Трилогия охлаждения. Туннель для синхронных вентиляторов



Эта работа была прислана на наш "бессрочный" конкурс статей и автор получил приз – блокнот в футляре и ручку от Gigabyte.


Речь пойдёт об охлаждении современных мощных компьютеров, находящихся в массовом пользовании и статья предназначена в первую очередь для ценителей тишины и надёжности использования традиционного, но далеко не исчерпавшего себя воздушного охлаждения. Почему же столько вопросов вызывает этот, казалось бы, простой вид?

Установленный на процессор, ещё в компьютерной фирме, некий кулер, часто очень шумный, работает в режиме рециркуляции, т.е. гоняет им же нагретый воздух внутри корпуса. Другие тепловыделяющие компоненты системного блока также вносят свою лепту в его общий нагрев. Единственного вентилятора в блоке питания, призванного кроме охлаждения его самого, ещё и совмещать функции вытяжного, для обеспечения воздухообмена явно недостаточно. При этом сам блок питания охлаждается порой очень тёплым воздухом. Не решает проблему в корне и установка дополнительного вентилятора, - всё равно тёплый воздух, выброшенный кулером, успевает погулять внутри системного блока.

Была поставлена задача: получить простое, тихое воздушное охлаждение, без больших материальных затрат, пригодное для охлаждения процессоров с тепловыделением 70 ватт и более.

"Простота – мать надёжности", - говорили древние мастера. Что может быть проще и надёжнее хорошего воздуховода?

Идея известная и в различных статьях неоднократно освещалась. Ниже предлагается один из вариантов её реализации, практически использующийся и сравнительно простой для повторения.

Основой является гибкий туннель, соединяющий вентилятор процессора с вентилятором, установленным на задней стенке корпуса. Оба являются вытяжными, т.е. гонят нагретый воздух от радиатора наружу. Управление скоростью вращения обоих вентиляторов синхронное (автоматическое и ручное) в зависимости от температуры основания радиатора, а следовательно процессора. В данном варианте вентиляторы имеют одинаковый типоразмер 80*80.





Почему именно два вентилятора?

Поток воздуха, забираемый через соответствующие отверстия в корпусе, обдувает многочисленные элементы, протягивается через зазоры между пластин радиатора и прогоняется по туннелю наружу, преодолевая определённое сопротивление. При таких обстоятельствах, две последовательные ступени импрессии создают гораздо большее разрежение (или давление при реверсе), чем одна. Отсюда и больше эффективность. В пункте "ИСПЫТАНИЯ" мы к этому ещё вернёмся.

ТУННЕЛЬ.

Для максимального снижения сопротивления потоку воздуха, туннель имеет форму без резких углов, а также круглое поперечное сечение. Проволочный каркас в виде цилиндрической пружины обтянут эластичной, воздухонепроницаемой тканью.

Подобные устройства в продаже встречаются не часто, а главное, далеко не всегда пригодны для установки в какой-то конкретный корпус. К тому же надо иметь в виду, что корпусной вентилятор может в размерах превышать кулерный, - в этом случае туннель будет не постоянного сечения.

Изготовление несложное:

Из медной или стальной отожжённой проволоки диаметром 1.8 – 2.0 мм. навивается пружина на походящий цилиндрический предмет (пример: стеклянная бутылка),- 12 витков вполне достаточно. Если вентиляторы применяются разного размера, то навивку можно сделать сужающейся (или расширяющейся). Для крепления к вентиляторам, вырезаются из любой жести и с помощью паяльника, изготавливаются кольцевые фланцы высотой 8 мм. и четырьмя проушинами под винты. К ним же припаивается проволочный каркас. Фланцы окрашиваются в желаемый цвет.

В качестве эластичной ткани используется отрезок капронового чулка. Для его крепления к каркасу и обеспечения воздухонепроницаемости используется резиновый клей – необходимо 100 мл.

