Доступный ценник. При одинаковом показателе TDP воздушный кулер будет стоить дешевле СЖО. Но есть исключения, например тихие модели кулеров и СЖО производства ноунеймов.
• Более быстрая и простая установка, что делает их лучшим выбором для новичков. 
• Простое обслуживание. Обычно оно включает в себя продувку от пыли пылесосом или баллончиком со сжатым воздухом. Насколько часто это требуется делать будет зависеть от наличия пылевых фильтров в корпусе ПК и интенсивности работы за ним. Также потребуется раз в 2-3 года менять термопасту. Если вы работаете удалённо и после работы играете или смотрите кино, то проводить ТО лучше ежегодно.
• Высокая надёжность. Воздушные кулеры не текут, поскольку жидкости/хладагента в них либо очень мало, либо нет вовсе (в моделях без тепловых трубок).

Недостатки воздушной системы охлаждения:

• Повышенная шумность, что может отвлекать от игры или работы. Если кулер качественный, то в офисных и мультимедийных задачах (просмотри видео и прослушивание музыки) его вентилятор будет работать на минимальных оборотах, издавая при этом лёгкое шуршание. А при максимальных нагрузках (игры и рендеринг видео) обороты и шум будут максимальными.
• Меньшая эффективность. Воздушные кулеры обычно имеют меньший теплоотвод по сравнению с жидкостными моделями. 
• Громоздкость башенных кулеров, имеющих большой радиатор и 1-2 вентилятора.

Водяная система охлаждения для ПК состоит из радиатора, жидкостного блока, насоса, патрубков и бачка (опционально). СЖО наиболее эффективны ввиду более высокой теплопроводности, поэтому чаще устанавливаются на топовые геймерские конфигурации (игровые сборки). 

В продаже есть как универсальные системы, так и пользовательские контуры. Первые имеют  целостный блок, не требующий ручной сборки из отдельных деталей. Вторые требуют ручную сборку, но имеют большую гибкость в плане дизайна и производительности. Ошибки при сборке или заводской брак могут привести к протеканию системы и выходу из строя компонентов ПК.

Преимущества жидкостной системы охлаждения:

• Минимальный уровень шума. За счёт охлаждающей жидкости и более крупного радиатора, даже при наличии 2-3 вентиляторов СЖО будет тише.
• Высокая производительность и более быстрое охлаждение. Это особенно актуально для игр на максимальных настройках в 2К или 4К разрешении. 
• Стильный и более разнообразный дизайн. Производители СЖО больше внимания уделяют креативному дизайну и подсветке RGB. У воздушных систем они обычно попроще.

Недостатки СЖО:

• Более высокая цена ввиду сложной конструкции. Но при этом универсальные водяные системы по цене ближе к воздушным, чем кастомные (собираемые на заказ).
• Сложность монтажа, особенно в кастомных системах. Универсальные модели проще в установке, но риск утечки жидкости в процессе монтажа или после него всё равно остается. Даже если монтаж был идеальным, то остаётся вероятность заводского брака, который ещё нужно будет доказать сервисному центру. Поэтому монтаж лучше доверять сборщикам магазина и проверять его качество в их присутствии.
• Сложное обслуживание, например, пользователя СЖО нужно мониторить уровень жидкости и поддерживать его в заданных рамках. Важно, чтобы все элементы были чистыми и без повреждений и следов износа. В случае поломки внутрь компьютера попадёт жидкость, прежде всего на видеокарту и блок питания, которые обычно расположены ниже. Универсальные системы проще обслуживать, чем пользовательские контуры, и их отличает более надёжная заводская сборка, минимизирующая вероятность утечки.

Особенность СЖО состоит в том, что длина трубок определяет расстояние от сокета до радиатора СЖО. Если трубки слишком короткие, то они ограничивают вариативность расположения системы, в некоторых случаях делая монтаж невозможным. Если трубки наоборот слишком длинные, то в компактном корпусе могут мешать циркуляции воздуха и будущим апгрейдам ПК.

Решающее значение имеет ценовая ниша. Например, топовые воздушные кулеры могут давать сопоставимое охлаждение и низкий уровень шума, по сравнению с бюджетными и среднебюджетными СЖО. А топовые СЖО смогут охлаждать самые горячие процессоры даже в разгоне.

Виды кулеров для ПК

Процессорные кулеры бывают разной конструкции для решения различных задач.

Top flow или горизонтальный кулер — модификация классических кулеров для компактных компьютерных сборок, при необходимости как небольшого, так и мощного охлаждения. К плюсам, кроме компактности и высокой эффективности (у дорогих моделей), относится особый способ обдува: горизонтально размещенный вентилятор охлаждает пространство вокруг сокета, снижая нагрев цепей питания. Например, мощный Deepcool AN600 (R-AN600-BKNNMN-G) отводящий 180 Вт и офисный ID-Cooling IS-55 ARGB отводящий 125 Вт.

Башенный кулер — вертикальный радиатор с тепловыми трубками и 1-2 вентиляторами. Его вентилятор стоит перпендикулярно материнской плате и лучше рассеивает тепло за счёт большей площади радиатора. Воздушный поток идёт вдоль материнской платы. Башенные кулеры обычно тише горизонтальных и имеют больший теплоотвод. Подходит геймерам, конструкторам и видеомонтажёрам.