Распределение витков и начальную клейку ткани следует делать по месту, установив конструкцию на вентиляторы. Для пропитки ткани наноситься несколько слоёв клея, с промежуточной сушкой 10 – 15 минут. Чтобы в дальнейшем конструкция не слипалась, после окончательной сушки на внутреннюю и внешнюю поверхности наноситься тонкий слой талька или пудры. Воздух, прогоняемый внутри, имеет не высокую температуру. Тем не менее, для повышения теплоизолирующих и звукопоглощающих свойств, а также придания эстетичного вида, сверху на туннель надевается второй слой аналогичной ткани любой расцветки, но без пропитки. Её края аккуратно приклеиваются и обматываются цветной изолентой. Возможна окраска туннеля аэрозолью в целом.





В упрощённом варианте фланцы можно не делать. Во время экспериментов на концах проволочного каркаса просто формировались и слегка приплющивались колечки под винты. Система всё равно работала.

Моддерам можно порекомендовать ещё один очень эффективный вариант воздуховода.

В боковой стенке корпуса (или окне) вырезается отверстие и устанавливается вентилятор, при чём точно по оси процессорного кулера. Эти два вентилятора соединяются между собой (направление потока у обоих в одну сторону!) отрезком пластиковой бутылки, нужной длины. (Для вентиляторов 80*80 точно подходит 2-х литровая бутылка из-под газировки диаметром 102 мм.) Получается прямой и идеально ровный туннель! Если вентиляторы разные, существует множество разновидностей пластиковых бутылок переменного сечения. Сделать подбор в зависимости от периметров и длины окружности, не составляет труда. Следует соблюдать осторожность, чтобы не повредить крепления на системной плате и саму плату. Нужно сначала придать воздуховоду четырёх угольную форму по корпусу вентилятора, а для облегчения стыковки при установке, можно сделать по четыре небольших надреза в углах с последующей отгибкой кромок.

Ко всему следует добавить, что применение слишком большого дополнительного вентилятора лишено всякого смысла. Хотя работать система будет успешно, сужающийся туннель ограничит его поток в пределах своего минимального сечения.

Типичный закон физики – расход (объём газа или жидкости в единицу времени) увеличивается с повышением давления и снижается при уменьшении сечения трубы.

Зная это, становиться понятно, почему невозможно продуть весь воздух к примеру 120 мм. вентилятора через отверстие с пятак!..

КУЛЕР.

Поскольку хороший кулер залог эффективного охлаждения в любом случае, желательно иметь хотя бы общее представление о том, как его выбирать.

В интернете превеликое множество обзоров с расхваливанием различных кулеров. Возникает вопрос - почему же тогда так много моделей?! Кое-что хотелось бы в связи с этим отметить.





Безусловно, оснащение фирмами-изготовителями, кулеров вентиляторами с регулировкой скорости вращения, решение хорошее. Но, что за прок, если сенсор установлен внутри вентилятора и измеряет набегающий поток воздуха в сторону радиатора? Связь с температурой процессора через воздух внутри системного блока таким образом весьма относительная и зыбкая.

Или выносные температурные сенсоры, входящие в комплект многих кулеров, изготовители предлагают помещать между рёбер радиатора и измерять воздух в нём. Это тоже весьма зыбкая связь, так как радиатор имеет одну температуру, а набегающий поток воздуха совсем другую. Что же он регулирует, если дополнительная коррекция не предусмотрена, а для выхода вентилятора на максимальные обороты, температура сенсора, а следовательно и воздуха, должна равняться 55 С. Это какую же тогда температуру должен иметь сам процессор?!

Другой вопрос: изготовители покрывают ребра золотом, нитридом титана, наводят блеск по меди... Между тем ещё один закон физики говорит: многие виды излучений, в том числе инфракрасный, эффективнее всего поглощают и отдают тела глубокого чёрного цвета. Именно поэтому в военной аппаратуре не увидеть других радиаторов, кроме как чёрных. Конечно этот эффект не слишком велик, и уменьшается при интенсивном обдуве, но зачем лишаться и этих процентов за красоту сомнительного свойства?

В рассматриваемой системе охлаждения использован Thermaltake VOLCANO 9 Cooler, однако, в него внесён рад изменений.

Медная вставка имела изначально удовлетворительное качество обработки, тем не менее, произведена её доводка. С помощью мелкой наждачной бумаги 00 и пастой ГОИ, помещённой на ровной поверхности, (стекле) круговыми движениями самого радиатора, проводилась его шлифовка (и полировка насадкой на эл.дрель) до получения плоской, зеркальной поверхности.

В основании алюминиевого радиатора, немного в стороне от оси центра запрессованной медной вставки, просверлено глухое отверстие глубиной приблизительно 25 мм и диаметром 3,5 мм. В него помещается датчик температуры – термистор, входящий в комплект поставки кулера (или приобретается отдельно). Для лучшего теплового контакта в отверстие можно пометить небольшое количество термопасты. Провод от датчика закреплён скобой.

В упрощённом варианте, датчик к основанию, можно просто приклеить клеем «Момент». Чтобы его не обдувал поток воздуха, желательно сверху закрыть ещё чем-либо, - кусочком поролона, например. Алюминиевая часть радиатора, анодирована в бархатисто-чёрный цвет. Использовать чёрную краску или лак нельзя, - даже их тонкий слой начинает работать как теплоизолятор. Крепёж и никелированный кожух для правильного формирования воздушного потока остались на месте. Защитная решетка удалена за ненадобностью. Лопасти вентилятора и без неё хорошо защищены внутри туннеля.

"Родной" вентилятор "Tt" заменён, так как является довольно скоростным и шумным. Кроме того, даже на пониженных оборотах слышен посторонний призвук. Как выяснилось его источник – электронный генератор вращения, мощные импульсы которого воспринимаются как серия частых ударов или стрекотание. Внутри системного блока это явление значительно усиливается в результате резонансов. Вместо него установлен корпусной вентилятор D80SH-12.

О ВЕНТИЛЯТОРАХ.





Вентиляторы в современных компьютерах уже стали обязательной составляющей. Так как их шумовая составляющая тоже не замедлила появиться, стоит с этим разобраться несколько подробнее. Во-первых - совершенно не значит, что уровень шума вентилятора, заявленный изготовителем в характеристиках, таким и будет после его установки. Когда он висит в воздухе в испытательной камере, это одно, а установленный в конструкцию – совсем другое.

Во-вторых, – составляющая этого шума не всегда одна. Здесь опять необходимы подробности.

1) Аэродинамический шум, возникающий непосредственно от быстро вращающихся лопастей. Его величина в свою очередь зависит от:

а) скорости вращения крыльчатки(о форме не говорим).

Часто, чтобы обеспечить необходимый поток воздуха, в основном это вентиляторы не большого размера, имеют высокое число оборотов и значительный шум. Однако, по возможности, замена вентилятора на более крупный, позволит обеспечить необходимый расход воздуха на относительно низких оборотах крыльчатки.

б) конструктивной особенности места установки вентилятора.

Достаточно частое явление, - вентилятор, установлен вплотную к пластмассовой решетке или просечке в корпусе, или кронштейн имеет укосины поперёк движения потока воздуха. Лопасти крыльчатки, проносящиеся мимо них, создают эффект сродни сирены. Кроме того, если площадь просечек не достаточная, создаётся аэродинамическое сопротивление и как следствие, снижения величины охлаждающего потока.

Удаление перфорации (на задней стенке системного блока) и установка обтекаемой защитной решетки, к примеру "Гриль", улучшит этот показатель.

2) Механический шум

а) Плохая балансировка крыльчатки вызывает мелкую вибрацию вентилятора и при установке на радиатор передаёт её материнской плате или даже всему корпусу компьютера. Кроме всего прочего это отрицательно сказывается на надёжности работы всей системы. На слух это воспринимается как дребезжание и гул, частота и амплитуда которого прямо зависят от скорости вращения. При чём с увеличением оборотов растёт и то и другое (частота до 116 Гц) и чувствительность восприятия на слух. Наоборот, - при минимальной скорости вентилятора получаем частоту 33 Гц. и менее, - (при 2000 об.мин.) которая в связи с особенностями человеческого слуха, воспринимается слабо, а при низкой амплитуде, не слышна совсем.