Оба вида кулеров могут иметь тепловые трубки соединяющие подошву (основание) устройства с радиатором. Бюджетные и топовые модели могут отличаться материалом подошвы и радиаторов. Так есть полностью алюминиевые и медные модели и переходный вариант — медное основание, тепловые трубки и алюминиевые рёбра радиатора .

Thermalright Peerless Assassin 120 SE V2 — полностью алюминиевые подошва и радиатор.

Deepcool AK400 Silver/Black (AK400-BKNNMN-G-1) — переходный вариант с медными тепловыми трубками и алюминиевым радиатором.

Thermalright AXP90-X47 FULL COPPER — полностью медные подошва и радиатор.

Особенности тепловых трубок

Подробнее рассмотрим устройство тепловых трубок с внутренней капиллярной структурой,  (с водой или хладагентом), используемых в системах охлаждения компьютеров и другой электроники. Они обычно рассчитаны на теплорассеяние от 20 до 200 Вт и плотность потока мощности около 25 Вт/см² (чем больше плотность потока мощности, тем меньше потенциальное теплорассеяние).

Теплорассеяние — это процесс передачи избыточного тепла от нагревающегося объекта (процессора или радиатора) в окружающую среду. Оно необходимо для того, чтобы техника не перегревалась, сохраняла стабильную работоспособность и не выходила из строя.

Типовые варианты применения тепловых трубок

Тепловые трубки очень ощутимо увеличивают производительность радиатора, благодаря своей высокой теплопроводности, которая многократно превосходит теплопроводность сплошных медных деталей.

В отличие от сплошных металлических элементов, тепловая трубка имеет переменную теплопроводность, больше всего зависящую от её длины. Поэтому очень короткие тепловые трубки (до 50 мм) по своим термическим характеристикам могут уступать медным и алюминиевым сплошным деталям. 

Рассмотрим популярные варианты применения тепловых трубок в радиаторах систем охлаждения.

Отвод тепла на удаленный радиатор

Тепловые трубки используются для теплоотвода в любом направлении от источника тепла на радиатор. Это позволяет вынести радиатор или его часть за пределы корпуса, если позволяет его конструкция. В кастомных корпусах, которые часто ставятся на витрины магазинов, подобная конструкция может стать частью композиции.

Передача тепла на локальный радиатор

В компактных устройствах тепловые трубки могут передавать тепло на локальный радиатор. Наличие испарительной камеры позволяет уменьшить интегральную разность температур между «начальной» (наиболее нагретой) и «конечной» (наименее нагретой) точками радиатора на 4-9 °C. Это происходит благодаря более низкому термическому сопротивлению испарительной камеры, а также специфике передачи тепла испарительной камере непосредственно от источника (прямой контакт).

Обратите внимание, что в обоих примерах для передачи тепла от источника на тепловые трубки используется базовая часть радиатора (сплошная медная пластина), обеспечивающая непрямой контакт.

Технические характеристики тепловых трубок

В теории диапазон рабочих температур тепловых трубок с капиллярными структурами колеблется от 0 до 250 °C. Но на практике работа тепловых трубок начинается с минимальной температуры примерно 20 °C. 

При температурах ниже 0 °C вода замерзает в капиллярных структурах, но не повреждает их из-за расширения жидкости ввиду её малого объёма. Например, в стандартной тепловой трубке длиной 150 мм и диаметром 6 мм содержится всего 1 кубический сантиметр воды.

Коснёмся и надёжности тепловых трубок. В расчёты и испытания их надёжности закладывается эксплуатационный ресурс нескольких десятилетий. Так срок службы тепловой трубки составляет от 20 лет, циклический ресурс — несколько тысяч циклов замерзания/таяния хладагента без повреждения капилляров. 

Случаев выхода тепловых трубок из строя немного, их основные причины: 

• Нарушения технологии производства (производственный брак). От него не застрахован ни один производитель систем охлаждения. Но процент брака всегда выше у полуподвальных производств. 
• Эксплуатация в нештатных условиях, с повышенным риском коррозии и/или механических повреждений. Например, если ПК стоит на складе предприятия или в цехе завода, особенно если в гальваническом цехе, где сильные испарения и повышенная коррозия. 

Производители первого эшелона могут проводить испытания каждой тепловой трубки на герметичность (с помощью гелия) и на работоспособность под максимальной тепловой нагрузкой. А их коррозионная стойкость может повышаться с помощью никелирования наружной поверхности. 

Никель обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря своей способности к пассивации. На его поверхности мгновенно образуется тонкая, прочная защитная пленка оксида. Металл не содержит железа, поэтому не ржавеет.

Пассивация — это процесс обработки металла, при котором на его поверхности создается тонкая, химически инертная защитная пленка (обычно оксидная). Она служит невидимым барьером, предотвращая контакт основного материала с кислородом и влагой, что значительно повышает устойчивость к коррозии и продлевает срок службы изделий. 

Выводы

Выбор системы охлаждения зависит от тепловыделения процессора (TDP), габаритов корпуса и бюджета. Для офисных ПК достаточно недорогого кулера, мощные игровые или рабочие процессоры требуют башенные кулеры с парой вентиляторов или СЖО. А компактные сборки могут обходиться плоским горизонтальным кулером или вовсе пассивным охлаждением.

Другие статьи на тему грамотного выбора комплектующих читайте в блоге «Компьютерные сборки под различные задачи» (ссылка кликабельна).

Ещё больше интересных статей читайте в блоге «Подводные камни техномира» (ссылка кликабельна).

Реклама. ООО «Яндекс Маркет», ИНН 9704254424