Кроме того, балансировку можно попытаться сделать самостоятельно. Для этого на одну из лопастей, временно, закрепляется небольшой грузик (кусочек пластилина, размером со спичечную головку, изолента и т.д.) и вентилятор, удерживаемый в руке, включается от внешнего питания. Если при этом вибрация не изменилась или увеличилась, грузик следует переместить на другую лопасть. Таким образом, подбирая место и возможно вес, добиваются лучшего результата. После этого грузик заменяют чем-либо постоянным, кусочек фольги на клей "Момент"- к примеру. Хорошо использовать также ЭДП смолу, - две расплывчатые капли с тыльной стороны совершенно не заметны.

б) Шум подшипников.

Вентиляторы могут оснащаться подшипниками качения (шарикоподшипники), подшипниками скольжения (втулки из латуни или бронзы) или комбинированными, когда вал крыльчатки с одной стороны проходит через втулку, а с другой на него установлен шарикоподшипник.

Вентиляторы на шарикоподшипниках служат дольше, но изначально могут иногда слегка шуметь. Подшипники скольжения самые тихие, но с меньшим сроком службы. Хорошая смазка, ЦИАТИМ оказывает положительное влияние, на все их показатели. Комбинированные подшипники полностью имеют промежуточные характеристики двух предыдущих.

Можно в очередной раз заметить, - снижение скорости вращения заметно увеличивает срок службы любых вентиляторов, не зависимо от их конструкции.

В данной системе охлаждения используются недорогие корпусные вентиляторы DC FAN D80SH-12, размеры 80*80*25 мм., максимальная скорость вращения - 3000 об/мин. Выбор не случаен, так как большинство корпусов имеют именно такие посадочные места. Кроме того, многие кулеры имеют вентиляторы этого размера или такие можно установить. Те пользователи, которых шум не слишком беспокоит или есть необходимость иметь дополнительный резерв мощности охлаждения, могут использовать более скоростные вентиляторы.

Электронный регулятор можно использовать любой схемы, например – Smart Fan своими руками.

Если необходимости в получении крутой характеристики скорости вращения от температуры процессора нет, то можно воспользоваться, к примеру, такой:

РЕГУЛЯТОР – РЕОБАС.

Представлена предельно простая принципиальная схема автоматической, плавной регулировки скоростью вращения вентиляторов в зависимости от температуры радиатора.

Несмотря на относительную простоту, схема удовлетворяет определённым требованиям и надёжна в работе.

  • Термистор на 8 – 12 кОм можно приобрести отдельно в радиомагазине (в случае если используется не Volcano 9).
  • Транзисторы КТ 315, КТ 815 – с любым буквенным индексом.
  • R1 – переменный резистор, проволочный 2-3 Вт.
  • R2 – подстроечный резистор 4,7 – 10 кОм.
  • V1 – светодиод любого типа.

Для удобства подключения имеются соответствующие разъёмы: стандартные - для блока питания компьютера и самодельные (от старого телевизора) - для вентиляторов. К транзистору КТ 815 прикручивается радиатор чисто символического размера из любой металлической пластинки или шайбы.

Настройка.

R1, R2 устанавливаются в среднее положение. После включения, поворотом резистора ручной регулировки R2 поверяют изменение скорости вращения вентиляторов - от минимальной до максимальной. После проверки R2 возвращается в среднее положение.

Процессор ставится под нагрузку и отслеживается его температура по мониторингу. С помощью резистора R1 устанавливается приемлемая максимальная температура процессора при минимальном шуме охлаждения.

Регулятор монтируется на свободной заглушке пятидюймового отсека.

R1 в положении максимального сопротивления, управление практически от автомата. В промежуточных точках варианты комбинированные.

Модуль, выделенный пунктиром, может использоваться в качестве активного резистора. К нему не нужно отдельно подводить питание, он просто включается в разрыв красного провода от вентилятора. Следует учитывать, что устройство засчитано на использование двух одинаковых вентиляторов.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ.

Данные получены на следующем компьютере:

  • Корпус DLC M-8212, БП 300Вт.
  • Процессор Athlon XP 1700+ "Palomino" с тепловыделением 64 Вт.
  • Материнская плата GA-7VTX-P.
  • HDD Seagate ‘Barracuda’ 40 Gb. - 2шт.

Температура окружающей среды во время испытаний – 24,5 градуса. Ртутный лабораторный термометр находился рядом с системным блоком. Температура процессора отслеживалась двумя методами: Первый – обычный мониторинг из БИОСа. Однако для полной достоверности полученных данных, было решено применить и внешнее измерение. Точечная термопара ХК(L) Гост 3044-74 устанавливалась в то же отверстие в подошве радиатора, где установлен датчик регулировки скорости вентиляторов. Плотное, до упора прижатое положение спая в отверстии и небольшое количество термопасты гарантировали определённость данных. Измерения снимались с помощью образцового вольтметра В7-38.

Для сравнения эффективности работы туннеля, использовался тот же кулер VOLCANO 9, работающий в штатном режиме, (без туннеля) и с обычным направлением потока – в сторону радиатора. Теплопроводящая паста использовалась типа КПТ-8 "ХИМТЕК".

Для получения данных зависимости температуры от оборотов вентиляторов (и шума!), тепловой сенсор отключался, а скорость вращения задавалась в ручном режиме. Контроль оборотов осуществлялся по мониторингу.

Все испытания проводились при нормально-закрытом корпусе!

Итак, данные достаточно красноречивые, - на 12 С и более имеем снижение температур во всех режимах!

Итак, по результатам тестов, имеем снижение температуры не менее чем на 12oC! Образцовый измеритель это подтверждает, - температура основания радиатора уменьшились на эту же величину. Ещё большие скорости вращения вентиляторов не рассматривались принципиально, как не удовлетворительные по уровню шума. На практике данная система работает в заданном режиме вращения в пределах 1800 – 2100 об/мин., уровень шума всего 19 – 21 dBA! Для тех, кому это ни о чём не говорит, то практически это уровень шуршания оптической мышки по пластиковому коврику!

Естественно, что при этом вентилятор в БЛОКЕ ПИТАНИЯ, тоже 80*80, стал казаться невероятно шумным, а его функция вытяжного для всего системного блока не столь значима! С ним вопрос решился понижением напряжения питания до 6.5 вольта, подбором резистора (в данном случае 68 Ом. 2 вт), - впаян в разрыв красного провода и изолирован кембриком. Расход воздуха, разумеется, снизился, но его достаточно с избытком. Воздух поступает в него практически холодный и охлаждает только БП, - других задач нет.

Два вентилятора в туннеле, при каскадном режиме, тянут нагретый воздух, с выбросом наружу. На его место втягивается масса холодного воздуха. При этом он ещё обдувает другие компоненты системного блока с такой эффективностью, что вопрос по их температурному режиму отпал сам собой. К примеру HDD "Barracuda" в съёмном контейнере более чем до 30 С не греется (а ранее до 45 С!). Если поднести руку к его решётке, ощущается лёгкий поток воздуха, идущий внутрь. Бывший там вентилятор 50*50, за не надобностью, был демонтирован.

Теперь некоторое дополнение. На данной системе проводились испытания с использованием только одного вентилятора (при качественном изготовлении туннеля, - безразлично какого). Температура процессора в среднем увеличилась на +3 градуса в сравнении с двух-вентиляторным режимом. Не много, но чтобы вернуть показатели на прежний уровень, необходимо увеличить скорость вращения оставшегося вентилятора на две сотни оборотов, со всеми вытекающими последствиями.

Отсюда первая выгода, - лучше два вентилятора на меньшей скорости, чем один на большей! Второй положительный момент логически следует из первого, - в случае отказа одного из двух вентиляторов, работоспособность системы в целом нарушена не будет. Некоторое повышение температуры, или увеличение оборотов на автомате, ничем не грозит. Есть определённая, третья выгода. Если не удалось обеспечить плотное прилегание воздуховода, корпусной вентилятор всё равно создаст определённое разрежение в туннеле и кулерный вентилятор в свою очередь обеспечит лучшую отдачу системы.

Ещё один важный эксперимент, проведённый на данной системе охлаждения, позволил получить ответ на расхожее мнение, - как лучше охлаждается процессор: если вентилятор работает на «вдув» - поток воздуха в сторону радиатора, или на «выдув» - обратное направление?

Испытания дали ответ, который возможно для многих, проводивших не совсем адекватные опыты или делающих умозрительные заключения, станет неожиданностью, - БЕЗРАЗЛИЧНО! Собственно, почему это должно быть иначе?

Если при изменении направления потока, охлаждающего радиатор, температура и расход воздуха останутся прежними, то и эффективность останется на прежнем уровне. Именно при нарушении этих условий результаты могут быть не равнозначными. К примеру, если в системном блоке воздухообмен с внешней средой происходит не достаточно интенсивно, то прежде чем попасть на процессорный кулер, может несколько нагреться другими составляющими компьютера. Естественно эффективность снизиться в сравнении с прямой подачей воздуха извне.

Другая причина может крыться в конструкции кулера. Так если в прямом направлении вентилятор обдувает радиатор более-менее сносно, то обратный поток может формироваться явно по пути наименьшего сопротивления. Попросту говоря, может проходить по верхушкам рёбер, частью минуя их основания.

Чтобы этого не происходило, радиатор должен иметь кожух, вплотную прилегающий к рёбрам и опускающимся к основанию приблизительно на половину их высоты. Таким образом, самая нагретая часть радиатора не будет миноваться набегающим потоком. Разумеется, что каждый решает сам, - куда будут гнать воздух вентиляторы, главное чтобы их направление потоков совпадало! Также решает каждый сам, какие вентиляторы будет соединять туннель и какая у него будет длина. На снимке, приведённом ниже, изображён экспериментальный образец воздуховода.

Особого преимущества перед первой моделью он не даёт, если не считать снижения температуры ещё на один градус, но доказывает, что расширяющиеся воздуховоды работают вполне успешно.

ВЫВОДЫ.

Во многом проблема охлаждения, по крайней мере, на теперешнем уровне, является надуманной. Здесь больше имеют место нарушения определённых правил его общего устройства.

  1. Каждый процессор, в зависимости от его тепловыделения, должен быть оснащён кулером, с соответствующим тепловым рассеиванием, - лучше с запасом (Его качественное состояние рассматривалось выше).
  2. Нагретый воздух не должен циркулировать внутри корпуса, а немедленно удаляться.
  3. Автоматическое плавное регулирование скорости вращения вентиляторов в зависимости от температуры процессора, с правильно выполненной точкой контроля, позволит снизить общий шум и сберечь их ресурс.
  4. Правильный выбор места установки компьютера. Как бы не было жарко в помещении, всё равно под столом (компьютерной стойкой) прохладнее и менее шумно, чем рядом с монитором.

ОТ АВТОРА.

Что из вышерассмотренного использовать, а что нет, - решает каждый сам. Но если сделать всё, или может быть что-то ещё, то и результаты будут соответствующими или лучше! Как говориться - "С миру по нитке – бедному на рубашку" (с пустяка по градусу – компьютеру нормальный режим). Поверит ли кто теперь, что воздушное охлаждение себя исчерпало?! Я нет.

Если моя работа кому-то окажется полезной, очень буду этому рад! УСПЕХОВ ВСЕМ!


Ждём Ваших комментариев в специально созданной ветке конференции.

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Страницы материала
Страница 1 из 0
Оценитe материал
рейтинг: 4.7 из 5
голосов: 65


Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают